Smart Boei [opsomming]: 8 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:23

Ons is almal lief vir die see. As 'n kollektief kom ons daarheen vir vakansies, om watersport te geniet of om 'n bestaan te maak. Maar die kus is 'n dinamiese gebied aan golwe. Stygende seevlakke knibbel aan strande en kragtige uiterste gebeurtenisse soos orkane maak dit heeltemal uitmekaar. Om te verstaan hoe om hulle te red, moet ons die kragte verstaan wat hul verandering dryf.

Navorsing is duur, maar as u goedkoop en effektiewe instrumente kan skep, kan u meer data genereer, wat uiteindelik u begrip verbeter. Dit was die gedagte agter ons Smart Buoy -projek. In hierdie opsomming gee ons u 'n vinnige uiteensetting van ons projek en verdeel dit in ontwerp, vervaardiging en data -voorstelling. O boei, jy gaan hiervan hou..!

Voorrade

Vir die volledige Smart Buoy -bou, benodig u BAIE goed. Ons sal die uiteensetting van spesifieke materiaal wat vir elke fase van die opbou benodig word, in die relevante tutoriaal uiteensit, maar hier is die volledige lys:

• Arduino Nano - Amazon
• Framboos Pi Zero - Amazon
• Battery (18650) - Amazon
• Sonpanele - Amazon
• Blokkerende diodes - Amazon
• Laai beheerder - Amazon
• Bokversterker - Amazon
• GPS -module - Amazon
• GY -86 (versnellingsmeter, gyroscoop, barometer, kompas) - Amazon
• Watertemperatuur sensor - Amazon
• Kragmonitormodule - Amazon
• Intydse klokmodule - Amazon
• Radiomodules - Amazon
• i^2c multiplexer module - Amazon
• 3D -drukker - Amazon
• PETG -filament - Amazon
• Epoksie - Amazon
• Primer spuitverf - Amazon
• Tou - Amazon
• Vlotte - Amazon
• Gom - Amazon

Al die gebruikte kode kan gevind word op

Stap 1: Wat doen dit?

Die sensors aan boord van die Smart Buoy stel dit in staat om te meet: golfhoogte, golftydperk, golfkrag, watertemperatuur, lugtemperatuur, lugdruk, spanning, huidige gebruik en GPS -ligging.

In 'n ideale wêreld sou dit ook die golfrigting gemeet het. Op grond van die metings wat die Boei gedoen het, was ons redelik naby aan 'n oplossing wat ons in staat sou stel om die golfrigting te bereken. Dit blyk egter redelik ingewikkeld te wees en dit is 'n groot probleem in die werklike navorsingsgemeenskap. As daar iemand is wat ons kan help en 'n effektiewe manier kan voorstel om golfrigtingmetings te kry, laat weet ons asseblief - ons wil graag verstaan hoe ons dit kan laat werk! Al die data wat die Boei versamel, word per radio gestuur na 'n basisstasie, 'n Raspberry Pi. Ons het 'n paneelbord gemaak om dit met Vue JS te vertoon.

Stap 2: Bou - Boei -omhulsel

Hierdie boei was waarskynlik die moeilikste ding wat ons tot dusver gedruk het. Daar was net soveel dinge om in ag te neem, aangesien dit in die see sou wees, blootgestel aan die elemente en baie son. Ons sal later meer daaroor praat in die Smart Buoy -reeks.

In kort: ons het 'n naby hol bol in twee helftes gedruk. Die boonste helfte het gleuwe vir die sonpanele en 'n gat vir 'n radioantenne. Die onderste helfte het 'n gat vir 'n temperatuursensor om deur te gaan en 'n handvatsel waaraan 'n tou vasgemaak kan word.

Nadat ons die boei met PETG -filament gedruk het, skuur ons dit, spuitverf dit met 'n bietjie vulmiddel en sit 'n paar lae epoksie op.

