WetRuler - قياس ارتفاع المحيط: 8 خطوات (بالصور)

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

جاء الإعلان في وقت مبكر من هذا الصيف عن أن المنطقة في ألاسكا التي يطلق عليها اسم الأمير ويليام ساوند ستتعرض بشكل غير متوقع لظاهرة الاحتباس الحراري التي تسبب فيها تسونامي. أشار العلماء الذين توصلوا إلى هذا الاكتشاف إلى منطقة من الجليد المتراجع بسرعة تركت وراءها جبلًا من الحطام ينزلق إلى المضيق البحري ويبدأ موجة 30 قدمًا ستضرب في النهاية بلدة ويتير. حدث هذا من قبل ، خلال زلزال عام 1964 حيث تسبب الهز في حدوث موجات تسونامي متعددة في المضايق المحيطة ودمر الساحل بما في ذلك ويتير وفالديز مع وفيات متعددة. قررت قوارب الرحلات البحرية الحذر بالفعل من الفيروس عدم الاقتراب من المنطقة وعرضت USFS استرداد الأموال على أي كابينة تم استئجارها. بعد أسبوع ، أصاب تحذير من تسونامي جميع هواتفنا المحمولة! رصدت منارة تحت الماء موجة مرتبطة بزلزال صغير قبالة الساحل. تم إخبار جميع المدن الإقليمية بالإخلاء إذا كانت بالقرب من المياه. لم يصل الأمر إلى لا شيء. كيف تقيس هذه الأحداث؟ تفاصيل Instructable بناء أجهزة استشعار صغيرة قادرة على قياس ارتفاع المحيط وإرسال البيانات إما إلى مستقبل LORA أو مباشرة إلى GSM. الوحدات مدمجة وتبدو مرنة مع بيئتها وتعمل بالطاقة الشمسية. لقد اختبرتها هنا لتحقيق ارتفاعات المد والجزر القابلة للتكرار ولكن يمكن استخدامها أيضًا لارتفاع الموجة وتنبؤات تسونامي.

الخطوة 1: اجمع المواد الخاصة بك

هناك وحدتا إرسال قمت بإنشائهما - تتضمن إحداها تحميل GSM (هاتف خلوي) وتحميل LORA الأخرى. يمكنك أيضًا التفكير في التفاعل مع منارة Sat نظرًا لأن العديد من هذه المناطق لا تحتوي على تغطية للهاتف الخلوي. المستشعر الموجود في قلب هذه الأدوات هو MS5803-14BA ويمكن العثور على استخدامه وتجميعه في سيناريوهات مختلفة في مواقع الويب هذه: https://thecavepearlproject.org/2016/09/21/field-..and http: / /owhl.org. يُظهر الثاني جهاز تسجيل عن بعد مصمم ببراعة مع ثنائي الفينيل متعدد الكلور مصمم خصيصًا لقياس ارتفاع الموجة على المدى الطويل. بدت المستشعرات متسامحة مع الماء لشهور إلى سنة حسب الإعداد.

1. MS5803-14BA - يمكنك الحصول عليها من DigiKey مقابل 13 دولارًا ولكنك تحتاج إلى القيام ببعض أعمال اللحام السطحي أو الحصول على لوحة اختراق مسبقة الصنع من SparkFun ولكنها ستعيدك إلى 60 دولارًا. إذا كنت تفعل ذلك بنفسك ، فستحتاج إلى لوحة Adafruit صغيرة لتلحيمها وبعض هلام اللحام ذي درجة الحرارة المنخفضة (140F) الذي وجدته مفيدًا. يحتوي برنامج cavepearlproject على برنامج تعليمي رائع حول كيفية تسليم هذه اللحام - أقترح الحصول على محطة إعادة صياغة رخيصة من Amazon مقابل 30 دولارًا.

