WetRuler-מדידת גובה האוקיינוס: 8 שלבים (עם תמונות)

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

ההודעה הגיעה בתחילת הקיץ כי האזור באלסקה בשם פרינס וויליאם סאונד ייפגע באופן בלתי צפוי על ידי הצונאמי שהתחיל. המדענים שגילו את הגילוי הצביעו על אזור של קרח הנסוג במהירות שהותיר אחריו הר פסולת שיחליק לתוך פיורד ויזום גל בגובה 30 רגל שבסופו של דבר יפגע בעיירה וויטייר. זה קרה בעבר, במהלך רעידת האדמה ב -1964, כאשר רעידות יזמו צונאמי מרובים בפיורדים שמסביב והרסו את החוף כולל וויטייר וואלדז עם מספר מקרי מוות. סירות שייט שכבר נזהרו מהנגיף החליטו לא להתקרב לאזור ו- USFS הציעו החזרים על כל בקתות שהושכרו. שבוע לאחר מכן, אזהרת צונאמי פגעה בכל הטלפונים הסלולריים שלנו! מגדלור מתחת למים זיהה גל הקשור לרעידת אדמה קטנה מול החוף. לכל העיירות האזוריות נאמר להתפנות אם בקרבת מים. זה לא הגיע לשום דבר. כיצד אתה מודד אירועים אלה? מדריך זה מפרט את בנייתם של חיישנים קטנים המסוגלים למדוד את גובה האוקיינוס ולשלוח את הנתונים למקלט LORA או ישירות ל- GSM. היחידות הן קומפקטיות ונראות עמידות לסביבתן והן מופעלות על ידי שמש. בדקתי אותם כאן להשגת גבהי גאות ניתנים לשחזור, אך ניתן להשתמש בהם גם לגובה גל ולתחזיות צונאמי.

שלב 1: אסוף את החומרים שלך

יש שתי יחידות שליחה שבניתי-האחת כוללת העלאת GSM (טלפון סלולרי) והשנייה העלאת LORA. תוכל גם לשקול להתממשק עם משואת Sat מכיוון שלרבים מהאזורים הללו אין כיסוי סלולרי. החיישן בלב מכשירים אלה הוא ה- MS5803-14BA ואת השימוש וההרכבה שלו בתרחישים שונים ניתן למצוא באתרי אינטרנט אלה: https://thecavepearlproject.org/2016/09/21/field-…and http:/ /owhl.org. השני מאלה מציג כורת מרחוק מעוצב להפליא עם PCB מעוצב בהתאמה אישית למדידה לטווח ארוך של גובה הגל. נראה שהחיישנים סובלניים כלפי מים במשך חודשים עד שנה בהתאם להתקנה.

1. MS5803-14BA-אתה יכול להשיג את אלה מ- DigiKey תמורת 13 $, אך עליך לבצע עבודות הלחמה על פני השטח או לקבל לוח פריצה מוכן מראש מ- SparkFun אך הוא יחזיר לך $ 60. אם תעשו את זה תצטרכו לוח Adafruit קטן להלחמה אליו וכמה ג'ל הלחמה בטמפרטורה נמוכה (140F) שמצאתי מועיל. ל- cavepearlproject יש הדרכה מצוינת כיצד להלחים אותם ביד-אני מציע להשיג תחנת עיבוד זולה מאמזון תמורת 30 דולר.

2. LILYGO 2 יחידות TTGO LORA32 868/915Mhz ESP32 LoRa-27 $ אלה מיועדות לארגז LORA.

3. ARDUINO MKR GSM 1400 $ 55-זהו לוח נהדר. זה עובד בצורה מושלמת עם SIM ההולוגרמה. לרוע המזל לא הצלחתי לגרום ל Simdu Arduino שלהם לעבוד עם השירות החדש שלהם למרות ניסיונות מרובים. אם עדיין יש לך גישה לשירות 2GM אתה יכול ללכת עם משהו זול יותר אבל זה לגמרי נכשל באלסקה.

