Älykäs poiju [Yhteenveto]: 8 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 08:59

Me kaikki rakastamme merenrantaa. Ryhmänä me keräämme sinne lomalle, nauttimaan vesiurheilusta tai ansaitsemaan toimeentulomme. Mutta rannikko on dynaaminen alue aaltojen armoilla. Merenpinnan nousu nappaa rannoilla ja voimakkaat ääritapahtumat, kuten hurrikaanit, tuhoavat ne kokonaan. Ymmärtääksemme kuinka pelastaa heidät, meidän on ymmärrettävä niiden muutosta ohjaavat voimat.

Tutkimus on kallista, mutta jos voisit luoda halpoja, tehokkaita välineitä, pystyt tuottamaan enemmän dataa - mikä viime kädessä parantaa ymmärrystä. Tämä oli ajatus Smart Buoy -projektimme takana. Tässä yhteenvedossa esittelemme projektimme nopeasti ja jaamme sen suunnitteluun, merkkiin ja tietojen esitykseen. Voi poija, tulet rakastamaan tätä..!

Tarvikkeet

Täydelliseen Smart Buoy -rakenteeseen tarvitset PALJON tavaraa. Kerromme jokaisessa rakennusvaiheessa tarvittavien materiaalien erittelyn asiaankuuluvassa opetusohjelmassa, mutta tässä on täydellinen luettelo:

• Arduino Nano - Amazon
• Raspberry Pi Zero - Amazon
• Akku (18650) - Amazon
• Aurinkopaneelit - Amazon
• Estodiodit - Amazon
• Latausohjain - Amazon
• Buck Booster - Amazon
• GPS -moduuli - Amazon
• GY -86 (kiihtyvyysmittari, gyroskooppi, barometri, kompassi) - Amazon
• Veden lämpötila -anturi - Amazon
• Virranvalvontamoduuli - Amazon
• Reaaliaikainen kellomoduuli - Amazon
• Radiomoduulit - Amazon
• i^2c -multiplekserimoduuli - Amazon
• 3D -tulostin - Amazon
• PETG -filamentti - Amazon
• Epoksi - Amazon
• Pohjamaali spraymaali - Amazon
• Köysi - Amazon
• Kellukkeet - Amazon
• Liima - Amazon

Kaikki käytetty koodi löytyy osoitteesta

Vaihe 1: Mitä se tekee?

Smart Buoy -laitteen anturien avulla se voi mitata: aallonkorkeuden, aallonjakson, aallon tehon, veden lämpötilan, ilman lämpötilan, ilmanpaineen, jännitteen, virrankäytön ja GPS -sijainnin.

Ihanteellisessa maailmassa se olisi myös mitannut aallon suunnan. Poijun tekemien mittausten perusteella olimme melko lähellä ratkaisun löytämistä, jonka avulla voimme laskea aallon suunnan. Se osoittautui kuitenkin melko monimutkaiseksi ja se on valtava ongelma todellisessa tutkimusyhteisössä. Jos joku voi auttaa meitä ja ehdottaa tehokasta tapaa saada aallon suunnan mittauksia, kerro siitä meille - haluaisimme ymmärtää, miten saamme sen toimimaan! Kaikki poijun keräämät tiedot lähetetään radion välityksellä tukiasemalle, joka on Raspberry Pi. Teimme kojelaudan niiden näyttämiseksi Vue JS: n avulla.

Vaihe 2: Rakenna - poiju

Tämä poiju oli luultavasti vaikein asia, jonka olemme tähän mennessä painaneet. Oli vain niin paljon huomioitavaa, koska se oli meressä, alttiina elementeille ja paljon aurinkoa. Puhumme siitä myöhemmin Smart Buoy -sarjassa.

Lyhyesti: painoimme lähes onton pallon kahdessa puolikkaassa. Yläosassa on aukot aurinkopaneeleille ja reikä radioantennille. Alaosassa on reikä lämpötila -anturin läpi ja kahva köyden kiinnittämiseen.

Kun poiju on tulostettu PETG -filamentilla, hiottiin se, maalattiin spray -maalilla jollakin täytepohjamaalilla ja laitettiin sitten pari kerrosta epoksia.

