شناور هوشمند [خلاصه]: 8 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:52

همه ما ساحل دریا را دوست داریم. ما به عنوان یک گروه جمعی برای تعطیلات به آنجا می رویم تا از ورزش های آبی لذت ببریم یا امرار معاش کنیم. اما ساحل یک منطقه پویا است که به لطف امواج است. بالا آمدن سطح دریا در سواحل و حوادث شدید شدید مانند طوفان ها آنها را کاملاً از بین می برد. برای درک چگونگی نجات آنها ، باید نیروهای مربوط به تغییر آنها را درک کنیم.

تحقیقات گران است ، اما اگر بتوانید ابزارهای ارزان قیمت و م createثر ایجاد کنید ، می توانید داده های بیشتری تولید کنید - در نهایت درک را بهبود می بخشید. این تفکر پشت پروژه Smart Buoy ما بود. در این خلاصه ، ما به سرعت پروژه خود را به شما ارائه می دهیم و آن را به طرح ، طرح و ارائه داده ها تقسیم می کنیم. اوه ، شما عاشق این خواهید شد..!

تدارکات

برای ساخت کامل Smart Buoy ، به چیزهای زیادی نیاز دارید. ما در آموزش مربوطه تفکیک مواد خاصی را که برای هر مرحله از ساخت مورد نیاز است خواهیم داشت ، اما لیست کامل در اینجا آمده است:

• آردوینو نانو - آمازون
• تمشک پای صفر - آمازون
• باتری (18650) - آمازون
• صفحات خورشیدی - آمازون
• مسدود کردن دیودها - آمازون
• کنترل کننده شارژ - آمازون
• تقویت کننده باک - آمازون
• ماژول GPS - آمازون
• GY -86 (شتاب سنج ، ژیروسکوپ ، فشارسنج ، قطب نما) - آمازون
• سنسور دمای آب - آمازون
• ماژول مانیتور قدرت - آمازون
• ماژول ساعت واقعی - آمازون
• ماژول های رادیویی - آمازون
• ماژول چند منظوره i^2c - آمازون
• چاپگر سه بعدی - آمازون
• رشته PETG - آمازون
• اپوکسی - آمازون
• رنگ اسپری پرایمر - آمازون
• طناب - آمازون
• شناور - آمازون
• چسب - آمازون

همه کدهای مورد استفاده را می توانید در https://gitlab.com/t3chflicks/smart-buoy پیدا کنید.

مرحله 1: چه کاری انجام می دهد؟

سنسورهای موجود در Smart Buoy آن را قادر می سازد تا اندازه گیری کند: ارتفاع موج ، دوره موج ، قدرت موج ، دمای آب ، دمای هوا ، فشار هوا ، ولتاژ ، استفاده از جریان و موقعیت GPS.

در یک دنیای ایده آل ، جهت موج را نیز اندازه گیری می کند. بر اساس اندازه گیری هایی که شناور انجام داد ، ما بسیار نزدیک به یافتن راه حلی بودیم که بتواند جهت موج را محاسبه کند. با این حال ، این بسیار پیچیده بود و یک مشکل بزرگ در جامعه تحقیقاتی واقعی است. اگر کسی در خارج وجود دارد که می تواند به ما کمک کند و راهی م effectiveثر برای اندازه گیری جهت موج پیشنهاد دهد ، لطفاً به ما اطلاع دهید - ما دوست داریم بدانیم چگونه می توانیم آن را به کار گیریم! تمام داده هایی که بویو جمع آوری می کند از طریق رادیو به یک ایستگاه پایه که رزبری پای است ارسال می شود. ما یک داشبورد برای نمایش آنها با استفاده از Vue JS ایجاد کردیم.

مرحله 2: ساخت - پوشش شناور

این شناور احتمالاً سخت ترین چیزی بود که ما تا کنون چاپ کرده ایم. به دلیل قرار گرفتن در دریا ، در معرض عناصر و خورشید زیاد ، موارد بسیار زیادی باید در نظر گرفته شود. بعداً در سری Smart Buoy در مورد آن بیشتر صحبت خواهیم کرد.

به طور خلاصه: ما یک کره تقریبا توخالی را در دو نیمه چاپ کردیم. نیمه بالایی دارای شکاف هایی برای پنل های خورشیدی و حفره ای برای عبور آنتن رادیویی است. نیمه پایینی دارای یک سوراخ برای عبور سنسور دما و یک دسته برای بستن طناب است.

پس از چاپ بویو با استفاده از فیلامنت PETG ، آن را سنباده زنی کردیم ، با اسپری با پرایمر پرکن رنگ آمیزی کردیم و سپس چند لایه اپوکسی پوشیدیم.

