WetRuler-اندازه گیری ارتفاع اقیانوس: 8 مرحله (همراه با تصاویر)

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

اوایل تابستان امسال اعلام شد که منطقه ای در آلاسکا به نام شاهزاده ویلیام صدا به طور غیر منتظره ای تحت تأثیر سونامی ناشی از گرمایش جهانی قرار خواهد گرفت. دانشمندانی که به این کشف دست یافتند به ناحیه ای از یخ که به سرعت در حال عقب نشینی بود اشاره کردند که کوهی از آوار را پشت سر گذاشته بود که به فیورد می لغزید و موجی 30 فوتی را آغاز می کرد که در نهایت به شهر ویتیر برخورد می کرد. این قبلاً اتفاق افتاده بود ، در زلزله 1964 که در آن لرزش باعث ایجاد چندین سونامی در آبدرهای اطراف شد و سواحل از جمله ویتیر و والدز را با چندین کشته ویران کرد. قایق های کروز که از ویروس مراقبت کرده بودند تصمیم گرفتند به این منطقه نزدیک نشوند و USFS مبلغی را که کرایه کرده بود بازپرداخت کرد. یک هفته بعد هشدار سونامی به همه تلفن های همراه ما برخورد کرد! یک فانوس دریایی زیر آب موجی را در ارتباط با زمین لرزه کوچک در ساحل تشخیص داده بود. به همه شهرهای منطقه گفته شد در صورت نزدیکی آب تخلیه شوند. به نتیجه ای نرسید. این رویدادها را چگونه اندازه گیری می کنید؟ این دستورالعمل جزئی از ساختمان سنسورهای کوچکی است که قادر به اندازه گیری ارتفاع اقیانوس هستند و داده ها را به گیرنده LORA یا مستقیم به GSM ارسال می کنند. واحدها جمع و جور هستند و نسبت به محیط خود مقاوم به نظر می رسند و از انرژی خورشیدی استفاده می کنند. من آنها را در اینجا برای دستیابی به ارتفاع جزر و مد قابل تکرار آزمایش کرده ام ، اما می توان از آنها برای ارتفاع موج و پیش بینی سونامی نیز استفاده کرد.

مرحله 1: مواد خود را جمع آوری کنید

دو واحد ارسال وجود دارد که من ساختم-یکی شامل بارگذاری GSM (تلفن همراه) و دیگری بارگذاری LORA. همچنین می توانید ارتباط با چراغ Sat را در نظر بگیرید زیرا بسیاری از این مناطق پوشش تلفن همراه ندارند. حسگر قلب این ابزارها MS5803-14BA است و استفاده و مونتاژ آن در سناریوهای مختلف را می توانید در این وب سایت ها مشاهده کنید: https://thecavepearlproject.org/2016/09/21/field-…and http:/ /owhl.org. دومی از این دستگاه ها یک دستگاه چوب بردار از راه دور با طراحی درخشان با PCB مخصوص خود برای اندازه گیری بلند مدت ارتفاع موج را نشان می دهد. به نظر می رسد حسگرها بسته به نوع راه اندازی ، ماه ها تا یک سال نسبت به آب مقاوم هستند.

1. MS5803-14BA-می توانید اینها را با 13 دلار از DigiKey تهیه کنید ، اما باید برخی از کارهای لحیم کاری سطحی را انجام دهید یا از SparkFun یک تخته خراب پیش ساخته تهیه کنید ، اما این مبلغ 60 دلار به شما باز می گرداند. اگر آن را خودتان انجام می دهید ، به یک تخته کوچک Adafruit برای لحیم کردن آن و مقداری ژل لحیم کاری با دمای پایین (140F) نیاز دارید که به نظر من مفید است. پروژه cavepearl یک آموزش عالی در مورد نحوه لحیم کاری آنها دارد-من پیشنهاد می کنم یک ایستگاه کار مجدد ارزان از آمازون با قیمت 30 دلار تهیه کنید.