Kun kuoren valmistelu oli valmis, laitoimme kaiken elektroniikan sisälle ja suljimme sitten veden lämpötila -anturin, radioantennin ja aurinkopaneelit liimapistoolilla. Lopuksi suljimme molemmat puolikkaat StixAll -liimalla/-liimalla (superlentokoneen liimalla).

Ja sitten toivoimme sen olevan vedenpitävä …

Vaihe 3: Rakenna - poijuelektroniikka

Poijulla on paljon antureita ja tarkastelemme niitä yksityiskohtaisesti oppaassa. Koska tämä on tiivistelmä, yritämme pitää tämän informatiivisen, mutta lyhyen!

Poijussa on 18650 akku, jota lataa neljä 5 V: n aurinkopaneelia. Vain reaaliaikainen kello saa kuitenkin jatkuvasti virtaa. Poiju käyttää reaaliaikaisen kellon ulostulonasta ohjatakseen transistoria, joka antaa virran päästä muuhun järjestelmään. Kun järjestelmä kytketään päälle, se aloittaa mittaamalla anturit - mukaan lukien jännitearvon tehonvalvontamoduulista. Virranvalvontamoduulin antama arvo määrittää, kuinka kauan järjestelmä nukkuu ennen seuraavan mittaussarjan ottamista. Hälytys asetetaan tälle ajalle, ja järjestelmä sammuu itsestään!

Itse järjestelmässä on paljon antureita ja radiomoduuli, joka on kytketty Arduinoon. GY-86-moduuli, RealTimeClock (RTC), Power Monitor -moduuli ja I2C-multiplekseri kommunikoivat Arduinon kanssa käyttäen I2C: tä. Tarvitsimme I2C-multiplekserin, koska GY-86: lla ja käyttämämme RTC-moduulilla on sama osoite. Multiplekserimoduulin avulla voit kommunikoida ilman ylimääräistä vaivaa, vaikka se saattaa olla hieman liikaa.

Radiomoduuli kommunikoi SPI: n kautta.

Alun perin meillä oli myös SD -korttimoduuli, mutta se aiheutti niin paljon päänsärkyä SD -kirjaston koon vuoksi, että päätimme romuttaa sen.

Katsokaa koodia. On todennäköistä, että sinulla on joitain kysymyksiä - luultavasti myös epäilyksiä - ja kuulemme ne mielellämme. Perusteelliset oppaat sisältävät koodin selityksiä, joten toivottavasti ne tekevät siitä hieman selkeämmän!

Yritimme erottaa kooditiedostot loogisesti ja sisällyttää ne päätiedostoon, joka näytti toimivan melko hyvin.

Vaihe 4: Rakenna - Tukiasemaelektroniikka

Tukiasema on valmistettu Raspberry Pi Zerosta, johon on liitetty radiomoduuli. Saimme kotelon osoitteesta https://www.thingiverse.com/thing:1595429. Olet upea, kiitos paljon!

Kun koodi on käynnissä Arduinolla, on helppo saada mittaukset Raspberry Pi -laitteesta suorittamalla koodi listen_to_radio.py.

Vaihe 5: Kojelauta

Koko viivan tekemisen näyttäminen olisi hieman Odysseiaa, koska se oli melko pitkä ja monimutkainen projekti. Jos joku haluaa tietää, miten teimme sen, kerro siitä meille - T3ch Flicks -verkkokehittäjä tekisi mielellään opetusohjelman tästä!

Kun olet asettanut nämä tiedostot Raspberry Pi -laitteeseen, sinun pitäisi pystyä suorittamaan palvelin ja näkemään kojelauta, jossa on tietoja. Kehitystarkoituksista ja nähdäksesi, miltä viiva näyttäisi, jos se toimittaisi hyvät, säännölliset tiedot, lisäsimme väärennettyjen tietojen generaattorin palvelimelle. Suorita se, jos haluat nähdä miltä se näyttää, kun sinulla on enemmän tietoja. Selitämme tämän myös yksityiskohtaisesti myöhemmässä opetusohjelmassa.

