Smart Buoy [Buod]: 8 Mga Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:10

Lahat tayo ay mahilig sa tabing dagat. Bilang isang sama-sama, dumarating kami dito para sa mga piyesta opisyal, upang tangkilikin ang mga palakasan sa tubig o upang makamit ang aming kabuhayan. Ngunit ang baybayin ay isang pabago-bagong lugar sa awa ng mga alon. Ang tumataas na antas ng dagat ay nabulilyaso sa mga beach at malakas na matinding kaganapan tulad ng mga bagyo na lubusang nalalanta ang mga ito. Upang maunawaan kung paano i-save ang mga ito, kailangan nating maunawaan ang mga puwersang nagtutulak ng kanilang pagbabago.

Mahal ang pananaliksik, ngunit kung makakalikha ka ng murang, mabisang instrumento, makakalikha ka ng mas maraming data - sa huli ay nagpapabuti ng pag-unawa. Ito ang pag-iisip sa likod ng aming proyekto sa Smart Buoy. Sa buod na ito, binibigyan ka namin ng isang mabilis na pagpapatakbo ng aming proyekto at pinaghiwalay ito sa disenyo, ang pagtatanghal ng paggawa at data. Oh buoy, magugustuhan mo ito..!

Mga gamit

Para sa kumpletong pagbuo ng Smart Buoy, kailangan mo ng maraming bagay. Magkakaroon kami ng pagkasira ng mga tukoy na materyal na kinakailangan para sa bawat yugto ng pagbuo sa nauugnay na tutorial, ngunit narito ang kumpletong listahan:

• Arduino Nano - Amazon
• Raspberry Pi Zero - Amazon
• Baterya (18650) - Amazon
• Mga solar panel - Amazon
• Pagba-block ng Diode - Amazon
• Pagsingil ng charge - Amazon
• Buck booster - Amazon
• Module ng GPS - Amazon
• GY-86 (accelerometer, gyroscope, barometer, compass) - Amazon
• Water Temperature sensor - Amazon
• Module ng Power monitor - Amazon
• Real time module module - Amazon
• Mga module ng radyo - Amazon
• i ^ 2c multiplexer module - Amazon
• 3D printer - Amazon
• PETG filament - Amazon
• Epoxy - Amazon
• Pinta ng panimulang spray - Amazon
• Lubid - Amazon
• Floats - Amazon
• Pandikit - Amazon

Ang lahat ng ginamit na code ay matatagpuan sa

Hakbang 1: Ano ang Ginagawa nito?

Ang mga sensor na nakasakay sa Smart Buoy ay nagbibigay-daan upang masukat ito: taas ng alon, panahon ng alon, lakas ng alon, temperatura ng tubig, temperatura ng hangin, presyon ng hangin, boltahe, kasalukuyang paggamit at lokasyon ng GPS.

Sa isang perpektong mundo, naisukat din nito ang direksyon ng alon. Batay sa mga sukat na kinuha ng Buoy, malapit na kaming makahanap ng solusyon na magbibigay daan sa amin upang makalkula ang direksyon ng alon. Gayunpaman, naging kumplikado ito at ito ay isang napakalaking problema sa aktwal na pamayanan ng pananaliksik. Kung may sinuman doon na makakatulong sa amin at magmungkahi ng isang mabisang paraan upang makakuha ng mga pagsukat ng direksyon ng alon, mangyaring ipaalam sa amin - nais naming maunawaan kung paano namin ito magagawa! Ang lahat ng data na kinokolekta ng Buoy ay ipinadala sa pamamagitan ng radyo sa isang base station, na kung saan ay isang Raspberry Pi. Gumawa kami ng isang dashboard upang maipakita ang mga ito gamit ang Vue JS.

Hakbang 2: Bumuo - Buoy Casing

Ang Buoy na ito marahil ang pinakamahirap na bagay na na-print namin sa ngayon. Mayroong maraming mga bagay lamang upang isaalang-alang dahil ito ay magiging sa dagat, nakalantad sa mga elemento at ng maraming araw. Pag-uusapan pa namin ang tungkol doon sa paglaon sa seryeng Smart Buoy.

Sa madaling sabi: nag-print kami ng isang malapit sa guwang na globo sa dalawang bahagi. Ang nangungunang kalahati ay may mga puwang para sa mga solar panel at isang butas para dumaan ang isang radio aerial. Ang ilalim na kalahati ay may isang butas para sa isang sensor ng temperatura na dumaan at isang hawakan para sa isang lubid na itatali.

Matapos i-print ang Buoy gamit ang filament ng PETG, pinapasok namin ito, spray na pininturahan ng ilang tagapuno ng panimulang aklat, at pagkatapos ay ilagay sa isang pares ng mga layer ng epoxy.