2. LILYGO 2 عدد TTGO LORA32 868/915Mhz ESP32 LoRa-27 دلار برای جعبه LORA است.

3. ARDUINO MKR GSM 1400 55 دلار-این یک تخته عالی است. با سیم کارت هولوگرام کاملاً کار می کند. متأسفانه من نتوانستم Arduino Sim آنها را با وجود خدمات متعدد با سرویس جدید آنها کار کنم. اگر هنوز به خدمات 2GM دسترسی دارید ، می توانید از چیزی ارزان تر استفاده کنید ، اما در آلاسکا کاملاً خراب شد.

4. سلول های خورشیدی Uxcell 2Pcs 6V 180mA Poly Mini Solar Cell Panel Module DIY برای اسباب بازی های سبک شارژر 133mm x 73mm 8 $

5. باتری 18650 4 دلار

6. TP4056-شارژر 1 دلار

7. سوئیچ فلز مقاوم را روشن/خاموش کنید با حلقه LED سبز - 16 میلی متر سبز روشن/خاموش 5 دلار

8. Icstation 1S 3.7V لیتیوم یون باتری تستر نشانگر 4 بخش نمایش LED آبی 2 دلار

9. Adafruit TPL5111 Low Power Timer Breakout-دستگاه زمانبندی کوچک فوق العاده 6.00 دلار

10. قدرت N -MOSFET - 30 ولت / 60 آمپر 1.75 دلار

11. ماژول دیفرانسیل I2C Long Cable Extender PCA9600 از SandboxElectronics X2 (هریک 18 دلار) - برخی از موفقیت های ذکر شده در مورد کابل های طولانی برای I2C در ادبیات وجود دارد ، اما با جزر و مد روزانه 25 پا در آلاسکا شما به کابل های طولانی نیاز دارید … آه بله برخی از کابل ها.. من از جعبه بزرگ 23 گرم 4 جفت پیچ خورده کابل مناسب برای خارج استفاده کردم.

12. Adafruit BMP388 - فشار دقیق فشارسنج و ارتفاع سنج 10 دلار

مرحله 2: سنسورها را بسازید

سنسورها باید به PCB های کوچک لحیم شوند. دو کار قبلی نکاتی را در مورد نحوه انجام آن به شما ارائه می دهد. من هم سنسورها و هم تخته های کوچک را از Digikey خریدم. از لحیم کم دمای Adafruit استفاده کنید و هنگام قرار دادن آن روی صفحه ، کوچکترین مقدار را در کنار پای سنسور مالش دهید. از یک دمنده کار مجدد برای ذوب کردن آن در محل استفاده کنید. من نتوانستم این کار را با تنظیم لحیم کاری دستی انجام دهم و در نهایت برخی از پدها را کوتاه کردم. بقیه سیم کشی ها اگر به درستی سیم های خود را بررسی کنید آسان است-قرار دادن یک خازن کوچک (0.1n) بین سیم برق و زمین و بالا بردن سیم های CS و PSB Hi برای راه اندازی I2C و کنترل آدرس سنسور. (به نقاشی مراجعه کنید) شما دو گزینه 0 X 76 Hi و 0 X 77 برای Lo دارید. من از هر دو برای ایجاد یک چوب سنسور با سنسورهایی که یک پا از هم فاصله دارند استفاده کردم تا اختلاف فشار هر اندازه گیری شما اندازه گیری شود. من یک محفظه چاپ سه بعدی برای سنسور طراحی کردم تا بتوان آن را کاملاً در اپوکسی شفاف قرار داد. دهانه پایه مخروطی کاملاً متناسب با گردن کوچک ضد زنگ سنسور است و محل مهر و موم شده با حلقه ای کوچک از چسب فوق العاده است که آن را در موقعیت خود نگه داشته و برای محصور اپوکسی مهر و موم می کند.