2. LILYGO 2pcs TTGO LORA32 868 / 915Mhz ESP32 LoRa - 27 دولارًا أمريكيًا مخصصة لصندوق LORA.

3. ARDUINO MKR GSM 1400 $ 55 - هذه لوحة رائعة. إنه يعمل بشكل مثالي مع Hologram sim. لسوء الحظ ، لم أتمكن من جعل Arduino Sim يعمل مع خدمتهم الجديدة على الرغم من المحاولات المتعددة. إذا كان لا يزال بإمكانك الوصول إلى خدمة 2GM ، فيمكنك استخدام شيء أرخص ولكن هذا فشل تمامًا في ألاسكا.

4. الخلايا الشمسية Uxcell 2 قطعة 6 فولت 180 مللي أمبير بولي وحدة الخلايا الشمسية الصغيرة لتقوم بها بنفسك لألعاب خفيفة شاحن 133 مللي متر × 73 مللي متر 8 دولار

5. 18650 بطارية 4 دولارات

6. TP4056 - شاحن 1 دولار

7. تبديل مفتاح التشغيل / الإيقاف المعدني المتين بحلقة LED خضراء - تشغيل / إيقاف 16 مم أخضر 5 دولارات

8. Icstation 1S 3.7V بطارية ليثيوم أيون اختبار الجهد مؤشر 4 أقسام شاشة LED زرقاء 2 دولار

9. Adafruit TPL5111 Low Power Timer Breakout - جهاز توقيت صغير رائع 6.00 دولارات

10. N- قناة الطاقة MOSFET - 30V / 60A 1.75 دولار

11. تمديد الكابلات التفاضلية I2C Long Cable PCA9600 من SandboxElectronics X2 (18 دولارًا لكل منها) - هناك بعض النجاح المذكور مع الكابلات الطويلة لـ I2C في الأدبيات ولكن مع المد والجزر الذي يبلغ 25 قدمًا يوميًا في ألاسكا ، فأنت بحاجة إلى كبلات طويلة … أوه نعم بعض الكابلات.. لقد استخدمت صندوقًا كبيرًا 23 جم 4 كبل زوج مجدول مناسب للخارج.

12. Adafruit BMP388 - الضغط الجوي الدقيق ومقياس الارتفاع 10 دولارات

الخطوة الثانية: بناء المستشعرات

يجب أن تكون المستشعرات ملحومة على السطح بمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور صغيرة. يمنحك العملان السابقان بعض التلميحات حول كيفية القيام بذلك. لقد اشتريت كل من أجهزة الاستشعار واللوحات الصغيرة من Digikey. استخدم اللحام ذو درجة الحرارة المنخفضة من Adafruit واضغط على أصغر كمية بجوار قدمي المستشعر أثناء وضعه على السبورة. استخدم منفاخ إعادة العمل لصهره في مكانه. فشلت في القيام بذلك بشكل جيد من خلال إعداد اللحام بيدي وانتهى بي الأمر باختصار بعض الفوط. ما تبقى من الأسلاك إذا قمت بفحص العملاء المحتملين بشكل صحيح يكون أمرًا سهلاً - وضع مكثف صغير (0.1n) بين خيوط الطاقة والأرض ورفع CS و PSB يؤدي Hi لبدء I2C والتحكم في عنوان المستشعر. (انظر الرسم) لديك خياران 0 X 76 Hi و 0 X 77 لـ Lo. لقد استخدمت كلاهما لتشكيل عصا استشعار مع وضع المستشعرات على مسافة قدم واحدة لإعطاء فرق الضغط مهما كان قياسك. لقد صممت غلافًا مطبوعًا ثلاثي الأبعاد للمستشعر للسماح بتغليفه بالكامل بإيبوكسي واضح. يتلاءم فوهة الحامل المخروطي تمامًا مع العنق الصغير غير القابل للصدأ للمستشعر ويتم وضع الإغلاق المحكم بحلقة صغيرة من الغراء الفائق الذي يثبت في موضعه ويغلقه لتغليف الإيبوكسي.

