العوامة الذكية [ملخص]: 8 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

كلنا نحب شاطئ البحر. كمجموعة ، نتدفق إليها لقضاء العطلات أو للاستمتاع بالرياضات المائية أو لكسب عيشنا. لكن الساحل منطقة ديناميكية تحت رحمة الأمواج. ارتفاع مستوى سطح البحر يقضم الشواطئ والأحداث الشديدة مثل الأعاصير تقضي عليها تمامًا. لفهم كيفية إنقاذهم ، نحتاج إلى فهم القوى الدافعة لتغييرهم.

البحث مكلف ، ولكن إذا كان بإمكانك إنشاء أدوات رخيصة وفعالة ، فستتمكن من توليد المزيد من البيانات - وفي النهاية تحسين الفهم. كان هذا هو التفكير وراء مشروع Smart Buoy الخاص بنا. في هذا الملخص ، نقدم لك عرضًا سريعًا لمشروعنا ونقسمه إلى التصميم والتكوين وعرض البيانات. يا عوامة ، ستحب هذا..!

اللوازم

لبناء Smart Buoy الكامل ، أنت بحاجة إلى الكثير من الأشياء. سيكون لدينا تفصيل للمواد المحددة المطلوبة لكل مرحلة من مراحل البناء في البرنامج التعليمي ذي الصلة ، ولكن إليك القائمة الكاملة:

• اردوينو نانو - أمازون
• Raspberry Pi Zero - أمازون
• بطارية (18650) - أمازون
• الألواح الشمسية - أمازون
• حجب الثنائيات - أمازون
• وحدة تحكم الشحن - أمازون
• باك بوستر - أمازون
• وحدة GPS - أمازون
• GY-86 (مقياس تسارع ، جيروسكوب ، بارومتر ، بوصلة) - Amazon
• مستشعر درجة حرارة الماء - أمازون
• وحدة مراقبة الطاقة - أمازون
• وحدة ساعة الوقت الحقيقي - أمازون
• وحدات الراديو - أمازون
• وحدة مضاعف i ^ 2c - Amazon
• طابعة ثلاثية الأبعاد - أمازون
• خيوط PETG - أمازون
• الايبوكسي - أمازون
• طلاء بخاخ التمهيدي - أمازون
• حبل - أمازون
• يطفو - أمازون
• الغراء - أمازون

يمكن العثور على جميع الرموز المستخدمة على

الخطوة 1: ماذا تفعل؟

تتيح المستشعرات الموجودة على متن العوامة الذكية قياس: ارتفاع الموجة وفترة الموجة وقوة الموجة ودرجة حرارة الماء ودرجة حرارة الهواء وضغط الهواء والجهد والاستخدام الحالي وموقع GPS.

في عالم مثالي ، كان من الممكن أيضًا قياس اتجاه الموجة. بناءً على القياسات التي اتخذتها العوامة ، كنا قريبين جدًا من إيجاد حل يمكننا من حساب اتجاه الموجة. ومع ذلك ، فقد اتضح أنها معقدة جدًا وهي مشكلة كبيرة في مجتمع البحث الفعلي. إذا كان هناك أي شخص يمكنه مساعدتنا واقتراح طريقة فعالة للحصول على قياسات اتجاه الموجة ، فيرجى إخبارنا - نود أن نفهم كيف يمكننا تشغيلها! يتم إرسال جميع البيانات التي يجمعها Buoy عبر الراديو إلى محطة أساسية ، وهي Raspberry Pi. لقد صنعنا لوحة تحكم لعرضها باستخدام Vue JS.

الخطوة الثانية: بناء غلاف العوامة

ربما كانت هذه العوامة أصعب شيء قمنا بطباعته حتى الآن. كان هناك الكثير من الأشياء التي يجب أخذها في الاعتبار لأنها ستكون في البحر ، معرضة للعوامل الجوية والكثير من أشعة الشمس. سنتحدث أكثر عن ذلك لاحقًا في سلسلة Smart Buoy.

باختصار: قمنا بطباعة كرة مجوفة قريبة من نصفين. يحتوي النصف العلوي على فتحات للألواح الشمسية وفتحة لتمرير هوائي لاسلكي. يحتوي النصف السفلي على فتحة يمر بها مستشعر درجة الحرارة ومقبض لربط حبل به.

بعد طباعة العوامة باستخدام فتيل PETG ، قمنا بصقلها بالرمل ، ورشناها ببعض من حشو التمهيدي ، ثم وضعنا طبقتين من الإيبوكسي.