Kapag ang prep ng shell ay nakumpleto, inilalagay namin ang lahat ng mga electronics sa loob at pagkatapos ay tinatakan ang sensor ng temperatura ng tubig, radio aerial at solar panel gamit ang isang glue gun. Sa wakas, tinatakan namin ang dalawang halves na may StixAll na pandikit / malagkit (sobrang pandikit ng eroplano).

At pagkatapos ay inaasahan namin na ito ay hindi tinatagusan ng tubig …

Hakbang 3: Bumuo - Buoy Electronics

Ang Buoy ay maraming mga sensor na nakasakay at detalyado namin ang tungkol sa mga ito sa nauugnay na tutorial. Dahil ito ay isang buod, susubukan naming panatilihin itong impormasyong, ngunit maikli!

Ang Buoy ay pinalakas ng isang bateryang 18650, na sisingilin ng apat, 5V solar panels. Ang real time na orasan lamang ang patuloy na pinapatakbo, gayunpaman. Gumagamit ang Buoy ng output pin ng real time na orasan upang makontrol ang isang transistor na nagpapahintulot sa lakas na ipasok ang natitirang system. Kapag naka-on ang system, nagsisimula ito sa pamamagitan ng pagkuha ng mga sukat mula sa mga sensor - kasama ang isang halaga ng boltahe mula sa module ng power monitor. Tinutukoy ng halagang ibinigay ng module ng power monitor kung gaano katagal natutulog ang system bago gawin ang susunod na hanay ng mga pagbasa. Nakatakda ang isang alarma para sa oras na ito, pagkatapos ay i-off mismo ng system!

Ang system mismo ay maraming mga sensor at isang module ng radyo na konektado sa isang Arduino. Ang module na GY-86, RealTimeClock (RTC), module ng Power Monitor, at I2C multiplexer lahat ay nakikipag-usap sa Arduino gamit ang I2C. Kailangan namin ng I2C multiplexer ay kinakailangan dahil ang GY-86 at ang module na RTC na ginamit namin pareho ay may parehong address. Pinapayagan ka ng module ng multiplexer na makipag-usap nang walang labis na abala, bagaman maaaring ito ay medyo labis na labis.

Ang module ng radyo ay nakikipag-usap sa pamamagitan ng SPI.

Noong una, mayroon din kaming module ng SD card, ngunit nagdulot ito ng napakaraming sakit ng ulo dahil sa laki ng SD library na nagpasya kaming i-scrap ito.

Tingnan ang code. Malamang na mayroon kang ilang mga katanungan - marahil ay nagtatagal din ng mga pag-aalinlangan - at nasisiyahan kaming marinig ang mga ito. Ang mga malalim na tutorial ay nagsasama ng mga paliwanag ng code, kaya sana ay gawing mas malinaw nila ito!

Sinubukan naming paghiwalayin ang lohikal na mga file ng code at gumamit ng isang pangunahing file upang maisama ang mga ito, na tila gumana nang maayos.

Hakbang 4: Bumuo - Base Station Electronics

Ang base station ay ginawa gamit ang isang Raspberry Pi Zero na may nakalakip na module ng radyo. Nakuha namin ang pambalot mula sa https://www.thingiverse.com/thing:1595429. Ang galing mo, maraming salamat!

Kapag mayroon ka ng code na tumatakbo sa Arduino, medyo simple upang makuha ang mga sukat sa Raspberry Pi sa pamamagitan ng pagpapatakbo ng listen_to_radio.py code.

Hakbang 5: Dashboard

Upang maipakita sa iyo kung paano namin nagawa ang buong dash ay magiging isang maliit na Odyssey dahil ito ay isang medyo mahaba at kumplikadong proyekto. Kung may nais na malaman kung paano namin ito ginawa, ipaalam sa amin - ang T3ch Flicks resident web developer ay magiging mas masaya sa gumawa ng isang tutorial tungkol dito!

Kapag inilagay mo ang mga file na ito sa isang Raspberry Pi, dapat mong patakbuhin ang server at makita ang dashboard na may papasok na data. Para sa mga kadahilanang pag-unlad at upang makita kung ano ang magiging hitsura ng dash kung ito ay ibinibigay ng mabuti, regular na data, nagdagdag kami ng isang pekeng data generator sa server. Patakbuhin iyon kung nais mong makita kung ano ang hitsura nito kapag mayroon kang higit pang data. Ipapaliwanag din namin ito sa ilang detalye sa isang susunod na tutorial.

