WetRuler-Måling av havhøyde: 8 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

Kunngjøringen kom tidlig i sommer om at området i Alaska som heter Prince William Sound, uventet ville bli rammet av en global oppvarming som startet Tsunami. Forskerne som gjorde oppdagelsen pekte på et område med is som raskt trekker seg tilbake som hadde etterlatt seg et fjell med rusk som ville skli inn i en fjord og starte en bølge på 30 fot som til slutt ville treffe byen Whittier. Dette har skjedd før, under jordskjelvet i 1964 der risting startet flere tsunamier i fjordene rundt og ødela kysten inkludert Whittier og Valdez med flere dødsfall. Cruisebåter som allerede var på vakt mot viruset bestemte seg for ikke å gå i nærheten av området, og USFS tilbød refusjon for hytter som var leid. En uke senere traff en tsunamivarsel alle mobiltelefonene våre! Et undervannsfyr hadde oppdaget en bølge assosiert med et lite jordskjelv utenfor kysten. Alle regionale byer ble bedt om å evakuere hvis de var i nærheten av vann. Det ble ingenting. Hvordan måler du disse hendelsene? Denne instruksen beskriver bygningen av små sensorer som er i stand til å måle havhøyde og sende dataene til enten en LORA -mottaker eller rett til GSM. Enhetene er kompakte og virker motstandsdyktige mot miljøet og er solcelledrevne. Jeg har testet dem her for å oppnå reproduserbare tidevannshøyder, men de kan også brukes til bølgehøyde og Tsunami -spådommer.

Trinn 1: Samle materialet ditt

Det er to sendeenheter som jeg bygde-den ene innebærer opplasting av GSM (mobiltelefon) og den andre LORA-opplasting. Du kan også vurdere å koble til et lørlys, siden mange av disse områdene ikke har mobiltelefondekning. Sensoren i hjertet av disse instrumentene er MS5803-14BA, og bruk og montering i forskjellige scenarier finnes på disse nettstedene: https://thecavepearlproject.org/2016/09/21/field-…and http:/ /owhl.org. Den andre av disse viser en glimrende designet ekstern logger med sin egen spesialdesignede PCB for langsiktig måling av bølgehøyde. Sensorene så ut til å tåle vann i flere måneder til et år, avhengig av oppsettet.

1. MS5803-14BA-du kan få disse fra DigiKey for $ 13, men du må gjøre litt overflatelodderarbeid eller få et ferdiglaget breakout-bord fra SparkFun, men det vil gi deg $ 60 tilbake. Hvis du gjør det selv, trenger du et lite Adafruit -brett for å lodde det til og litt lavtemperatur loddemiddel (140F) som jeg syntes var nyttig. Cavepearlproject har en flott opplæring i hvordan du lodder disse for hånd-jeg foreslår at du får en billig omarbeidingsstasjon fra Amazon for $ 30.

2. LILYGO 2 stk TTGO LORA32 868/915Mhz ESP32 LoRa-$ 27 disse er for LORA boksen.

3. ARDUINO MKR GSM 1400 $ 55-dette er et flott brett. Det fungerer perfekt med Hologram sim. Dessverre kunne jeg ikke få Arduino Sim til å jobbe med den nye tjenesten til tross for flere forsøk. Hvis du fortsatt har tilgang til 2GM -tjenester, kan du gå med noe billigere, men det mislyktes totalt i Alaska.

4. Solceller Uxcell 2Pcs 6V 180mA Poly Mini Solar Cell Panel Module DIY for Light Toys Charger 133mm x 73mm $ 8

5. 18650 batteri $ 4

6. TP4056-lader $ 1

7. Slå på og av bryteren for robust metall med grønn LED -ring - 16 mm grønn på/av $ 5

8. Icstation 1S 3.7V litiumionbatteri spenningstesterindikator 4 seksjoner Blå LED -skjerm $ 2

9. Adafruit TPL5111 Low Power Timer Breakout-strålende liten timing-enhet $ 6,00

10. N -kanal strøm MOSFET - 30V / 60A $ 1,75

11. Differensiell I2C lang kabelforlenger PCA9600 -modul fra SandboxElectronics X2 ($ 18 hver) - det er noen nevnt suksess med lange kabler for I2C i litteraturen, men med daglige 25 fot tidevann i Alaska trenger du lange kabler … åh ja litt kabel.. Jeg brukte en stor eske på 23 g 4 tvunnet par egnet for utsiden.