4. תאים סולאריים Uxcell 2 יח '6V 180mA פולי מיני סולארית מודול פנל DIY למעבד צעצועים אור 133 מ"מ x 73 מ"מ 8 $

5. 18650 סוללה 4 $

6. TP4056-מטען 1 $

7. מתג הפעלה/כיבוי מתג מחוספס עם טבעת LED ירוקה - 16 מ מ ירוק הפעלה/כיבוי 5 $

8. מחוון בודק סוללות ליתיום יון Icstation 1S 3.7V 4 סעיפים תצוגת LED כחולה 2 $

9. Adafruit TPL5111 Breakout Timer Breakout-מכשיר תזמון קטן ומבריק 6.00 $

10. כוח ערוץ N MOSFET - 30V / 60A $ 1.75

11. מודול PCA9600 מודד PCA9600 של כבל דיפרנציאל I2C ארוך מ- SandboxElectronics X2 (18 $ לכל אחד) - ישנה הצלחה שהוזכרה עם כבלים ארוכים עבור I2C בספרות אך עם גאות ושפל של 25 רגל באלסקה אתה צריך כבלים ארוכים … אוי כן כמה כבלים.. השתמשתי בכבל גדול 23 גרם 4 מעוות זוג המתאים לחוץ.

12. Adafruit BMP388 - לחץ ברומטרי מדויק ומד גובה 10 $

שלב 2: בנה את החיישנים

החיישנים חייבים להיות מולחמים על פני השטח למחשבי PCB קטנים. שתי העבודות הקודמות נותנות לך כמה רמזים כיצד לעשות זאת. קניתי הן את החיישנים והן את הלוחות הזעירים מ- Digikey. השתמש בהלחמה עם טמפרטורה נמוכה מ- Adafruit וטפטף רק את הכמות הזעירה ביותר הסמוכה לרגלי החיישן בעת הנחתה על הלוח. השתמש במפוח עיבוד מחדש כדי להמיס אותו למקומו. לא הצלחתי לעשות זאת היטב עם הגדרת הלחמת הידיים ובסופו של דבר קיצרתי חלק מהרפידות. שאר החיווט אם אתה בודק את הלידים שלך בצורה נכונה הוא קל-הצבת קבל קטן (0.1n) בין מוליכי החשמל והקרקע והרמת מוליכי CS ו- PSB Hi ליזום I2C ושליטה בכתובת החיישן. (ראה ציור) יש לך שתי אפשרויות 0 X 76 היי ו- 0 X 77 עבור Lo. השתמשתי בשניהם ליצירת שרביט חיישן כאשר החיישנים ממוקמים זה מזה ברגל אחת כדי לתת את הפרש הלחץ בכל המדידה שלך. עיצבתי חיישן מודפס תלת מימד לחיישן כדי לאפשר לו להיות עטוף לגמרי באפוקסי שקוף. הפה של חרוט החרוט מתאים בצורה מושלמת לצוואר הנירוסטה הזעיר של החיישן והמיקום האטום מושג בעזרת טבעת זעירה של דבק -על אשר מחזיקה אותו במקומו ואוטמת אותו לאטום אפוקסי.

שלב 3: הדפס תלת מימד שלך

שני הבתים העיקריים ל- GSM ולורה זהים עם תוספות פנל צדדי לפאנלים הסולאריים. המוד היחיד ללורה היה חור האנטנה בחלקו העליון שצריך לקדוח בהתאם לקוטר היחידה שלך. אנטנת ה- GSM מתאימה בתוך התיבה השנייה. לוח הבקרה בכל אחד מהם זהה לחורים להפעלה/כיבוי ולחיצה על מנת להפעיל את מסך רמת הסוללה. הרגליים מודפסות בנפרד ומודבקות על המארזים בפינות ומספקות אפשרויות הרכבה שונות. הצריח הקטן וכובע הבורג מודבקים סביב הפתח לתושבת ה- microUSB כדי להגן עליו מפני חדירת מים. היחידה בעצם עמידה במים ומודפסת ב- PETG כדי למזער את עיוות החום. השתמשתי בהרכבות בורג פליז מבודדות חום בבית הראשי עבור ברגים של 3 מ"מ במקרה. ישנם קבצים לשני תושבים לחיישנים-באחד שני חיישנים המותקנים זה מזה ברגל על שרביט מפלסטיק לוציט עם תושבת לתיבת "מגבר" I2C כשהמעגל מותקן ומפוח פנימה. לשרביט זה יש גם שני חורים מודפסים בתלת מימד כדי להתאים לאפשרויות הרכבה. בית החיישנים השני הוא פאק בודד כשאחד החיישנים מוברג לתוכו וחיתוך מאחור של ה"בוסטר "I2C שחודר לתוכו. כל אלה מודפסים ב- PETG. שאר הקבצים הם הדיור הזעיר ליחידת מקלט Lora עם חלון קטן ל- OLED.