بمجرد اكتمال تحضير الغلاف ، وضعنا جميع الإلكترونيات بداخله ثم أغلقنا مستشعر درجة حرارة الماء وألواح الراديو الهوائية والألواح الشمسية باستخدام مسدس الغراء. أخيرًا ، قمنا بإغلاق النصفين بغراء / مادة لاصقة StixAll (غراء الطائرة الفائق).

ثم كنا نأمل أن تكون مقاومة للماء …

الخطوة 3: بناء - عوامة إلكترونيات

تحتوي العوامة على الكثير من أجهزة الاستشعار على متنها ونخوض في التفاصيل حولها في البرنامج التعليمي ذي الصلة. نظرًا لأن هذا ملخص ، سنحاول أن نجعله غنيًا بالمعلومات ، ولكن موجزًا!

يتم تشغيل العوامة بواسطة بطارية 18650 ، والتي يتم شحنها بواسطة أربعة ألواح شمسية ، 5 فولت. ومع ذلك ، يتم تشغيل ساعة الوقت الحقيقي فقط باستمرار. تستخدم العوامة دبوس خرج ساعة الوقت الفعلي للتحكم في ترانزستور يسمح بدخول الطاقة إلى باقي النظام. عند تشغيل النظام ، يبدأ بالحصول على قياسات من المستشعرات - بما في ذلك قيمة الجهد من وحدة مراقبة الطاقة. تحدد القيمة التي تقدمها وحدة مراقبة الطاقة مدة سكون النظام قبل أخذ المجموعة التالية من القراءات. تم ضبط المنبه لهذا الوقت ، ثم يقوم النظام بإيقاف تشغيل نفسه!

النظام نفسه عبارة عن الكثير من أجهزة الاستشعار ووحدة راديو متصلة بـ Arduino. تتواصل وحدة GY-86 و RealTimeClock (RTC) ووحدة مراقبة الطاقة ومضاعف I2C مع Arduino باستخدام I2C. كنا في حاجة إلى معدد إرسال I2C لأن وحدة GY-86 ووحدة RTC التي استخدمناها لهما نفس العنوان. تسمح لك وحدة المضاعف بالتواصل دون أي متاعب إضافية ، على الرغم من أنها قد تكون مبالغة قليلاً.

تتواصل وحدة الراديو عبر SPI.

في الأصل ، كان لدينا وحدة بطاقة SD أيضًا ، لكنها تسببت في الكثير من المتاعب بسبب حجم مكتبة SD التي قررنا إلغاءها.

ألق نظرة على الكود. من المحتمل أن يكون لديك بعض الأسئلة - ربما تكون هناك شكوك باقية أيضًا - ويسعدنا سماعها. تتضمن البرامج التعليمية المتعمقة تفسيرات للكود ، لذا نأمل أن تجعلها أكثر وضوحًا!

حاولنا فصل ملفات التعليمات البرمجية منطقيًا واستخدام ملف رئيسي لتضمينها ، والذي يبدو أنه يعمل بشكل جيد.

الخطوة 4: البناء - إلكترونيات المحطة الأساسية

المحطة الأساسية مصنوعة باستخدام Raspberry Pi Zero مع وحدة راديو متصلة. حصلنا على الغلاف من https://www.thingiverse.com/thing:1595429. أنت رائع ، شكرًا جزيلاً!

بمجرد تشغيل الكود على Arduino ، يكون من السهل جدًا الحصول على القياسات على Raspberry Pi عن طريق تشغيل رمز listen_to_radio.py.

الخطوة 5: لوحة القيادة

لنوضح لك كيف صنعنا الاندفاعة بأكملها سيكون نوعًا من الأوديسة لأنه كان مشروعًا طويلًا ومعقدًا جدًا. إذا أراد أي شخص معرفة كيف فعلنا ذلك ، فأخبرنا بذلك - سيكون مطور الويب المقيم في T3ch Flicks أكثر من سعيد للقيام ببرنامج تعليمي حول هذا!

بمجرد وضع هذه الملفات على Raspberry Pi ، يجب أن تكون قادرًا على تشغيل الخادم والاطلاع على لوحة القيادة مع البيانات الواردة. لأسباب تتعلق بالتطوير ولمعرفة كيف ستبدو الشرطة إذا تم توفيرها بواسطة بيانات جيدة ومنتظمة ، أضفنا مولد بيانات مزيفًا إلى الخادم. قم بتشغيل ذلك إذا كنت تريد أن ترى كيف يبدو عندما يكون لديك المزيد من البيانات. سنشرح هذا أيضًا ببعض التفاصيل في برنامج تعليمي لاحق.