12. Adafruit BMP388 - Presisjonsbarometrisk trykk og høydemåler $ 10

Trinn 2: Bygg sensorene

Sensorene må loddes til små PCB -er. De to tidligere verkene gir deg noen hint om hvordan du gjør det. Jeg kjøpte både sensorene og de små brettene fra Digikey. Bruk lavtemperaturloddet fra Adafruit og dupp bare den minste mengden ved siden av føttene på sensoren mens du legger den på brettet. Bruk en omarbeidingsblåser for å smelte den på plass. Jeg klarte ikke å gjøre dette godt med håndloddeoppsettet mitt og endte med å kortslutte noen av putene. Resten av ledningene hvis du sjekker ledningene dine riktig er enkelt-å sette en liten kondensator (0,1n) mellom strøm- og jordledningene og heve CS- og PSB-lederne Hei for å starte I2C og kontrollere adressen til sensoren. (Se tegning) Du har to valg 0 X 76 Hei og 0 X 77 for Lo. Jeg brukte begge til å danne en sensorstav med sensorene plassert en fot fra hverandre for å gi trykkdifferansen til det du måler. Jeg designet et 3D -trykt hus for sensoren slik at den kunne innkapsles helt i klar epoxy. Munnen på kjeglefeste passer perfekt til sensorens lille rustfrie hals og forseglet plassering oppnås med en liten ring med superlim som holder den på plass og forsegler den for epoksyinnkapsling.

Trinn 3: 3D -utskrift av boligen din

De to hovedhusene til GSM og Lora er de samme med sidepanelinnsatser for solcellepanelene. Den eneste moden for Lora var antennehullet på toppen som må bores avhengig av enhetens diameter. GSM -antennen passer i den andre boksen. Kontrollpanelet i hvert er identisk med hull for PÅ/AV og trykknapp for å slå på batterinivåskjermen. Føttene skrives ut separat og limes på kassene i hjørnene og gir forskjellige monteringsalternativer. Det lille tårnet og skruehetten er limt rundt åpningen for microUSB -festet for å beskytte det mot vanninntrengning. Enheten er i utgangspunktet veldig vanntett og trykt i PETG for å minimere varmeforvrengning. Jeg brukte varmeinnsatte messingskruefester i hovedhuset for 3 mm skruer i etuiet. Det er filer for to fester for sensorene-den ene har to sensorer montert en fot fra hverandre på en tryllestav av lucittplast med et feste for I2C "booster" -boksen med kretsen montert og epoksy på innsiden. Denne tryllestaven har også to 3D -trykte hull for montering. Det andre sensorhuset er en enkelt puck med en av sensorene skrudd inn i den og en utsparing i ryggen for I2C "booster" som epokses inn i den. Alle disse er trykt i PETG. De resterende filene er det lille huset til Lora -mottakerenheten med et lite vindu for OLED.

Trinn 4: Koble den

Sensorene er koblet parallelt med SDA -linjene, SCL -linjene, Pos og Gnd alle sammen i en vridd kabel med fire ledere. I2C-boosterne er veldig enkle å bruke-å feste begge sensorene til inngangslinjene og den mellomliggende lange kabelen opptil 60 meter festet til samme type mottakerenhet. Hvis du går lenger må du kanskje bytte opptrekkmotstandene på brettene. Koblingsskjemaene for resten er ovenfor. Kretsen fungerer ved at av/på-bryteren sender strøm til Adafruit TPL5111, som er satt til 57 ohm for å slå aktiviseringshøyden hvert 10. minutt-du kan selvsagt justere dette for færre eller flere dataoverføringsfrekvenser. Dette styrer en MOSFET på bakken av hovedkortet (enten Lora eller Arduino 400 GSM). (Jeg har funnet brett som GSM og ESP32 har for store strømforbruk for TPL med mindre du bruker en MOSFET med dem …) Strøm til sensorene og BMP388 kommer fra hovedkortet når den er på: 3v. Trekkmotstandene er på I2C -boosterne, og du trenger dem ikke for sensorene på denne kretsen. Ladekortet TP4056 fungerer utmerket med de to solcellepanelene og 18650 batteriet festet. Trykknappen kobler bare batteriutgangen til skjermen for lite batterinivå. De to sensorene festet til lucite -staven bruker de to tilgjengelige adressene, inkludert adressen til BMP388 (0 X 77), så du må koble BMP med SPI til hovedkortene hvis du bruker to vanntrykssensorer. Hvis du bare bruker en (pucken) kan du koble den til I2C og bruke den resterende tilgjengelige adressen (0 X 77) for BMP.

Trinn 5: Bygg den

Jeg brukte perf boards for å håne alt. Hovedkortet TPL, BMP gikk alle på ett brett. Bryterne ble skrudd på plass med gummihylsen. Laderkortet monteres på støttebenet til kontrollplaten med microUSB -enheten vendt ut. Vannbeskyttelsestårnet ble limt på forsiden og skruehetten ble forseglet med litt silisiumfett på gjengene. Lucite -staven ble kuttet ut av to lag med 1/4 plast med sensorene montert nøyaktig en fot fra hverandre. De 3D -trykte hullfestene ble plassert på endene og I2C -booster ble skrudd i midten der alle ledningstilkoblinger ble gjort. Pucksensoren ble 3D -trykt og forsterkeren epokset inne og koblet til den ene sensoren. Det ble boret et hull i toppen av Lora-enheten for å imøtekomme antennen, og hull ble plassert på baksiden av hver enhet for å imøtekomme ledningen fra sensorene. Glidelås bind ledningen til den etter å ha limt den på plass. Alle ledningstilkoblinger er krympede og deretter malt med flytende elektrisk tape for vannsikkerhet.