Sodra die voorbereiding van die dop voltooi was, het ons al die elektronika daarin geplaas en die watertemperatuursensor, radioantenne en sonpanele verseël met 'n gomgeweer. Uiteindelik verseël ons die twee helftes met StixAll -gom/gom (supervliegtuiggom).

En toe hoop ons dat dit waterdig is …

Stap 3: Bou - Boei -elektronika

Die boei het baie sensors aan boord en ons gaan in detail hieroor in die betrokke tutoriaal uiteen. Aangesien dit 'n opsomming is, probeer ons hierdie insiggewend, maar kort hou!

Die Boei word aangedryf deur 'n 18650 -battery, wat deur vier, 5V sonpanele gelaai word. Slegs die intydse klok word egter voortdurend aangeskakel. Die Boei gebruik die uitsetpen van die real -time horlosie om 'n transistor te beheer waarmee krag die res van die stelsel kan binnedring. As die stelsel aangeskakel word, begin dit metings van die sensors - insluitend 'n spanningswaarde van die kragmonitormodule. Die waarde wat deur die kragmonitor -module gegee word, bepaal hoe lank die stelsel slaap voordat die volgende stel lesings geneem word. 'N Wekker word vir hierdie tyd ingestel, dan skakel die stelsel homself af!

Die stelsel self bevat baie sensors en 'n radiomodule wat aan 'n Arduino gekoppel is. Die GY-86-module, RealTimeClock (RTC), Power Monitor-module en I2C-multiplexer kommunikeer almal met die Arduino met behulp van I2C. Ons het die I2C-multiplexer nodig gehad omdat die GY-86 en die RTC-module wat ons gebruik het, dieselfde adres het. Met die multiplexer -module kan u sonder enige moeite kommunikeer, hoewel dit 'n bietjie te veel kan wees.

Die radiomodule kommunikeer via SPI.

Oorspronklik het ons ook 'n SD -kaartmodule gehad, maar dit het soveel hoofpyn veroorsaak as gevolg van die grootte van die SD -biblioteek dat ons besluit het om dit te verwyder.

Kyk na die kode. Dit is waarskynlik dat u 'n paar vrae het - waarskynlik ook aanhoudende twyfel - en ons sal dit graag hoor. Die diepgaande tutoriale bevat kodeverklarings, so hopelik maak dit dit 'n bietjie duideliker!

Ons het probeer om die kode lêers logies te skei en 'n hooflêer te gebruik om dit in te sluit, wat blykbaar redelik goed werk.

Stap 4: Bou - Elektroniese basisstasie

Die basisstasie word gemaak met 'n Raspberry Pi Zero met 'n radiomodule daarby. Ons het die omhulsel van https://www.thingiverse.com/thing:1595429 gekry. Jy is fantasties, baie dankie!

As u eers die kode op die Arduino laat loop, is dit redelik eenvoudig om die metings op die Raspberry Pi te kry deur die listen_to_radio.py -kode uit te voer.

Stap 5: Dashboard

Om jou te wys hoe ons die hele streep gemaak het, sou 'n bietjie Odyssey wees, want dit was 'n redelik lang en ingewikkelde projek. Laat weet ons as iemand wil weet hoe ons dit gedoen het - die T3ch Flicks -inwoner -webontwikkelaar sal graag 'n handleiding hieroor doen!

Sodra u hierdie lêers op 'n Raspberry Pi geplaas het, moet u die bediener kan bestuur en die paneelbord met die data kan sien. Om ontwikkelingsredes en om te sien hoe die streep sou lyk as dit deur goeie, gereelde data verskaf word, ons het 'n valse data -kragopwekker by die bediener gevoeg. Begin dit as u wil sien hoe dit lyk as u meer data het. Ons sal dit ook in detail verduidelik in 'n latere tutoriaal.

