מצוף חכם [סיכום]: 8 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

כולנו אוהבים את חוף הים. כקולקטיב, אנו נוהרים אליו לחגים, ליהנות מספורט ימי או לפרנסנו. אבל החוף הוא אזור דינאמי הנתון לחסדי הגלים. עליית מפלס הים נשמרת בחופים ואירועי קיצון עוצמתיים כמו הוריקנים גורמים להם להרוס אותם לחלוטין. כדי להבין כיצד להציל אותם, עלינו להבין את הכוחות המניעים את שינוים.

מחקר יקר, אך אם היית יכול ליצור מכשירים זולים ויעילים, תוכל לייצר יותר נתונים - ובסופו של דבר לשפר את ההבנה. זו הייתה המחשבה שעומדת מאחורי הפרויקט החכם שלנו. בסיכום זה, אנו נותנים לך זרימה מהירה של הפרויקט שלנו ומחלקים אותו לעיצוב, יצור והצגת נתונים. אוי מצוף, אתה הולך לאהוב את זה..!

אספקה

לבנייה המלאה של Smart Booy, אתה צריך הרבה דברים. תהיה לנו פירוט של חומרים ספציפיים הנדרשים לכל שלב של הבנייה במדריך הרלוונטי, אך הנה הרשימה המלאה:

• Arduino Nano - אמזון
• Raspberry Pi Zero - אמזון
• סוללה (18650) - אמזון
• פאנלים סולאריים - אמזון
• דיודות חסימה - אמזון
• בקר טעינה - אמזון
• מגביר באק - אמזון
• מודול GPS - אמזון
• GY -86 (מד תאוצה, ג'ירוסקופ, ברומטר, מצפן) - אמזון
• חיישן טמפרטורת מים - אמזון
• מודול צג כוח - אמזון
• מודול שעון בזמן אמת - אמזון
• מודולי רדיו - אמזון
• מודול מרבב i^2c - אמזון
• מדפסת תלת מימד - אמזון
• נימה PETG - אמזון
• אפוקסי - אמזון
• צבע ריסוס פריימר - אמזון
• חבל - אמזון
• צפות - אמזון
• דבק - אמזון

כל הקוד המשמש ניתן למצוא בכתובת

שלב 1: מה זה עושה?

החיישנים על סיפון המצוף מאפשרים לו למדוד: גובה גל, תקופת גל, עוצמת גל, טמפרטורת מים, טמפרטורת אוויר, לחץ אוויר, מתח, שימוש שוטף ומיקום GPS.

בעולם אידיאלי, הוא גם היה מודד את כיוון הגל. בהתבסס על המדידות שהמצוף אכן עשה, היינו די קרובים למצוא פתרון שיאפשר לנו לחשב את כיוון הגל. עם זאת, התברר שזה די מסובך וזו בעיה אדירה בקהילת המחקר בפועל. אם יש מישהו שיכול לעזור לנו ולהציע דרך יעילה לקבל מדידות של כיוון גל, אנא יידע אותנו - נשמח להבין כיצד נוכל לגרום לזה לפעול! כל הנתונים שהמצוף אוסף נשלחים באמצעות רדיו לתחנת בסיס, שהיא פטל פטל. הכנו לוח מחוונים כדי להציג אותם באמצעות Vue JS.

שלב 2: בנייה - מעטפת מצוף

המצוף הזה היה כנראה הדבר הקשה ביותר שהדפסנו עד כה. היו כל כך הרבה דברים שצריך לקחת בחשבון כי זה עומד להיות בים, חשוף לאלמנטים והרבה שמש. עוד נדבר על כך בהמשך הסדרה Smart Buoy.

בקצרה: הדפסנו כדור חלול ליד בשני חצאים. בחצי העליון יש חריצים ללוחות השמש וחור לאוויר רדיו. בחצי התחתון יש חור שעליו לעבור חיישן טמפרטורה וידית של חבל לקשור אליו.

לאחר שהדפסנו את המצוף בעזרת נימה של PETG, שיפשפנו אותו, ריססנו אותו בעזרת תחל מילוי כלשהו ולאחר מכן הניחנו כמה שכבות אפוקסי.