مرحله 3: مسکن خود را به صورت سه بعدی چاپ کنید

دو محفظه اصلی GSM و Lora با درج پنل جانبی برای صفحات خورشیدی یکسان است. تنها حالت Lora سوراخ آنتن در بالا بود که بسته به قطر دستگاه شما باید سوراخ شود. آنتن GSM داخل جعبه دیگر قرار می گیرد. صفحه کنترل در هر یک با سوراخ های ON/OFF و دکمه فشاری برای روشن کردن صفحه نمایش سطح باتری یکسان است. پایه ها به طور جداگانه چاپ می شوند و روی گوشه ها چسب می زنند و گزینه های مختلف نصب را ارائه می دهند. برجک کوچک و درپوش پیچ در اطراف دهانه برای اتصال microUSB چسبانده شده است تا از نفوذ آب در امان بماند. اساساً دستگاه بسیار مقاوم در برابر آب است و در PETG چاپ می شود تا اعوجاج گرما را به حداقل برساند. من از پیچ های برنجی حرارتی در پیچ اصلی 3 میلی متری در قاب استفاده کردم. فایلهایی برای دو پایه برای سنسورها وجود دارد-یکی دارای دو سنسور است که به فاصله یک پا روی یک میله از پلاستیک لوسیت با پایه ای برای جعبه I2C "تقویت کننده" با مدار نصب شده و اپوکسی در داخل نصب شده است. این عصا همچنین دارای دو سوراخ چاپ سه بعدی است تا گزینه های نصب را در خود جای دهد. محفظه سنسور دیگر یک تکه تک است که یکی از سنسورها به آن پیچ خورده است و یک برش در پشت برای تقویت کننده I2C که در آن اپوکسی شده است. همه اینها در PETG چاپ می شوند. فایلهای باقی مانده محفظه کوچکی برای واحد گیرنده Lora و پنجره کوچکی برای OLED است.

مرحله 4: سیم کشی کنید

سنسورها به موازات خطوط SDA ، خطوط SCL ، Pos و Gnd به یک کابل پیچ خورده با چهار هادی متصل می شوند. استفاده از تقویت کننده های I2C بسیار آسان است-هر دو سنسور را به خطوط ورودی و کابل طولانی بین 60 متر متصل به یک نوع گیرنده متصل می شوند. اگر بیشتر طول می کشید ، ممکن است مجبور شوید مقاومت های کششی روی تخته ها را تغییر دهید. نمودارهای سیم کشی برای بقیه در بالا آمده است. این مدار با استفاده از سوئیچ روشن/خاموش ، قدرت را به Adafruit TPL5111 ارسال می کند که برای 57 اهم تنظیم شده است تا هر 10 دقیقه Enable را فعال کند-البته شما می توانید آن را برای فرکانس کمتر یا بیشتر انتقال داده تنظیم کنید. این یک MOSFET را در سطح برد اصلی (Lora یا Arduino 400 GSM) کنترل می کند. (من متوجه شده ام که تخته هایی مانند GSM و ESP32 قدرت زیادی برای TPL دارند مگر اینکه از MOSFET با آنها استفاده کنید …) قدرت سنسورها و BMP388 هنگام روشن بودن از صفحه اصلی تامین می شود: 3v. مقاومت های کششی روی تقویت کننده های I2C هستند و برای سنسورهای این مدار به آنها نیاز ندارید. صفحه شارژ TP4056 با دو پنل خورشیدی و باتری 18650 متصل بسیار عالی عمل می کند. دکمه فشاری فقط خروجی باتری را به صفحه کوچک سطح باتری متصل می کند. دو سنسور متصل به عصای لوسیت از دو آدرس موجود از جمله آدرس BMP388 (0 X 77) استفاده می کنند ، بنابراین اگر از دو سنسور فشار آب استفاده می کنید ، باید BMP را با SPI به بردهای اصلی متصل کنید. اگر فقط از یک (puck) استفاده می کنید ، می توانید آن را با I2C متصل کرده و از آدرس موجود (0 0 77) برای BMP استفاده کنید.