پس از آماده سازی پوسته ، تمام وسایل برقی را داخل آن قرار دادیم و سپس با استفاده از تفنگ چسبنده ، سنسور دمای آب ، پنل های رادیویی و پنل های خورشیدی را مهر و موم کردیم. در نهایت ، ما دو قسمت را با چسب/چسب StixAll (چسب فوق العاده هواپیما) مهر و موم کردیم.

و سپس ما امیدوار بودیم که ضد آب باشد…

مرحله 3: ساخت - الکترونیک شناور

شناور دارای سنسورهای زیادی است و ما در آموزش مربوطه به جزئیات آنها می پردازیم. از آنجا که این یک خلاصه است ، ما سعی می کنیم این مطلب را آموزنده ، اما مختصر نگه داریم!

منبع تغذیه از طریق باتری 18650 تامین می شود که توسط چهار پنل خورشیدی 5 ولت شارژ می شود. با این حال ، فقط ساعت زمان واقعی به طور مداوم کار می کند. بویو از پین خروجی ساعت واقعی برای کنترل ترانزیستور استفاده می کند که اجازه می دهد قدرت به بقیه سیستم وارد شود. هنگامی که سیستم روشن است ، با اندازه گیری از سنسورها شروع می شود - از جمله مقدار ولتاژ از ماژول مانیتور قدرت. مقدار داده شده توسط ماژول مانیتور قدرت تعیین می کند که مدت زمان خواب سیستم قبل از انجام مجموعه های بعدی قرائت چقدر است. برای این زمان زنگ هشدار تنظیم می شود ، سپس سیستم خود خاموش می شود!

خود سیستم دارای تعداد زیادی سنسور و ماژول رادیویی متصل به آردوینو است. ماژول GY-86 ، RealTimeClock (RTC) ، ماژول Power Monitor و مالتی پلکسر I2C همگی با آردوینو با استفاده از I2C ارتباط برقرار می کنند. ما به مولتی پلکسر I2C نیاز داریم زیرا GY-86 و ماژول RTC که از آنها استفاده کردیم آدرس یکسانی دارند. ماژول مالتی پلکسر به شما امکان می دهد بدون هیچ زحمتی ارتباط برقرار کنید ، اگرچه ممکن است کمی بیش از حد باشد.

ماژول رادیویی از طریق SPI ارتباط برقرار می کند.

در اصل ، ما یک ماژول کارت SD نیز داشتیم ، اما به دلیل اندازه کتابخانه SD آنقدر سردرد ایجاد کرد که تصمیم گرفتیم آن را حذف کنیم.

یه نگاه به کد بنداز به احتمال زیاد شما س questionsالاتی دارید - احتمالاً شک و تردیدهای زیادی نیز وجود دارد - و ما از شنیدن آنها خوشحال می شویم. آموزش های عمیق شامل توضیحات کد است ، بنابراین امیدوارم کمی واضح تر باشد!

ما سعی کردیم به طور منطقی فایل های کد را جدا کرده و از یک فایل اصلی برای قرار دادن آنها استفاده کنیم ، که به نظر می رسید بسیار خوب کار می کند.

مرحله 4: ساخت - الکترونیک ایستگاه پایگاه

ایستگاه پایه با استفاده از Raspberry Pi Zero با یک ماژول رادیویی متصل شده است. ما پوشش را از https://www.thingiverse.com/thing:1595429 دریافت کردیم. شما عالی هستید ، بسیار متشکرم!

هنگامی که کد را بر روی آردوینو اجرا کردید ، اندازه گیری روی Raspberry Pi با اجرای کد listen_to_radio.py بسیار ساده است.

مرحله 5: داشبورد

این که به شما نشان دهیم چگونه کل خط تیره را ساخته ایم کمی اودیسه ای خواهد بود زیرا این پروژه بسیار طولانی و پیچیده بود. اگر کسی می خواهد بداند ما چگونه این کار را کردیم ، به ما اطلاع دهید - توسعه دهنده وب مقیم T3ch Flicks خوشحال خواهد شد که آموزشی در این باره انجام دهد!

هنگامی که این فایلها را روی Raspberry Pi قرار می دهید ، باید بتوانید سرور را اجرا کرده و داشبورد را با داده های وارد شده مشاهده کنید. به دلایل توسعه و دیدن خط داش در صورت ارائه داده های خوب و منظم ، ما یک تولید کننده داده جعلی به سرور اضافه کردیم. اگر می خواهید ببینید وقتی داده های بیشتری دارید به چه شکل است آن را اجرا کنید. ما همچنین در آموزش بعدی این موضوع را با جزئیات توضیح خواهیم داد.