לאחר השלמת הכנת הקליפה, הכנסנו את כל האלקטרוניקה פנימה ואטמנו את חיישן טמפרטורת המים, רדיו אווירי ופאנלים סולאריים באמצעות אקדח דבק. לבסוף אטמנו את שני החצאים בעזרת דבק/דבק StixAll (דבק מטוס סופר).

ואז קיווינו שהוא עמיד למים …

שלב 3: בנייה - מצוף אלקטרוניקה

למצוף יש הרבה חיישנים על הסיפון ואנחנו נפרט על אלה בהדרכה הרלוונטית. מכיוון שזהו סיכום, ננסה לשמור על המידע האינפורמטיבי אך הקצר!

המצוף מופעל על ידי סוללה של 18650, הנטענת על ידי ארבעה פאנלים סולאריים של 5V. עם זאת, רק השעון בזמן אמת מופעל כל הזמן. המצוף משתמש בסיכת הפלט של השעון בזמן אמת כדי לשלוט על טרנזיסטור המאפשר כניסת כוח לשאר המערכת. כאשר המערכת מופעלת, היא מתחילה בקבלת מדידות מהחיישנים - כולל ערך מתח ממודול צג הכוח. הערך שניתן על ידי מודול צג הכוח קובע כמה זמן המערכת ישנה לפני שהיא לוקחת את מערך הקריאות הבא. אזעקה מוגדרת לזמן זה, ואז המערכת מכבה את עצמה!

המערכת עצמה היא הרבה חיישנים ומודול רדיו המחובר לארדואינו. מודול GY-86, RealTimeClock (RTC), מודול צג כוח ומכפיל I2C מתקשרים כולם עם ה- Arduino באמצעות I2C. היינו צריכים את המרבב I2C נדרש מכיוון של- GY-86 ולמודול RTC בו השתמשנו יש את אותה כתובת. מודול המרבב מאפשר לך לתקשר ללא טרחה נוספת, למרות שזה עשוי להיות קצת מוגזם.

מודול הרדיו מתקשר באמצעות SPI.

במקור, היה לנו גם מודול כרטיס SD, אך הוא גרם לכל כך הרבה כאבי ראש בגלל גודל ספריית ה- SD שהחלטנו לגרד אותו.

תסתכל על הקוד. סביר שיש לך כמה שאלות - כנראה גם ספקות מתמשכים - ונשמח לשמוע אותן. ההדרכות המעמיקות כוללות הסברי קוד, כך שאני מקווה שיעשו את זה קצת יותר ברור!

ניסינו להפריד באופן הגיוני בין קבצי הקוד ולהשתמש בקובץ ראשי כדי לכלול אותם, שנראה שעבד די טוב.

שלב 4: בנייה - אלקטרוניקה של תחנת בסיס

תחנת הבסיס מיוצרת באמצעות פטל פיי אפס עם מודול רדיו מצורף. קיבלנו את המעטפת מ- https://www.thingiverse.com/thing:1595429. את נהדרת, תודה רבה!

ברגע שהקוד פועל ב- Arduino, זה די פשוט לקבל את המדידות ב- Raspberry Pi על ידי הפעלת הקוד listen_to_radio.py.

שלב 5: לוח מחוונים

כדי להראות לך איך עשינו את כל המקף יהיה קצת אודיסיאה כי זה היה פרויקט די ארוך ומסובך. אם מישהו רוצה לדעת איך עשינו את זה, אנא יידע אותנו - מפתח האינטרנט T3ch Flicks תושב ישמח יותר לעשות הדרכה בנושא זה!

ברגע שאתה שם את הקבצים האלה על Raspberry Pi, אתה אמור להיות מסוגל להריץ את השרת ולראות את לוח המחוונים עם הנתונים נכנסים. מסיבות פיתוח ולראות איך המקף יראה אם הוא יסופק על ידי נתונים טובים וקבועים, הוספנו מחולל נתונים מזויף לשרת. הפעל את זה אם אתה רוצה לראות איך זה נראה כשיש לך יותר נתונים. נסביר זאת גם בפירוט בהדרכה מאוחרת יותר.