مرحله 5: آن را بسازید

من از تخته های پرفیو برای مسخره کردن همه چیز استفاده کردم. صفحه اصلی TPL ، BMP همه روی یک برد رفت. سوئیچ ها با تسمه لاستیکی خود در جای خود پیچ شدند. صفحه شارژر روی خروجی صفحه کنترل قرار دارد و microUSB رو به بیرون است. برجک حفاظتی آب از جلو چسبیده و درپوش پیچ با مقداری گریس سیلیکون روی نخ ها بسته شده است. عصای لوسیت از دو لایه پلاستیک 1/4 برداشته شد و سنسورها دقیقاً در یک پا از یکدیگر نصب شده بودند. پایه های سوراخ چاپ شده سه بعدی در انتهای آن قرار داده شد و تقویت کننده I2C در وسط محل اتصال همه سیم ها پیچ خورد. سنسور پاک به صورت سه بعدی چاپ شد و تقویت کننده در داخل اپوکسی شد و به یک سنسور متصل شد. سوراخی در بالای واحد لورا برای قرار دادن آنتن ایجاد شد و سوراخ هایی در پشت هر واحد برای قرار دادن سیم از سنسورها ایجاد شد. نگه داشتن سیم چاپ سه بعدی ارائه شده است. سیم را پس از چسباندن فوق العاده در محل ، به آن ببندید. تمام اتصالات سیم با حرارت دریایی منقبض شده و سپس با نوار الکتریکی مایع برای امنیت آب رنگ آمیزی می شوند.

مرحله 6: برنامه ریزی کنید

واقعاً چیز زیادی در برنامه وجود ندارد. این کتابخانه به شدت متکی به کتابخانه هایی است که برای حسگرها ارائه شده است --- که کاملاً کار می کنند و معجزه نرم افزار GSM Blynk برای برد آردوینو که کاملاً با ابر هولوگرام هماهنگ است. برای یک حساب هولوگرام ثبت نام کنید و از آنها سیم کارت بگیرید تا در برد Arduino 400 GSM خود قرار دهید. فرایند دست دادن همه توسط کتابخانه Blynk-GSM Arduino انجام می شود. Adafruit کتابخانه را برای BMP نوشت و من از کتابخانه SparkFun برای MS5803 استفاده کردم. در صورت تمایل هر دو خروجی دما را از سنسورهای شما تامین می کنند. پین های نرم افزاری تنظیم شده می توانند تقریباً از هر چیزی در صفحه اصلی استفاده کنند. من از روال تایمر Blynk استفاده کردم تا به طور تصادفی برنامه Blynk را بارگیری نکنم. البته باید مراقب مقدار داده ای که از طریق پیوند GSM-Hologram قرار می دهید باشید یا می توانید یک قبض کوچک-نه چندان زیاد-در هفته حدود 3 مگابایت مصرف کنید که به حدود 40 سنت می رسد. من فقط سه اندازه گیری فشار را بارگذاری می کردم - 2 از زیر آب و یکی از مورد (BMP). آخرین بخش برنامه خاموش کردن TPL با بالا بردن پین انجام شده روی HI روی واحد است که می گوید داده ها منتقل شده اند. برنامه Blynk مثل همیشه فوق العاده است و شما می توانید هر نوع صفحه خروجی را که می خواهید طراحی کنید و بهترین قسمت این است که بتوانید داده های خود را از طریق ایمیل در هر زمان که می خواهید بارگیری کنید.

واحد Lora از همان کتابخانه ها استفاده می کند و از یک واحد OLED استفاده می کند (من این را در نرم افزار واحد فرستنده خاموش کردم تا در مصرف انرژی صرفه جویی شود) و فرکانس را برای مکان خاص شما تنظیم می کند. سپس یک رشته داده با جدا کننده ها ایجاد می کند که به آن اجازه می دهد خوانش های سنسور شما را در یک عکس ارسال کند. سپس پین انجام شده خود را فعال می کند تا خاموش شود. واحد گیرنده کلمه را تجزیه کرده و اطلاعات را از طریق پیوند همیشه WIFI به برنامه Blynk ارسال می کند. گیرنده فوق العاده کوچک است و به زگیل دیواری متصل می شود.