שלב 4: חוט אותו

החיישנים מחוברים במקביל לקווי SDA, קווי SCL, Pos ו- Gnd כולם חוברים לכבל מפותל אחד עם ארבעה מוליכים. מגברי I2C קלים מאוד לשימוש-חיבור שני החיישנים לקווי הכניסה והכבל הארוך המתערב עד 60 מטר המחובר לאותו סוג של יחידת מקלט. אם תלך יותר זמן ייתכן שיהיה עליך לשנות את נגדי המשיכה שעל הלוחות. תרשימי החיווט לשאר הם למעלה. המעגל פועל באמצעות מתג הפעלה/כיבוי ששולח כוח ל- Adafruit TPL5111 המוגדר על 57 אוהם כדי להפוך את ה- Enable הגבוה שלו לכל 10 דקות-ניתן כמובן להתאים זאת לתדר העברת נתונים פחות או יותר. זה שולט ב- MOSFET על הקרקע של הלוח הראשי (או לורה או ה- Arduino 400 GSM). (גיליתי שללוחות כמו GSM ו- ESP32 יש משיכת חשמל גדולה מדי עבור ה- TPL, אלא אם כן אתה משתמש בהם MOSFET …) כוח לחיישנים ול- BMP388 מגיע מהלוח הראשי כשהוא דולק: 3v. נגדי המשיכה נמצאים במגברי ה- I2C ואין צורך בהם עבור החיישנים במעגל זה. לוח הטעינה TP4056 עובד מצוין עם שני פאנלים סולאריים וסוללת 18650 המצורפת. הכפתור פשוט מחבר את פלט הסוללה למסך רמת הסוללה הקטן. שני החיישנים המחוברים לשרביט ה- lucite משתמשים בשתי הכתובות הזמינות, כולל הכתובת של BMP388 (0 X 77), כך שעליך לחבר את ה- BMP עם SPI ללוחות הראשיים אם אתה משתמש בשני חיישני לחץ מים. אם אתה משתמש באחד בלבד (פאק) אתה יכול לחבר אותו עם I2C ולהשתמש בכתובת הזמינה הנותרת (0 X 77) עבור ה- BMP.

שלב 5: בנה אותו

השתמשתי בלוחות perf כדי ללעוג לכל דבר. הלוח הראשי TPL, BMP הלך על לוח אחד. המתגים הוברגו למקומם בעזרת פקקי הגומי שלהם. לוח המטען מותקן על התוח של לוח הבקרה כאשר ה- microUSB פונה כלפי חוץ. צריח ההגנה מפני מים הודבק בחזית ומכסה הבורג נאטם בשמן סיליקון על החוטים. שרביט הלוצ'יט נחתך משתי שכבות של 1/4 פלסטיק כשהחיישנים מותקנים זה מזה ברגל אחת. תושבות החורים המודפסות בתלת -ממד הונחו בקצוות ומגביר ה- I2C הוברג באמצע היכן שנעשו כל חיבורי החוט. חיישן הפאקו הודפס בתלת מימד והגביר את האפוקס בפנים וחובר לחיישן האחד. בחלקו העליון של יחידת לורה נקדח חור בכדי להכיל את האנטנה וחורים הונחו בחלק האחורי של כל יחידה בכדי להכיל את החוט מהחיישנים. רוכסן קשור אליו את החוט לאחר הדבקתו במקומו. כל חיבורי החוט מצטמצמים בחום הימי ולאחר מכן נצבעים עם סרט חשמלי נוזלי לאבטחת מים.

שלב 6: תכנת אותו

אין ממש הרבה בתוכנית. הוא מסתמך במידה רבה על הספריות המסופקות לחיישנים --- הפועלים בצורה מושלמת ועל נס תוכנת GSM Blynk ללוח ה- Arduino שמשתלב בצורה מושלמת עם ענן ההולוגרמה. הירשם לחשבון הולוגרמה וקבל מהם כרטיס SIM למיקום בלוח ה- Arduino 400 GSM שלך. תהליך לחיצת היד כל מטופל על ידי ספריית Blynk-GSM Arduino. Adafruit כתב את הספרייה ל- BMP ואני השתמשתי בספריית SparkFun עבור MS5803. שניהם מספקים תפוקי טמפרטורה מהחיישנים שלך אם תרצה. סיכות מותאמות תוכנה יכולות להשתמש כמעט בכל דבר על הלוח הראשי. השתמשתי בשגרת הטיימר של Blynk כדי לא להעמיס בטעות על אפליקציית Blynk. אתה כמובן צריך להיזהר מכמות הנתונים שאתה מכניס דרך הקישור GSM-הולוגרמה או שאתה יכול להריץ חשבון קטן-לא הרבה-הוא השתמש בערך ב -3MB בשבוע שמגיע לכ -40 סנט. העליתי רק את שלוש מדידות הלחץ - 2 מתחת למים ואחת מהמקרה (BMP). החלק האחרון של התוכנית הוא כיבוי ה- TPL על ידי העלאת ה- HI לסיכה הנעשית ביחידה שאומרת שהנתונים הועברו. אפליקציית Blynk נהדרת כתמיד ותוכל לעצב כל סוג של פלט שאתה רוצה והחלק הטוב ביותר הוא היכולת להוריד את ערימת הנתונים שלך בדוא ל בכל עת שתרצה.