Trinn 6: Programmer det

Det er egentlig ikke så mye med programmet. Det er sterkt avhengig av bibliotekene som leveres for sensorene --- som fungerer perfekt og miraklet med GSM Blynk-programvaren for Arduino-kortet som passer perfekt til Hologram Cloud. Registrer deg for en Hologram -konto og få et SIM -kort fra dem til å plassere i Arduino 400 GSM -kortet. Håndtrykkprosessen håndteres alt av Blynk-GSM Arduino-biblioteket. Adafruit skrev biblioteket for BMP, og jeg brukte SparkFun -biblioteket til MS5803. Begge leverer temperaturutganger fra sensorene dine hvis du vil. Programvarejusterte pinner kan bruke omtrent alt på hovedkortet. Jeg brukte Blynk timer -rutinen for ikke å overbelaste Blynk -appen ved et uhell. Du må selvfølgelig være forsiktig med mengden data du legger gjennom GSM-Hologram-lenken, eller du kan kjøre opp en liten regning-ikke så mye-den brukte omtrent 3 MB i uken, som kommer til omtrent 40 cent. Jeg lastet bare opp de tre trykkmålingene - 2 fra undervann og en fra etui (BMP). Den siste delen av programmet er å slå av TPL ved å heve den ferdige pinnen på enheten til HI som sier at dataene ble overført. Blynk -appen er fantastisk som alltid, og du kan designe hvilken som helst utdataskjerm du vil ha, og det beste er muligheten til å laste ned datahopen din via e -post når du vil.

Lora -enheten bruker de samme bibliotekene og bruker en OLED -enhet (jeg skrudde av denne i programvaren til avsenderenheten for å spare energi) og angir frekvensen for din bestemte posisjon. Den bygger deretter en datastreng med separatorer som lar den sende sensoravlesningene dine i ett skudd. Den aktiverer deretter den ferdige pinnen for å slå av. Mottakerenheten bryter opp ordet og sender informasjonen til Blynk -appen via en alltid på WIFI -lenke. Mottakeren er utrolig liten og kobles til en veggvorte.

Trinn 7: Bruk den

Det bittesmå sensorflaten fanger opp med høy grad av nøyaktighet all trykkraften på den ovenfra-dette inkluderer alt luft- og vanntrykk. Så periodiske endringer i havhøyde-som bølger og endringer i lufttrykket fra stormer over havet påvirker det alle. Det er grunnen til at du inkluderer barometrisk trykksensor i etuiet (sørg for at du har et par små lufthull for at den skal kunne lese riktig). Sensorstaven med de to sensorene er forankret i havet på en dybde der den fortsatt vil være dekket av vann selv ved lavvann. Det er vilkårlig på hvilken dybde du plasserer sensorene, da de bare vil måle endringen i høyden på vannsøylen over ikke den absolutte høyden. Jeg brukte en murstein som et anker med et tau festet til å montere sensorstav et par meter fra bunnen. En flottør ble festet til den øvre polen på staven for å holde sensorene i foten fra hverandre loddrett retning. Den snoede ledningen og tauet førte til en brygge der de ble bundet av med mye slakk for å imøtekomme tidevannsutflukten. GSM -senderenheten ble montert på en båt i nærheten. Overvåking fant sted over en måned. De to sensorene ga avlesninger konsekvent atskilt med 28 enheter som representerte trykkforskjellen i en fot vann på det stedet. Barometertrykket ble trukket fra de nedre sensordataene og delt med 28 for å gi en fotekvivalent til stigningen og fallet av havoverflaten over 10 minutter. Diagrammet ovenfor gir sammenligning til NOAA -diagrammet for samme periode. Den faktiske opp/ned -sensoren/føttene ble sjekket mot den faktiske bevegelsen av kaien og funnet å være nøyaktig til 1/2 tommer. Selv med den høye energibruken til GSM -sendinger hvert tiende minutt, fulgte solcellepanelene lett med etterspørselen i dette svake regnskogmiljøet.

Trinn 8: Mer

Den tidligere bruken av disse sensorene av kildene som allerede er nevnt, var for å studere bølgehøyde. Resultatene mine var fra en rolig havn med minimal vinddrevet bølgeaktivitet, men du kan fange opp dataene ved å øke samplingsfrekvensen og ha rullende gjennomsnitt av resultatene. Lora -systemet fungerer godt på avstander som gir et nettverk av bølgeinformasjon for flere steder langs en kyst. Dette ville være ideelt for de som er interessert i surfeaktiviteter. De lave kostnadene og svært små størrelsene på disse uavhengige enhetene ville gjøre det lett å kaste ut informasjon om kysten. For øyeblikket er tidevannsinformasjon en svært komplisert og infrastrukturavhengig regjeringsaktivitet, men dette kan endre seg ved bruk av alternative enheter. Blynk er nå programmert til å varsle meg om neste tsunami!