(Onthou dat u al die kode op https://github.com/sk-t3ch/smart-buoy kan vind)

Stap 6: Weergawe 2 ?? - Probleme

Hierdie projek is absoluut nie perfek nie - ons beskou dit meer as 'n prototipe/konsepbewys. Alhoewel die prototipe op 'n fundamentele vlak werk: dit dryf, neem metings en kan dit oordra, is daar baie wat ons geleer het en sou verander vir weergawe twee:

1. Ons grootste probleem was dat ons nie die kode vir die boei kon verander nadat ons dit vasgeplak het nie. Dit was eintlik 'n bietjie oorsigtelik en kan baie effektief opgelos word met 'n USB -poort bedek met 'n rubber seël. Dit sou egter 'n heel ander laag kompleksiteit bygevoeg het tot die 3D -afdrukproses!
2. Die algoritmes wat ons gebruik het, was ver van perfek. Ons metodes om golweienskappe te bepaal, was redelik onbeskof en ons bestee baie tyd aan wiskunde om die sensordata van die magnetometer, versnellingsmeter en gyroscoop te kombineer. As iemand daar buite dit verstaan en bereid is om te help, dink ons dat ons hierdie metings baie akkurater kan maak.
3. Sommige van die sensors het 'n bietjie vreemd opgetree. Die watertemperatuursensor was die een wat besonder opvallend was - soms byna 10 grade van die werklike temperatuur af. Die rede hiervoor kan wees dat dit net 'n slegte sensor was, of iets het dit opgewarm …

Stap 7: Weergawe 2 ?? - Verbeterings

Die Arduino was goed, maar soos voorheen genoem, moes ons die SD -kaartmodule (wat veronderstel was om die data -rugsteun te wees as die radioboodskappe nie kon stuur nie), verwyder as gevolg van geheue -probleme. Ons kan dit verander na 'n kragtiger mikrobeheerder soos 'n Arduino Mega of 'n Teensy of net 'n ander Raspberry Pi -nul gebruik. Dit sou egter die koste en kragverbruik verhoog het.

Die radiomodule wat ons gebruik het, het 'n beperkte reikafstand van 'n paar kilometer met direkte siglyn. Maar in 'n hipotetiese wêreld waar ons (baie) boeie op die eiland kon plaas, kon ons 'n gaasnetwerk soos hierdie gevorm het. Daar is soveel moontlikhede vir die oordrag van data oor 'n lang afstand, insluitend lora, grsm. As ons een hiervan kon gebruik, is daar moontlik 'n netwerknetwerk rondom die eiland moontlik!

Stap 8: Gebruik ons slim boei vir navorsing

Ons het die Boei gebou en gelanseer in Grenada, 'n klein eiland in die suidelike Karibiese Eilande. Terwyl ons daar buite was, het ons met die Grenadese regering gesels, wat gesê het dat 'n slim boei soos die wat ons geskep het, nuttig sou wees om kwantitatiewe metings van oseaankenmerke te gee. Outomatiese metings sal menslike inspanning en menslike foute uitskakel en 'n nuttige konteks bied om die veranderende kus te verstaan. Die regering het ook voorgestel dat die neem van windmetings ook 'n nuttige funksie vir hul doeleindes is. Geen idee hoe ons die een gaan bestuur nie, so as iemand 'n idee het …

'N Belangrike voorbehoud is dat hoewel dit 'n baie opwindende tyd is vir kusnavorsing, veral met betrekking tot tegnologie, daar nog 'n lang pad moet duur voordat dit volledig aangeneem kan word.

Dankie dat u die opsomming van die blogpos van die Smart Buoy -reeks gelees het. As u dit nog nie gedoen het nie, kyk gerus na ons opsommingsvideo op YouTube.

Teken in op ons poslys!

Deel 1: Meting van golwe en temperatuur

Deel 2: GPS NRF24 -radio en SD -kaart

Deel 3: Skeduleringskrag na die boei

Deel 4: Die implementering van die boei