WetRuler-Merenpinnan korkeuden mittaaminen: 8 vaihetta (kuvilla)

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

Ilmoitus tuli alkukesästä, että Prinssi William Soundiksi kutsuttu Alaskan alue osuu odottamatta ilmaston lämpenemisen aiheuttamaan tsunamiin. Tutkijat, jotka tekivät löydön, viittasivat nopeasti vetäytyvän jään alueeseen, joka oli jättänyt jälkeensä vuoren roskia, jotka liukuvat vuonoon ja aloittavat 30 metrin aallon, joka lopulta osui Whittierin kaupunkiin. Tämä on tapahtunut aiemmin, vuoden 1964 maanjäristyksen aikana, jolloin tärinä aiheutti useita tsunameja ympäröivissä vuonoissa ja tuhosi rannikon, mukaan lukien Whittier ja Valdez, useilla kuolemilla. Risteilyveneet, jotka olivat jo varovaisia virukselta, päättivät olla menemättä lähelle aluetta, ja USFS tarjosi hyvityksiä kaikista vuokratuista mökeistä. Viikkoa myöhemmin tsunamivaroitus iski kaikkiin matkapuhelimiin! Vedenalainen majakka oli havainnut aallon, joka liittyi pieneen maanjäristykseen rannikolla. Kaikkia alueellisia kaupunkeja kehotettiin evakuoimaan veden lähellä. Siitä ei tullut mitään. Miten mittaat näitä tapahtumia? Tämä opas kertoo yksityiskohtaisesti pienten antureiden rakentamisesta, jotka kykenevät mittaamaan meren korkeuden ja lähettämään tiedot joko LORA -vastaanottimelle tai suoraan GSM: ään. Yksiköt ovat kompakteja ja näyttävät kestäviltä ympäristölleen, ja niitä käytetään aurinkoenergialla. Olen testannut niitä täällä toistettavien vuoroveden korkeuksien saavuttamiseksi, mutta niitä voidaan käyttää myös aallonkorkeuden ja tsunamin ennustamiseen.

Vaihe 1: Kerää materiaalit

Rakensin kaksi lähetysyksikköä-yksi sisältää GSM (matkapuhelin) -latauksen ja toinen LORA-latauksen. Voit myös harkita liittämistä la -majakkaan, koska monilla näistä alueista ei ole matkapuhelinverkkoa. Näiden instrumenttien ytimessä on MS5803-14BA, ja sen käyttö ja kokoonpano eri tilanteissa löytyy seuraavilta verkkosivustoilta: https://thecavepearlproject.org/2016/09/21/field-… ja http:/ /owhl.org. Toinen näistä on loistavasti suunniteltu etäloggeri, jossa on oma räätälöity piirilevy aallonkorkeuden mittaamiseen pitkällä aikavälillä. Anturit näyttivät kestävän vettä kuukausista vuoteen asetuksista riippuen.

1. MS5803-14BA-voit hankkia ne DigiKey-palvelusta hintaan 13 dollaria, mutta sinun on tehtävä pintajuotos tai saat valmiiksi valmistetun katkaisulaudan SparkFunilta, mutta se maksaa sinulle takaisin 60 dollaria. Jos teet sen itse, tarvitset pienen Adafruit -levyn juottamiseen ja jonkin matalan lämpöisen juotosgeelin (140F), josta löysin apua. Cavepearlprojectilla on loistava opetusohjelma näiden käsin juottamisesta-ehdotan, että hankit halvan muokkausaseman Amazonilta 30 dollarilla.

2. LILYGO 2kpl TTGO LORA32 868/915Mhz ESP32 LoRa-27 dollaria nämä ovat LORA-laatikolle.

3. ARDUINO MKR GSM 1400 $ 55-tämä on loistava lauta. Se toimii täydellisesti Hologram simin kanssa. Valitettavasti en saanut heidän Arduino Sim -laitettaan toimimaan uuden palvelunsa kanssa useista yrityksistä huolimatta. Jos sinulla on edelleen pääsy 2GM -palveluun, voit ostaa jotain halvempaa, mutta se epäonnistui täysin Alaskassa.