الخطوة 3: طباعة ثلاثية الأبعاد على السكن الخاص بك

الغلافان الرئيسيان لـ GSM و Lora متماثلان مع إدراج اللوحة الجانبية للألواح الشمسية. كان المود الوحيد لـ Lora هو فتحة الهوائي في الأعلى والتي يجب حفرها اعتمادًا على قطر وحدتك. هوائي GSM يناسب الصندوق الآخر. لوحة التحكم في كل منها متطابقة مع فتحات ON / OFF وزر ضغط لتشغيل شاشة مستوى البطارية. تتم طباعة القدمين بشكل منفصل ولصقها فوق العلب الموجودة في الزوايا وتوفر خيارات تثبيت متنوعة. يتم لصق البرج الصغير والغطاء اللولبي حول فتحة حامل microUSB لحمايته من توغل المياه. تتميز الوحدة بأنها مقاومة للماء للغاية وتتم طباعتها في PETG لتقليل تشوه الحرارة. لقد استخدمت مسامير لولبية نحاسية مثبتة بالحرارة في السكن الرئيسي للبراغي 3 مم في العلبة. هناك ملفات لاثنين من أجهزة الاستشعار - يحتوي أحدهما على مستشعرين مثبتين على مسافة قدم واحدة على عصا من البلاستيك الوسيت مع حامل للصندوق "المعزز" I2C مع الدائرة المركبة والمثبتة بالإيبوكسي من الداخل. تحتوي هذه العصا أيضًا على فتحتين مطبوعة ثلاثية الأبعاد لاستيعاب خيارات التثبيت. غلاف المستشعر الآخر عبارة عن قرص واحد مع أحد المستشعرات مثبتة ببراغي وفتحة في الخلف لإيبوكسيد I2C "المعزز". كل هذه مطبوعة في PETG. الملفات المتبقية هي السكن الصغير لوحدة استقبال Lora مع نافذة صغيرة لـ OLED.

الخطوة 4: اربطها

يتم توصيل المستشعرات بالتوازي مع خطوط SDA وخطوط SCL و Pos و Gnd جميعها متصلة بكابل واحد ملتوي بأربعة موصلات. من السهل جدًا استخدام معززات I2C - حيث يتم توصيل كلا المستشعرين بخطوط الإدخال والكابل الطويل المتداخل حتى 60 مترًا المتصل بنفس النوع من وحدة الاستقبال. إذا ذهبت لفترة أطول ، فقد تضطر إلى تغيير مقاومات السحب على الألواح. مخططات الأسلاك للباقي أعلاه. تعمل الدائرة عن طريق مفتاح التشغيل / الإيقاف الذي يرسل الطاقة إلى Adafruit TPL5111 الذي تم تعيينه على 57 أوم لتشغيل أعلى مستوى له كل 10 دقائق - يمكنك بالطبع ضبط هذا لتردد نقل بيانات أقل أو أكثر. يتحكم هذا في MOSFET على أرض اللوحة الرئيسية (إما Lora أو Arduino 400 GSM). (لقد وجدت أن لوحات مثل GSM و ESP32 تتمتع بسحب طاقة كبير جدًا لـ TPL إلا إذا كنت تستخدم MOSFET معهم …) وتأتي طاقة المستشعرات و BMP388 من اللوحة الرئيسية عند تشغيلها: 3v. توجد مقاومات السحب على معززات I2C ولا تحتاجها لأجهزة الاستشعار الموجودة في هذه الدائرة. تعمل لوحة الشحن TP4056 بشكل رائع مع اللوحين الشمسيين والبطارية 18650 المرفقة. يقوم زر الضغط فقط بتوصيل إخراج البطارية بشاشة مستوى البطارية الصغيرة. يستخدم المستشعران المتصلان بعصا الوسيت العنوانين المتاحين بما في ذلك عنوان BMP388 (0 X 77) لذلك يجب عليك توصيل BMP بـ SPI باللوحات الرئيسية إذا كنت تستخدم مستشعرين لضغط الماء. إذا كنت تستخدم قرصًا واحدًا فقط ، فيمكنك توصيله بـ I2C واستخدام العنوان المتاح المتبقي (0 × 77) لـ BMP.