مرحله 7: استفاده از آن

صفحه حسگر کوچک با دقت بالایی تمام نیروی فشاری که از بالا به آن وارد می شود را جمع آوری می کند-این شامل تمام فشار هوا و آب است. بنابراین تغییرات متناوب در ارتفاع اقیانوس-مانند امواج و تغییرات فشار هوا از طوفان های بالای اقیانوس همه بر آن تأثیر می گذارد. به همین دلیل است که حسگر فشار سنج را در کیس قرار می دهید (مطمئن شوید که چند سوراخ کوچک هوا ایجاد کرده اید تا به درستی خوانده شود). میله سنسور با دو سنسور در اقیانوس در اعماقی لنگر انداخته است که حتی در زمان جزر و مد نیز با آب پوشانده می شود. این سنسورها در چه عمقی قرار می گیرند دلخواه نیست زیرا آنها فقط تغییر ارتفاع ستون آب را در بالای اندازه گیری می کنند نه ارتفاع مطلق. من از آجر به عنوان لنگر استفاده کردم و طنابی به آن متصل شده بود تا چوب سنسور را چند پا از پایین نصب کند. یک شناور به قطب فوقانی چوب وصل شده بود تا سنسورها را در جهت عمودی جدا از پای خود نگه دارد. سیم جفت پیچ خورده و طناب به اسکله ای منتهی می شود که در آن با مقدار زیادی شل گره خورده اند تا گشت و گذار جزر و مد را برآورده کند. واحد فرستنده GSM بر روی قایق مجاور سوار شده بود. نظارت بیش از یک ماه انجام شد. این دو سنسور به طور مداوم با 28 واحد قرائت می کنند که نشان دهنده اختلاف فشار در یک فوت آب در آن مکان است. فشار بارومتری از داده های حسگر پایین کم شده و بر 28 تقسیم می شود تا یک فوت معادل صعود و فرود سطح اقیانوس در دوره های 10 دقیقه ای بدست آید. نمودار بالا مقایسه ای با نمودار NOAA برای دوره مشابه دارد. سنسور/پا و خیز واقعی در برابر حرکت واقعی بارانداز بررسی شد و دقیقاً به 1/2 اینچ رسید. حتی با استفاده از انرژی زیاد GSM هر ده دقیقه یک بار ، پنل های خورشیدی به راحتی در این محیط جنگلی بارانی با تقاضا مطابقت دارند.

مرحله 8: بیشتر

موارد استفاده قبلی از این سنسورها توسط منابع ذکر شده برای مطالعه ارتفاع موج بود. نتایج من از یک بندر آرام با حداقل فعالیت موج ناشی از باد بود ، اما شما می توانید این داده ها را با افزایش فرکانس نمونه برداری و داشتن میانگین های نورد نتایج بدست آورید. سیستم لورا در فاصله هایی که شبکه مش اطلاعات موجی را برای چندین مکان در امتداد ساحل تأمین می کند ، به خوبی کار می کند. این برای کسانی که به فعالیتهای موج سواری علاقه دارند ایده آل است. هزینه کم و اندازه بسیار کوچک این واحدهای مستقل ، تهیه اطلاعات از ساحل را به یک کار آسان تبدیل می کند. در حال حاضر جمع آوری اطلاعات جزر و مد یک فعالیت بسیار پیچیده و وابسته به زیرساخت دولت است ، اما ممکن است با استفاده از دستگاه های جایگزین تغییر کند. Blynk در حال حاضر برنامه ریزی شده است تا مرا از سونامی بعدی مطلع کند!