4. aurinkokennot Uxcell 2kpl 6V 180mA poly mini aurinkokennomoduuli DIY kevyille leluille laturi 133mm x 73mm $ 8

5. 18650 Akku 4 dollaria

6. TP4056-laturi 1 dollaria

7. Kytke kestävä metallinen päälle/pois -kytkin vihreällä LED -renkaalla - 16 mm vihreä päälle/pois 5 dollaria

8. Icstation 1S 3.7V litiumioniakun jännitemittarin ilmaisin 4 osaa Sininen LED -näyttö 2 dollaria

9. Adafruit TPL5111 Low Power Timer Breakout-loistava pieni ajoituslaite 6,00 dollaria

10. N -kanavainen teho MOSFET - 30V / 60A 1,75 dollaria

11. Differential I2C Long Cable Extender PCA9600 Module from SandboxElectronics X2 (18 dollaria kukin) - kirjallisuudessa on mainintaa menestyksestä pitkillä I2C -kaapeleilla, mutta päivittäin 25 metrin vuorovesi Alaskassa tarvitset pitkiä kaapeleita … no joo, johtoa.. Käytin isoa laatikko 23 g 4 kierrettyä parikaapelia, joka soveltuu ulkokäyttöön.

12. Adafruit BMP388 - Tarkka barometrinen paine ja korkeusmittari 10 dollaria

Vaihe 2: Rakenna anturit

Anturit on juotettava pintaan pieniin piirilevyihin. Kaksi edellistä teosta antavat sinulle vinkkejä siitä, miten se tehdään. Ostin sekä anturit että pienet levyt Digikeyltä. Käytä Adafruutin matalan lämpötilan juotetta ja hiero pienintäkin määrää anturin jalkojen viereen, kun asetat sen taululle. Käytä uudelleenpuhallinta sulattaaksesi sen paikalleen. En onnistunut tekemään tätä hyvin käsin juotosasetuksillani ja päädyin oikosulkemaan joitain tyynyjä. Loput johdot, jos tarkistat johdot oikein, on helppoa-laitat pienen kondensaattorin (0,1 n) virta- ja maajohtojen väliin ja nostat CS- ja PSB-johdot Hei aloittaaksesi I2C: n ja ohjata anturin osoitetta. (Katso piirustus) Lo -valinnassa on kaksi vaihtoehtoa: 0 X 76 Hi ja 0 X 77. Käytin molempia anturisauvan muodostamiseen, kun anturit olivat yhden jalan päässä toisistaan, jolloin saatiin mittauspaineen paine -ero. Suunnittelin anturille 3D -painetun kotelon, jotta se voidaan täysin kapseloida kirkkaaseen epoksiin. Kartiokiinnityksen suu sopii täydellisesti anturin pieneen ruostumattomaan kaulaan.

Vaihe 3: Tulosta asuntosi 3D -muodossa

Kaksi pääkoteloa GSM: lle ja Loralle ovat samat aurinkopaneeleille tarkoitettujen sivupaneelien kanssa. Ainoa modi Loralle oli antennin reikä yläosassa, joka on porattava laitteen halkaisijan mukaan. GSM -antenni sopii toiseen laatikkoon. Kummassakin ohjauspaneelissa on aukot ON/OFF- ja painikepainikkeille, joilla akun varaustason näyttö voidaan kytkeä päälle. Jalat on painettu erikseen ja liimattu kulmissa oleviin koteloihin ja tarjoavat erilaisia asennusvaihtoehtoja. Pieni torni ja kierrekorkki on liimattu microUSB -kiinnityksen aukon ympärille suojaamaan sitä veden tunkeutumiselta. Laite on pohjimmiltaan hyvin vedenkestävä ja painettu PETG-tekniikalla lämmön vääristymisen minimoimiseksi. Käytin kuoren upotettuja messinkiruuvikiinnikkeitä pääkotelossa 3 mm: n ruuveille. Antureille on tiedostoja kahdelle kiinnikkeelle-toisessa on kaksi anturia, jotka on asennettu jalka erilleen lucite-muovista valmistetulle sauvalle ja kiinnitys I2C "booster" -laatikkoon, jossa piiri on asennettu ja epoksoitu sisäpuolella. Tässä sauvassa on myös kaksi 3D -tulostettua reikää asennusvaihtoehtoja varten. Toinen anturikotelo on yksi kiekko, johon yksi antureista on ruuvattu ja takana on aukko I2C: n "tehostimelle" epoksoituna. Kaikki nämä on painettu PETG -muodossa. Loput tiedostot ovat Loran vastaanotinyksikön pieni kotelo, jossa on pieni ikkuna OLEDille.