الخطوة 5: قم ببنائه

لقد استخدمت لوحات الأداء للسخرية من كل شيء. اللوحة الرئيسية TPL و BMP دخلت جميعها على لوحة واحدة. تم تثبيت المفاتيح في مكانها باستخدام الحلقات المطاطية. يتم تثبيت لوحة الشاحن على دعامة لوحة واجهة التحكم مع مواجهة microUSB للخارج. تم لصق برج الحماية من الماء على الجزء الأمامي وتم إغلاق غطاء المسمار ببعض شحم السيليكون على الخيوط. تم قطع عصا الوسيت من طبقتين من البلاستيك 1/4 مع أجهزة الاستشعار المركبة على مسافة قدم واحدة بالضبط. تم وضع حوامل الفتحات المطبوعة ثلاثية الأبعاد على الأطراف وتم تثبيت معزز I2C في المنتصف حيث تم إجراء جميع التوصيلات السلكية. تمت طباعة مستشعر عفريت ثلاثي الأبعاد وتم إيبوكسيد المعزز بالداخل وتم توصيله بجهاز استشعار واحد. تم حفر فتحة في الجزء العلوي من وحدة Lora لاستيعاب الهوائي وتم وضع ثقوب في الجزء الخلفي من كل وحدة لاستيعاب السلك من المستشعرات. اربط السلك بضغطه بعد وضعه في مكانه. جميع توصيلات الأسلاك تكون منكمشة بالحرارة البحرية ثم يتم دهنها بشريط كهربائي سائل للأمن المائي.

الخطوة 6: برمجة ذلك

في الحقيقة ليس هناك الكثير للبرنامج. يعتمد بشكل كبير على المكتبات المقدمة لأجهزة الاستشعار - التي تعمل بشكل مثالي ومعجزة برنامج GSM Blynk للوحة Arduino التي تتداخل بشكل مثالي مع Hologram Cloud. قم بالتسجيل للحصول على حساب الهولوغرام والحصول على بطاقة SIM منهم لوضعها في لوحة Arduino 400 GSM. تتم معالجة جميع عمليات المصافحة بواسطة مكتبة Blynk - GSM Arduino. كتب Adafruit مكتبة BMP واستخدمت مكتبة SparkFun لـ MS5803. كلاهما يوفر مخرجات درجة الحرارة من المستشعرات الخاصة بك إذا كنت تريد ذلك. يمكن أن تستخدم المسامير المعدلة بالبرمجيات أي شيء على اللوحة الرئيسية. لقد استخدمت روتين مؤقت Blynk حتى لا أفرط في تحميل تطبيق Blynk عن طريق الخطأ. عليك بالطبع توخي الحذر بشأن كمية البيانات التي تضعها من خلال رابط GSM-Hologram أو يمكنك تشغيل فاتورة صغيرة - ليس كثيرًا - تستخدم حوالي 3 ميغابايت في الأسبوع والتي تصل إلى حوالي 40 سنتًا. كنت أقوم بتحميل قياسات الضغط الثلاثة فقط - 2 من تحت الماء وواحد من العلبة (BMP). يقوم الجزء الأخير من البرنامج بإيقاف تشغيل TPL عن طريق رفع الدبوس المنجز بالوحدة التي تقول أنه تم نقل البيانات إلى HI. تطبيق Blynk رائع كما هو الحال دائمًا ويمكنك تصميم أي نوع من شاشات الإخراج التي تريدها وأفضل جزء هو القدرة على تنزيل كومة البيانات الخاصة بك عن طريق البريد الإلكتروني في أي وقت تريده.