(Muista, että löydät kaikki koodit osoitteesta

Vaihe 6: Versio 2 ?? - Ongelmia

Tämä projekti ei todellakaan ole täydellinen - haluamme ajatella sitä enemmän prototyyppinä/todisteena konseptista. Vaikka prototyyppi toimii perustason tasolla: se kelluu, tekee mittauksia ja pystyy lähettämään ne, on paljon opittua ja muuttuisimme versiossa kaksi:

1. Suurin ongelmamme oli, ettemme voineet muuttaa poijun koodia sen liimaamisen jälkeen. Tämä oli todella vähän ohimenevää, ja se voitaisiin ratkaista erittäin tehokkaasti kumitiivisteellä peitetyllä USB -portilla. Se olisi kuitenkin lisännyt aivan muuta monimutkaisuutta 3D -tulostuksen vedeneristysprosessiin!
2. Käyttämämme algoritmit eivät olleet läheskään täydellisiä. Menetelmämme aalto -ominaisuuksien määrittämiseen olivat melko raakoja, ja lopulta käytimme paljon aikaa matematiikan lukemiseen magnetometrin, kiihtyvyysmittarin ja gyroskoopin anturitietojen yhdistämiseksi. Jos joku siellä ymmärtää tämän ja on valmis auttamaan, voimme mielestämme tehdä näistä mittauksista paljon tarkempia.
3. Jotkut anturit toimivat hieman oudosti. Veden lämpötila -anturi oli se, joka erottui erityisen varovasta - lähes 10 astetta todellisesta lämpötilasta ajoittain. Syy tähän oli se, että se oli vain huono anturi tai jokin lämmitti sitä…

Vaihe 7: Versio 2 ?? - Parannuksia

Arduino oli hyvä, mutta kuten aiemmin mainittiin, meidän piti romuttaa SD -korttimoduuli (jonka piti olla tietojen varmuuskopiointi, jos radioviestejä ei voitu lähettää) muistiongelmien vuoksi. Voisimme muuttaa sen tehokkaammaksi mikro -ohjaimeksi, kuten Arduino Megaksi tai Teensyksi, tai käyttää vain toista Raspberry Pi nollaa. Tämä olisi kuitenkin lisännyt kustannuksia ja virrankulutusta.

Käyttämämme radiomoduulin kantama on rajoitettu pari kilometriä ja suora näköyhteys. Kuitenkin hypoteettisessa maailmassa, jossa pystyimme asettamaan (hyvin) monia poijuja ympäri saarta, olisimme voineet muodostaa tällaisen silmäverkon. On niin monia mahdollisuuksia tiedonsiirtoon pitkän kantaman alueella, mukaan lukien lora, grsm. Jos pystyisimme käyttämään yhtä näistä, ehkä silmäverkko saaren ympärillä olisi mahdollista!

Vaihe 8: Älykkään poijumme käyttö tutkimukseen

Rakensimme ja lanseerasimme pojan Grenadassa, pienellä saarella Etelä -Karibialla. Ollessamme siellä keskustelimme Grenadan hallituksen kanssa, joka sanoi, että luomamme kaltainen älykäs poiju olisi hyödyllinen valtameren ominaisuuksien mittaamisessa. Automaattiset mittaukset vähentäisivät inhimillisiä ponnisteluja ja inhimillisiä virheitä ja antaisivat hyödyllisen kontekstin muuttuvien rannikkojen ymmärtämiseen. Hallitus ehdotti myös, että tuulimittausten tekeminen olisi myös hyödyllinen ominaisuus heidän tarkoituksiinsa. Ei aavistustakaan siitä, miten aiomme hoitaa sen, joten jos jollain on ideoita…

Tärkeä varoitus on, että vaikka tämä on todella jännittävää aikaa rannikkotutkimukselle, erityisesti tekniikalle, on vielä pitkä matka, ennen kuin se voidaan ottaa täysin käyttöön.

Kiitos, että luit Smart Buoy -sarjan yhteenvedon blogiviestin. Jos et ole jo tehnyt sitä, katso yhteenvetovideomme YouTubessa.

Rekisteröidy postituslistallemme!

Osa 1: Aallon ja lämpötilan mittaaminen

Osa 2: GPS NRF24 -radio ja SD -kortti

Osa 3: Virran ajoittaminen poijulle

Osa 4: Poijun käyttöönotto