Vaihe 4: Johdotus

Anturit on kytketty rinnakkain SDA -linjojen, SCL -linjojen, Pos- ja Gnd -johtojen kanssa, jotka kaikki on liitetty yhteen kierrettyyn kaapeliin, jossa on neljä johdinta. I2C-vahvistimet ovat erittäin helppokäyttöisiä-molemmat anturit voidaan liittää tulojohtoihin ja niiden välinen pitkä, jopa 60 metrin pituinen kaapeli on kiinnitetty samantyyppiseen vastaanotinyksikköön. Jos jatkat pidempään, sinun on ehkä vaihdettava levyjen vetovastus. Muiden kytkentäkaaviot ovat yllä. Piiri toimii virtakytkimellä, joka lähettää virtaa Adafruit TPL5111 -laitteelle, joka on asetettu 57 ohmiin kääntämään Enable-tilan korkealle 10 minuutin välein-voit tietysti säätää tätä vähemmän tai enemmän tiedonsiirtotaajuutta varten. Tämä ohjaa MOSFETia emolevyn pohjalla (joko Lora tai Arduino 400 GSM). (Olen huomannut, että GSM: n ja ESP32: n kaltaisilla levyillä on liian suuri virrankulutus TPL: lle, ellet käytä niiden kanssa MOSFETia …) Virta antureille ja BMP388: lle tulee emolevystä, kun se on päällä: 3v. Vedävastukset ovat I2C -vahvistimissa, etkä tarvitse niitä tämän piirin antureille. Latauskortti TP4056 toimii hyvin kahden aurinkopaneelin ja 18650 -akun kanssa. Painike vain yhdistää akun ulostulon pieneen akun varaustasoon. Lucite -sauvaan kiinnitetyt kaksi anturia käyttävät kaksi käytettävissä olevaa osoitetta, mukaan lukien BMP388 -osoite (0 X 77), joten sinun on liitettävä BMP SPI: llä emolevyihin, jos käytät kahta vedenpaineanturia. Jos käytät vain yhtä (kiekkoa), voit yhdistää sen I2C: hen ja käyttää jäljellä olevaa käytettävissä olevaa osoitetta (0 X 77) BMP: lle.

Vaihe 5: Rakenna se

Käytin perf -levyjä pilkatakseni kaiken. Emolevy TPL, BMP menivät kaikki yhdelle levylle. Kytkimet ruuvattiin paikoilleen kumitiivisteillä. Latauskortti kiinnitetään ohjauslevyn tukijalkaan niin, että microUSB on ulospäin. Vesisuojatorni liimattiin eteen ja kierrekorkki suljettiin kierteisiin jonkin verran silikonirasvaa. Lucite -sauva leikattiin pois kahdesta 1/4 muovikerroksesta antureiden ollessa täsmälleen yhden jalan päässä toisistaan. 3D -tulostetut reikäkiinnikkeet asetettiin päihin ja I2C -tehostin ruuvattiin keskelle, jossa kaikki lankayhteydet tehtiin. Kiekkoanturi tulostettiin 3D -painikkeella ja tehosterokotus epoksoitiin sisälle ja kytkettiin yhteen anturiin. Lora-yksikön yläosaan porattiin reikä antennin sijoittamiseksi, ja kunkin yksikön takaosaan sijoitettiin reikiä antureiden johtimen sijoittamiseksi. Kiinnitä lanka vetoketjuun sen jälkeen, kun se on liimattu paikoilleen. Kaikki johdinliitännät kutistetaan meren lämpöä ja maalataan sitten nestemäisellä sähköteipillä vesiturvallisuuden takaamiseksi.

Vaihe 6: Ohjelmoi se

Ohjelmassa ei todellakaan ole paljon. Se perustuu vahvasti antureiden kirjastoihin, jotka toimivat täydellisesti, ja GSM Blynk -ohjelmiston ihme Arduino-kortille, joka sopii täydellisesti Hologram Cloudiin. Hanki Hologram -tili ja hanki heiltä SIM -kortti Arduino 400 GSM -kortillesi. Kädenpuristusprosessin hoitaa kaikki Blynk-GSM Arduino -kirjasto. Adafruit kirjoitti BMP -kirjaston ja minä käytin SparkFun -kirjastoa MS5803: lle. Molemmat syöttävät lämpötilaa antureistasi, jos haluat. Ohjelmistolla säädetyt nastat voivat käyttää melkein mitä tahansa emolevyllä. Käytin Blynk -ajastinrutiinia, jotta en vahingossa ylikuormita Blynk -sovellusta. Sinun on tietysti oltava varovainen GSM-hologrammi-linkin kautta syöttämäsi datamäärän kanssa tai voit suorittaa pienen laskun-ei paljon-se käytti noin 3 Mt viikossa, mikä on noin 40 senttiä. Lähetin vain kolme painemittausta - 2 vedenalaisesta ja yksi kotelosta (BMP). Ohjelman viimeinen osa sammuttaa TPL: n nostamalla HI: een yksikön valmiit nastat, jotka sanovat, että tiedot on siirretty. Blynk -sovellus on upea kuten aina, ja voit suunnitella minkä tahansa haluamasi tulostusnäytön, ja paras osa on mahdollisuus ladata tietokasasi sähköpostitse milloin tahansa.