(تذكر أنه يمكنك العثور على جميع الكود على

الخطوة 6: الإصدار 2 ؟؟ - مشاكل

هذا المشروع ليس مثاليًا على الإطلاق - نود أن نفكر فيه أكثر كنموذج أولي / إثبات للمفهوم. على الرغم من أن النموذج الأولي يعمل على مستوى أساسي: فهو يطفو ويأخذ القياسات ويمكنه نقلها ، إلا أن هناك الكثير مما تعلمناه وسنغيره للإصدار الثاني:

1. كانت مشكلتنا الأكبر هي عدم قدرتنا على تغيير رمز Buoy بعد إغلاقه. كان هذا حقًا نوعًا من السهو ويمكن حله بشكل فعال للغاية باستخدام منفذ USB مغطى بختم مطاطي. ومع ذلك ، كان من شأنه أن يضيف طبقة أخرى كاملة من التعقيد إلى عملية العزل المائي للطباعة ثلاثية الأبعاد!
2. كانت الخوارزميات التي استخدمناها بعيدة عن الكمال. كانت طريقتنا في تحديد خصائص الموجة بدائية جدًا وانتهى بنا الأمر بقضاء الكثير من وقتنا في قراءة الرياضيات لدمج بيانات المستشعر من مقياس المغناطيسية ومقياس التسارع والجيروسكوب. إذا فهم شخص ما هذا الأمر وكان على استعداد للمساعدة ، فإننا نعتقد أنه يمكننا جعل هذه القياسات أكثر دقة.
3. تصرفت بعض أجهزة الاستشعار بغرابة بعض الشيء. كان مستشعر درجة حرارة الماء هو الذي برز على أنه مراوغ بشكل خاص - ما يقرب من 10 درجات من درجة الحرارة الحقيقية في بعض الأحيان. قد يكون السبب في ذلك هو كونه مجرد جهاز استشعار سيئ ، أو أن هناك شيئًا ما يتسبب في تسخينه …

الخطوة 7: الإصدار 2 ؟؟ - تحسينات

كان Arduino جيدًا ، ولكن كما ذكرنا من قبل ، كان علينا إلغاء وحدة بطاقة SD (التي كان من المفترض أن تكون نسخة احتياطية للبيانات إذا لم تكن رسائل الراديو قادرة على الإرسال) بسبب مشكلات الذاكرة. يمكننا تغييره إلى متحكم دقيق أكثر قوة مثل Arduino Mega أو Teensy أو مجرد استخدام Raspberry Pi صفر آخر. ومع ذلك ، كان من الممكن أن يؤدي ذلك إلى زيادة التكلفة واستهلاك الطاقة.

وحدة الراديو التي استخدمناها لها مدى محدود يبلغ بضعة كيلومترات مع خط رؤية مباشر. ومع ذلك ، في عالم افتراضي حيث تمكنا من وضع العديد من العوامات (جدًا) حول الجزيرة ، كان بإمكاننا تكوين شبكة متداخلة مثل هذه. هناك العديد من الاحتمالات لنقل البيانات بعيد المدى ، بما في ذلك lora و grsm. إذا تمكنا من استخدام واحدة من هذه ، فربما يكون من الممكن إنشاء شبكة متداخلة حول الجزيرة!

الخطوة الثامنة: استخدام العوامة الذكية للبحث

قمنا ببناء وإطلاق العوامة في غرينادا ، وهي جزيرة صغيرة في جنوب البحر الكاريبي. أثناء تواجدنا هناك ، أجرينا محادثة مع حكومة غرينادا ، التي قالت إن العوامة الذكية مثل تلك التي أنشأناها ستكون مفيدة في توفير قياسات كمية لخصائص المحيطات. من شأن القياسات الآلية أن تقطع بعض الجهد البشري والخطأ البشري وتوفر سياقًا مفيدًا لفهم السواحل المتغيرة. اقترحت الحكومة أيضًا أن أخذ قياسات الرياح سيكون أيضًا ميزة مفيدة لأغراضهم. لا توجد فكرة عن كيفية إدارتنا لذلك ، لذلك إذا كان لدى أي شخص أي أفكار …

التحذير المهم هو أنه على الرغم من أنه وقت مثير حقًا للبحث الساحلي ، لا سيما فيما يتعلق بالتكنولوجيا ، إلا أنه لا يزال هناك طريق طويل لنقطعه قبل أن يتم اعتماده بالكامل.

نشكرك على قراءة منشور مدونة ملخص لسلسلة Smart Buoy. إذا لم تكن قد قمت بذلك بالفعل ، فيرجى إلقاء نظرة على ملخص الفيديو الخاص بنا على YouTube.

إشترك بالقائمة البريدية الخاصة بنا!

الجزء الأول: قياس الموجة ودرجة الحرارة

الجزء 2: راديو GPS NRF24 وبطاقة SD

الجزء 3: جدولة القدرة على العوامة

الجزء 4: تركيب العوامة