(Tandaan na mahahanap mo ang lahat ng code sa

Hakbang 6: Bersyon 2 ?? - Mga problema

Ang proyektong ito ay ganap na hindi perpekto - nais naming isipin ito nang higit pa bilang isang prototype / patunay ng konsepto. Bagaman ang prototype ay gumagana sa isang pangunahing antas: lumulutang ito, kumukuha ng mga sukat at maipadala ang mga ito, maraming natutunan at magbabago para sa ikalawang bersyon:

1. Ang aming pinakamalaking isyu ay hindi magagawang baguhin ang code para sa Buoy pagkatapos na idikit ito. Ito ay talagang isang piraso ng isang pangangasiwa at maaaring malutas nang napaka epektibo sa isang USB port na natatakpan ng isang rubber seal. Gayunpaman, iyon ay maaaring nagdagdag ng isang buong iba pang layer ng pagiging kumplikado sa proseso ng waterproofing na naka-print na 3D!
2. Ang mga algorithm na ginamit namin ay malayo sa perpekto. Ang aming mga pamamaraan para sa pagtukoy ng mga katangian ng alon ay medyo krudo at natapos namin ang paggastos ng maraming oras sa aming pagbabasa ng matematika para sa pagsasama ng data ng sensor mula sa magnetometer, accelerometer, at gyroscope. Kung may nakakaalam doon at handang tumulong, sa palagay namin maaari naming gawin itong mga sukat na mas tumpak.
3. Ang ilan sa mga sensor ay kumilos nang kaunti nang kakaiba. Ang sensor ng temperatura ng tubig ay ang isa na nakatayo bilang partikular na tuso - halos 10 degree palabas mula sa totoong temperatura sa mga oras. Ang dahilan para sa ito ay maaaring ito ay naging isang hindi magandang sensor, o kung may bagay na nagpapainit dito …

Hakbang 7: Bersyon 2 ?? - Mga pagpapabuti

Ang Arduino ay mabuti, ngunit tulad ng nabanggit bago namin kinailangan ang pag-scrap ng module ng SD card (na dapat maging backup ng data kung hindi maipadala ang mga mensahe sa radyo) dahil sa mga isyu sa memorya. Maaari naming baguhin ito sa isang mas malakas na microcontroller tulad ng isang Arduino Mega o isang Teensy o gumamit lamang ng isa pang Raspberry Pi zero. Gayunpaman, nadagdagan nito ang pagkonsumo ng gastos at kuryente.

Ang module ng radyo na ginamit namin ay may isang limitadong saklaw ng isang pares ng mga kilometro na may direktang linya ng paningin. Gayunpaman, sa isang mapagpapalagay na mundo kung saan nakapaglagay kami (ng) maraming mga Buoy sa paligid ng isla, maaari kaming makabuo ng isang network ng mata na tulad nito. Maraming mga posibilidad para sa mahabang hanay ng paghahatid ng data, kabilang ang lora, grsm. Kung nagamit namin ang isa sa mga ito, maaaring posible ang isang network ng mesh sa paligid ng isla!

Hakbang 8: Paggamit ng Aming Smart Buoy para sa Pananaliksik

Itinayo at inilunsad namin ang Buoy sa Grenada, isang maliit na isla sa timog Caribbean. Habang nasa labas kami, nagkaroon kami ng chat sa gobyerno ng Grenadian, na nagsabing ang isang Smart Buoy na tulad ng nilikha namin ay makakatulong sa pagbibigay ng dami ng mga sukat ng mga katangian ng karagatan. Ang mga awtomatikong pagsukat ay magbubawas ng ilang pagsisikap ng tao at pagkakamali ng tao at magbibigay ng kapaki-pakinabang na konteksto para maunawaan ang pagbabago ng mga baybayin. Iminungkahi din ng gobyerno na ang pagkuha ng mga pagsukat ng hangin ay magiging isang kapaki-pakinabang na tampok para sa kanilang mga layunin. Walang ideya kung paano namin pamahalaan ang isang iyon, kaya't kung ang sinuman ay may anumang mga ideya …

Ang isang mahalagang pag-iingat ay na bagaman ito ay talagang isang kapanapanabik na oras para sa pagsasaliksik sa baybayin, partikular na kinasasangkutan ng tech, may mahabang paraan pa bago ito ganap na magamit.

Salamat sa pagbabasa ng post ng buod ng buod ng serye ng Smart Buoy. Kung hindi mo pa nagagawa, mangyaring tingnan ang aming buod ng video sa YouTube.

Mag-sign Up sa aming Mail List!

Bahagi 1: Paggawa ng Wave At Pagsukat ng Temperatura

Bahagi 2: GPS NRF24 Radio at SD Card

Bahagi 3: Pag-iiskedyul ng Lakas sa Buoy

Bahagi 4: Pag-deploy ng Buoy