Lora -yksikkö käyttää samoja kirjastoja ja käyttää OLED -yksikköä (sammutin tämän lähettäjäyksikön ohjelmistossa energian säästämiseksi) ja asettaa taajuuden tietylle sijainnillesi. Se rakentaa sitten datamerkkijonon erottimilla, joiden avulla se voi lähettää anturilukemasi yhdellä laukauksella. Sitten se aktivoi valmiit nastansa sammuttaakseen. Vastaanotinyksikkö hajottaa sanan ja lähettää tiedot Blynk -sovellukseen aina WIFI -linkin kautta. Vastaanotin on uskomattoman pieni ja kytketään seinään.

Vaihe 7: Käytä sitä

Pieni anturipinta kerää suurella tarkkuudella kaiken siihen kohdistuvan painevoiman ylhäältä-tämä sisältää kaiken ilman ja veden paineen. Niinpä ajoittaiset muutokset meren korkeudessa-kuten aallot ja muutokset meren yläpuolella olevien myrskyjen ilmanpaineessa-vaikuttavat siihen. Tästä syystä barometrinen paineanturi on sisällytetty koteloon (varmista, että annat pari pientä ilmareikää, jotta se voi lukea oikein). Kaksi anturia sisältävä anturisauva on ankkuroitu mereen syvyyteen, jossa se on edelleen veden peitossa myös laskuveden aikaan. On mielivaltaista, mihin syvyyteen sijoitat anturit, koska ne mittaavat vain vesipatsaan korkeuden muutosta, ei absoluuttista korkeutta. Käytin ankkurina tiiliä, johon oli kiinnitetty köysi anturisauvan kiinnittämiseen muutaman metrin päähän pohjasta. Sauvan ylänapaan kiinnitettiin uimuri pitämään antureita jalassa toisistaan pystysuunnassa. Kierretty parilanka ja köysi johtivat telakkaan, jossa ne sidottiin paljon löysällä vuorovesiretken mukauttamiseksi. GSM -lähetinyksikkö oli asennettu läheiseen veneeseen. Seuranta tapahtui yli kuukauden ajan. Molemmat anturit antoivat lukemat johdonmukaisesti 28 yksikön välissä, mikä edusti paine -eroa veden jalassa kyseisessä paikassa. Ilmanpaine vähennettiin alemmista anturitiedoista ja jaettiin 28: lla, jotta saadaan jalkaväli merenpinnan noususta ja laskusta 10 minuutin jaksojen aikana. Yllä oleva kaavio antaa vertailun NOAA -kaavioon samalla ajanjaksolla. Todellinen nousu- ja laskuanturi/jalat tarkistettiin telakan todellista liikettä vastaan ja todettiin olevan 1/2 tuumaa. Vaikka GSM -lähetykset kuluttavat paljon energiaa kymmenen minuutin välein, aurinkopaneelit pysyivät helposti kysynnän yllä tässä hämärässä sademetsäympäristössä.

Vaihe 8: Lisää

Aiemmin näitä antureita käytettiin jo mainittujen lähteiden avulla aallonkorkeuden tutkimiseen. Tulokseni olivat rauhallisesta satamasta, jossa oli minimaalinen tuulen aiheuttama aaltoaktiivisuus, mutta voit kaapata nämä tiedot lisäämällä näytteenottotaajuutta ja ottamalla tulosten liukuvat keskiarvot. Lora -järjestelmä toimii hyvin etäisyyksillä, jotka toimittavat aaltotietoverkkoa useille rannikon paikoille. Tämä olisi ihanteellinen niille, jotka ovat kiinnostuneita surffausaktiviteeteista. Näiden riippumattomien yksiköiden alhaiset kustannukset ja erittäin pieni koko tekisivät rannikkotiedon hyödyntämisestä helppoa. Tällä hetkellä vuorovesitietojen talteenotto on hyvin monimutkainen ja infrastruktuurista riippuvainen hallituksen toiminta, mutta tämä voi muuttua vaihtoehtoisten laitteiden käyttöönoton myötä. Blynk on nyt ohjelmoitu ilmoittamaan minulle seuraavasta tsunamista!