(به یاد داشته باشید که می توانید تمام کد را در https://github.com/sk-t3ch/smart-buoy پیدا کنید)

مرحله 6: نسخه 2 - چالش ها و مسائل

این پروژه کاملاً کامل نیست - ما دوست داریم آن را بیشتر به عنوان نمونه اولیه/اثبات مفهوم در نظر بگیریم. اگرچه نمونه اولیه در سطح اساسی کار می کند: شناور است ، اندازه گیری می کند و می تواند آنها را منتقل کند ، چیزهای زیادی آموخته ایم و برای نسخه دوم تغییر می کنیم:

1. بزرگترین مشکل ما این بود که نمی توانیم کد Buoy را بعد از چسباندن آن تغییر دهیم. این واقعاً کمی نظارت بود و با یک درگاه USB پوشیده از مهر و موم لاستیکی بسیار م effectivelyثر حل می شد. با این حال ، این یک پیچیدگی دیگر را به فرایند ضد آب چاپ سه بعدی اضافه می کرد!
2. الگوریتم هایی که استفاده کردیم بسیار کامل نبودند. روشهای ما برای تعیین خواص موج بسیار خام بود و در نهایت زمان زیادی را صرف خواندن ریاضی برای ترکیب داده های حسگر از مغناطیس سنج ، شتاب سنج و ژیروسکوپ کردیم. اگر کسی آنجا را درک کند و مایل به کمک باشد ، ما فکر می کنیم که می توانیم این اندازه گیری ها را بسیار دقیق تر انجام دهیم.
3. برخی از سنسورها کمی عجیب عمل کردند. سنسور دمای آب آن حسگری بود که بسیار مبهم بود - تقریباً 10 درجه از دمای واقعی گاهی اوقات. دلیل این امر می تواند این باشد که فقط یک سنسور بد بوده یا چیزی آن را گرم کرده است…

مرحله 7: نسخه 2 - بهبودها

آردوینو خوب بود ، اما همانطور که قبلاً ذکر شد ، به دلیل مشکلات حافظه مجبور شدیم ماژول کارت SD (که در صورت عدم امکان ارسال پیام های رادیویی پشتیبان داده ها بود) را حذف کنیم. ما می توانیم آن را به میکروکنترلر قوی تری مانند Arduino Mega یا Teensy تغییر دهیم یا فقط از رزبری پای صفر دیگر استفاده کنیم. با این حال ، این امر هزینه و مصرف برق را افزایش می دهد.

ماژول رادیویی مورد استفاده ما دارای محدوده محدودی از چند کیلومتر با خط دید مستقیم است. با این حال ، در یک جهان فرضی که ما توانستیم (بسیار) شناورهای زیادی را در اطراف جزیره قرار دهیم ، می توانیم یک شبکه مش مانند این ایجاد کنیم. امکانات زیادی برای انتقال داده های دوربرد وجود دارد ، از جمله lora ، grsm. اگر بتوانیم از یکی از این موارد استفاده کنیم ، شاید یک شبکه مش در سراسر جزیره امکان پذیر باشد!

مرحله 8: استفاده از شناور هوشمند ما برای تحقیق

ما شناور را در گرانادا ، جزیره ای کوچک در جنوب کارائیب ساخته و راه اندازی کردیم. در حالی که آنجا بودیم ، با دولت گرانادو گفتگو کردیم و گفت که یک شناور هوشمند مانند آنچه ما ایجاد کردیم در اندازه گیری کمی ویژگی های اقیانوس مفید خواهد بود. اندازه گیری های خودکار برخی از تلاش های انسانی و خطاهای انسانی را حذف می کند و زمینه مفیدی را برای درک تغییر سواحل فراهم می کند. دولت همچنین پیشنهاد کرد که اندازه گیری باد نیز برای اهداف آنها یک ویژگی مفید خواهد بود. هیچ نظری نداریم که چگونه آن را مدیریت کنیم ، بنابراین اگر کسی ایده ای دارد…

نکته مهمی که وجود دارد این است که اگرچه زمان بسیار مهیجی برای تحقیقات ساحلی ، به ویژه در زمینه فناوری است ، اما تا تصویب کامل آن راه زیادی در پیش است.

با تشکر از شما برای خواندن پست وبلاگ خلاصه سری Smart Buoy. اگر قبلاً این کار را نکرده اید ، لطفاً به ویدیوی خلاصه ما در YouTube نگاه کنید.

در لیست پست ما ثبت نام کنید!

قسمت 1: اندازه گیری موج و دما

قسمت 2: رادیو GPS NRF24 و کارت SD

قسمت 3: برنامه ریزی قدرت برای شناور

قسمت 4: استقرار شناور