تستخدم وحدة Lora نفس المكتبات وتستخدم وحدة OLED (قمت بإيقاف تشغيل هذا في برنامج وحدة المرسل لتوفير الطاقة) وتعيين التردد لموقعك المحدد. ثم يقوم ببناء سلسلة بيانات مع فواصل تسمح لها بإرسال قراءات المستشعر في لقطة واحدة. ثم ينشط دبوسه المنجز ليغلق. تفصل وحدة الاستقبال الكلمة وترسل المعلومات إلى تطبيق Blynk عبر رابط WIFI دائمًا. جهاز الاستقبال صغير بشكل لا يصدق ويتم توصيله بثؤلول الحائط.

الخطوة 7: استخدامه

يلتقط وجه المستشعر الصغير بدرجة عالية من الدقة جميع قوى الضغط عليه من الأعلى - وهذا يشمل ضغط الهواء والماء بالكامل. لذا فإن التغييرات المتقطعة في ارتفاع المحيط - مثل الأمواج والتغيرات في ضغط الهواء من العواصف فوق المحيط كلها تؤثر عليه. هذا هو سبب تضمين مستشعر الضغط الجوي في العلبة (تأكد من توفير فتحتين صغيرتين من الهواء للسماح له بالقراءة بشكل صحيح). عصا المستشعر مع المستشعرين مثبتة في المحيط على عمق حيث ستظل مغطاة بالمياه حتى عند انخفاض المد. إنه عشوائي في أي عمق تضع المستشعرات لأنها ستقيس فقط التغير في ارتفاع عمود الماء فوق وليس الارتفاع المطلق. لقد استخدمت لبنة كمرساة بحبل متصل لتركيب عصا المستشعر على بعد قدمين من القاع. تم إرفاق عوامة بالقطب العلوي من العصا لتثبيت المستشعرات في قدمها بالاتجاه الرأسي. أدى السلك المزدوج الملتوي والحبل إلى رصيف حيث تم ربطهما بالكثير من الركود لاستيعاب رحلة المد والجزر. تم تركيب وحدة مرسل GSM على قارب قريب. تمت المراقبة على مدى شهر. أعطى المستشعران قراءات مفصولة باستمرار بـ 28 وحدة مما يمثل فرق الضغط في قدم من الماء في ذلك الموقع. تم طرح الضغط الجوي من بيانات المستشعر السفلية وقسمته على 28 لإعطاء قدم مكافئ لارتفاع وسقوط سطح المحيط على مدى 10 دقائق. يعطي الرسم البياني أعلاه المقارنة مع مخطط NOAA لنفس فترة التاريخ. تم فحص مستشعر الارتفاع والسقوط الفعلي / القدم مقابل الحركة الفعلية للرصيف ووجد أنه دقيق حتى 1/2 بوصة. حتى مع استخدام الطاقة العالية لشبكة GSM كل عشر دقائق ، فإن الألواح الشمسية تواكب الطلب بسهولة في بيئة الغابات المطيرة المعتمة.

الخطوة 8: المزيد

كانت الاستخدامات السابقة لهذه المستشعرات من قبل المصادر المذكورة بالفعل لدراسة ارتفاع الموجة. كانت نتائجي من ميناء هادئ بأقل نشاط موجي مدفوع بالرياح ، لكن يمكنك التقاط هذه البيانات عن طريق زيادة وتيرة أخذ العينات والحصول على متوسطات متدرجة للنتائج. يعمل نظام Lora بشكل جيد على مسافات توفر شبكة متداخلة من معلومات الموجة لمواقع متعددة على طول الساحل. سيكون هذا مثاليًا لأولئك المهتمين بأنشطة ركوب الأمواج. التكلفة المنخفضة والحجم الصغير جدًا لهذه الوحدات المستقلة سيجعل تجسيد المعلومات الساحلية مهمة سهلة. يعد التقاط معلومات المد والجزر حاليًا نشاطًا حكوميًا معقدًا للغاية ويعتمد على البنية التحتية ، ولكن هذا قد يتغير مع اعتماد أجهزة بديلة. تمت برمجة Blynk الآن لإخطاري بالتسونامي القادم!