(זכור שאתה יכול למצוא את כל הקוד בכתובת

שלב 6: גרסה 2 ?? - בעיות

הפרויקט הזה ממש לא מושלם - אנחנו אוהבים לחשוב עליו יותר כאב טיפוס/הוכחת קונספט. למרות שאב הטיפוס עובד ברמה בסיסית: הוא צף, לוקח מדידות והוא מסוגל להעביר אותן, יש הרבה מה שלמדנו והיינו משתנים עבור גרסה שנייה:

1. הבעיה הגדולה ביותר שלנו לא הייתה היכולת לשנות את הקוד של המצוף לאחר הדבקתו. זה באמת היה קצת פיקוח וניתן לפתור אותו ביעילות רבה עם יציאת USB מכוסה בחותם גומי. עם זאת, זה היה מוסיף שכבה נוספת של מורכבות לתהליך איטום ההדפסה בתלת מימד!
2. האלגוריתמים בהם השתמשנו היו רחוקים מלהיות מושלמים. השיטות שלנו לקביעת מאפייני גל היו די גסות ובסופו של דבר הקדשנו הרבה מזמננו לקריאה במתמטיקה לשילוב נתוני החיישנים ממגנטומטר, מד תאוצה וג'ירוסקופ. אם מישהו שם בחוץ מבין זאת ומוכן לעזור, אנו חושבים שנוכל להפוך את המדידות הללו למדויקות הרבה יותר.
3. חלק מהחיישנים פעלו קצת מוזר. חיישן טמפרטורת המים היה זה שבלט כמפוקפק במיוחד - לפעמים כמעט 10 מעלות מהטמפרטורה האמיתית. הסיבה לכך יכולה להיות שזה רק חיישן גרוע, או שמשהו חימם אותו …

שלב 7: גירסה 2 ?? - שיפורים

הארדואינו היה טוב, אך כאמור קודם לכן נאלצנו לגרד את מודול כרטיס ה- SD (שאמור היה להיות גיבוי הנתונים אם לא ניתן לשלוח הודעות רדיו) עקב בעיות זיכרון. נוכל לשנות אותו למיקרו -בקר חזק יותר כמו Arduino Mega או Teensy או פשוט להשתמש באפס אחר של פטל פטל. עם זאת, זה היה מעלה את העלות ואת צריכת החשמל.

מודול הרדיו בו השתמשנו הוא בעל טווח מוגבל של כמה קילומטרים עם קו ראייה ישיר. עם זאת, בעולם היפותטי בו הצלחנו להציב מצופים רבים (מאוד) ברחבי האי, יכולנו ליצור רשת רשת כזו. יש כל כך הרבה אפשרויות להעברת נתונים לטווח ארוך, כולל lora, grsm. אם היינו יכולים להשתמש באחד מאלה, אולי רשת רשת ברחבי האי תתאפשר!

שלב 8: שימוש במצוף החכם שלנו למחקר

בנינו והשקנו את המצוף בגרנדה, אי קטן בדרום הקריביים. בזמן שהיינו בחוץ, ניהלנו שיחה עם ממשלת גרנדה, שאמרה כי מצוף חכם כמו זה שיצרנו יעזור במתן מדידות כמותיות של מאפייני האוקיינוס. מדידות אוטומטיות ינתקו מאמצים אנושיים וטעויות אנוש ויספקו הקשר מועיל להבנת החופים המשתנים. הממשלה גם הציעה כי מדידת רוח תהיה גם תכונה מועילה למטרותיהם. אין לי מושג איך ננהל את זה, אז אם למישהו יש רעיונות …

אזהרה חשובה היא שלמרות שמדובר בתקופה ממש מרגשת לחקר חופים, במיוחד בהשתתפות טכנולוגיות, יש עוד דרך ארוכה עד שאפשר לאמץ אותה במלואה.

תודה שקראת את פוסט הבלוג המסכם של סדרת Smart Booy. אם עדיין לא עשית זאת, עיין בסרטון הסיכום שלנו ב- YouTube.

הירשם לרשימת התפוצה שלנו!

חלק 1: ביצוע מדידת גל וטמפרטורה

חלק 2: רדיו GPS NRF24 וכרטיס SD

חלק 3: תזמון כוח למצוף

חלק 4: פריסת המצוף