יחידת לורה משתמשת באותן ספריות ומשתמשת ביחידת OLED (כיביתי זאת בתוכנת יחידת השולח כדי לחסוך באנרגיה) וקובעת את התדירות של המיקום הספציפי שלך. לאחר מכן הוא בונה מחרוזת נתונים עם מפרידים המאפשרים לה לשלוח את קריאות החיישן שלך בזריקה אחת. לאחר מכן היא מפעילה את הסיכה המוגמרת שלה לכיבוי. יחידת המקלט מפרקת את המילה ושולחת את המידע לאפליקציית Blynk דרך קישור WIFI תמיד. המקלט קטן להפליא ומתחבר ליבלת קיר.

שלב 7: שימוש בו

פני החיישן הזעירים קולטים ברמת דיוק גבוהה את כל כוח הלחץ עליו מלמעלה-זה כולל את כל לחץ האוויר והמים. לכן שינויים לסירוגין בגובה האוקיינוס-כמו גלים ושינויים בלחץ האוויר מסופות מעל האוקיינוס משפיעים עליו. זו הסיבה לכלול את חיישן הלחץ הברומטרי במארז (הקפד לספק כמה חורי אוויר זעירים שיאפשרו לו לקרוא נכון). שרביט החיישן עם שני החיישנים מעוגן באוקיינוס בעומק שבו הוא עדיין יהיה מכוסה במים גם בשפל. זה שרירותי באיזה עומק אתה מציב את החיישנים מכיוון שהם ימדדו רק את השינוי בגובה עמודת המים מעל הגובה המוחלט. השתמשתי בלבן כעוגן עם חבל מחובר להרכבת שרביט החיישן במרחק כמה מטרים מהתחתית. מצוף הוצמד לקוטב העליון של השרביט כדי להחזיק את החיישנים בכף רגלם באוריינטציה אנכית. חוט הזוג המעוות והחבל הובילו לרציף שבו הם נקשרו עם הרבה רפיון כדי להתאים את טיול הגאות. יחידת שולח GSM הותקנה על סירה סמוכה. הניטור התקיים למעלה מחודש. שני החיישנים נתנו קריאות מופרדות בעקביות על ידי 28 יחידות שייצגו את הפרש הלחץ בכף רגל מים באותו מקום. הלחץ הברומטרי הופחת מנתוני החיישנים הנמוכים יותר וחולק ב -28 כדי לתת ערך שווה ערך לרגל העליה והירידה של פני האוקיינוס לאורך 10 דקות. התרשים לעיל נותן את ההשוואה לתרשים NOAA לאותה תקופת תאריך. חיישן העלייה והנפילה בפועל/רגליים נבדק כנגד התנועה בפועל של הרציף ונמצא מדויק עד 1/2 אינץ '. אפילו עם צריכת האנרגיה הגבוהה של GSM משדר כל עשר דקות הפאנלים הסולאריים עמדו בקלות בביקוש בסביבת יער הגשם העמומה הזו.

שלב 8: עוד

השימושים הקודמים בחיישנים אלה על ידי המקורות שכבר הוזכרו היו לחקר גובה הגלים. התוצאות שלי היו מנמל רגוע עם פעילות גל מינימלית ברוח אבל אתה יכול ללכוד את הנתונים האלה על ידי הגדלת תדירות הדגימה ובעל ממוצעים מתגלגלים של התוצאות. מערכת לורה עובדת היטב במרחקים שיספקו רשת רשת של מידע גל למספר מיקומים לאורך חוף. זה יהיה אידיאלי עבור אלה המעוניינים בפעילויות גלישה העלות הנמוכה והגודל הקטן מאוד של יחידות עצמאיות אלה יהפכו את הבשירות של מידע על החוף למשימה קלה. נכון לעכשיו לכידת מידע הגאות היא פעילות ממשלתית מסובכת ותלויה בתשתיות, אך הדבר עשוי להשתנות עם אימוץ מכשירים חלופיים. Blynk מתוכנת כעת להודיע לי על הצונאמי הבא!