WetRuler - Oceaanhoogte meten - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:14

Begin deze zomer kwam de aankondiging dat het gebied in Alaska, Prince William Sound genaamd, onverwacht zou worden getroffen door een door de opwarming van de aarde veroorzaakte Tsunami. De wetenschappers die de ontdekking deden, wezen op een gebied met snel terugtrekkend ijs dat een berg puin had achtergelaten die in een fjord zou glippen en een golf van 30 voet zou veroorzaken die uiteindelijk de stad Whittier zou raken. Dit is eerder gebeurd, tijdens de aardbeving van 1964, waarbij schudden meerdere tsunami's veroorzaakte in de omliggende fjorden en de kust verwoestte, waaronder Whittier en Valdez met meerdere doden. Cruiseboten die al op hun hoede waren voor het virus, besloten niet in de buurt van het gebied te komen en de USFS bood restituties aan voor alle gehuurde hutten. Een week later trof een Tsunami-waarschuwing al onze mobiele telefoons! Een onderwaterbaken had een golf gedetecteerd die verband hield met een kleine aardbeving voor de kust. Alle regionale steden kregen te horen dat ze moesten evacueren als ze in de buurt van water waren. Het liep op niets uit. Hoe meet je deze gebeurtenissen? Deze Instructable beschrijft het bouwen van kleine sensoren die de oceaanhoogte kunnen meten en de gegevens naar een LORA-ontvanger of rechtstreeks naar GSM kunnen sturen. De units zijn compact en lijken bestand tegen hun omgeving en werken op zonne-energie. Ik heb ze hier getest om reproduceerbare getijhoogten te bereiken, maar ze kunnen ook worden gebruikt voor golfhoogte- en Tsunami-voorspellingen.

Stap 1: Verzamel uw materialen

Er zijn twee verzendende eenheden die ik heb gebouwd - de ene omvat het uploaden van een GSM (mobiele telefoon) en de andere LORA-upload. U kunt ook overwegen om een satellietbaken aan te sluiten, aangezien veel van deze gebieden geen dekking voor mobiele telefoons hebben. De sensor in het hart van deze instrumenten is de MS5803-14BA en het gebruik en de montage ervan in verschillende scenario's zijn te vinden op deze websites: https://thecavepearlproject.org/2016/09/21/field-…and http:/ /owl.org. De tweede hiervan toont een briljant ontworpen externe logger met zijn eigen speciaal ontworpen PCB voor langdurige meting van golfhoogte. De sensoren leken maanden tot een jaar tolerant te zijn voor water, afhankelijk van de opstelling.

1. MS5803-14BA - je kunt deze van DigiKey krijgen voor $ 13, maar je moet wat soldeerwerk aan het oppervlak doen of een vooraf gemaakt breakout-bord van SparkFun krijgen, maar het kost je $ 60. Als je het zelf maakt, heb je een klein Adafruit-bord nodig om het aan te solderen en wat soldeergel op lage temperatuur (140F) die ik nuttig vond. Het cavepearlproject heeft een geweldige tutorial over hoe je deze met de hand kunt solderen - ik raad aan om een goedkoop rework-station van Amazon te kopen voor $ 30.

2. LILYGO 2 stuks TTGO LORA32 868/915Mhz ESP32 LoRa -- $ 27 deze zijn voor de LORA-doos.

3. ARDUINO MKR GSM 1400 $ 55 - dit is een geweldig bord. Het werkt perfect met de Hologram-sim. Helaas kon ik hun Arduino Sim niet aan het werk krijgen met hun nieuwe service, ondanks meerdere pogingen. Als je nog steeds toegang hebt tot 2GM-service, kun je iets goedkopers kiezen, maar dat is in Alaska volledig mislukt.

4. Zonnecellen Uxcell 2 Stuks 6V 180mA Poly Mini Zonnecelpaneel Module DIY voor Licht Speelgoed Oplader 133mm x 73mm $8

5. 18650 batterij $ 4

6. TP4056--oplader $1

7. Schakel robuuste metalen aan / uit-schakelaar met groene LED-ring - 16 mm groen aan / uit $ 5

8. Icstation 1S 3.7V lithium-ion batterijspanningstester Indicator 4 secties Blauwe LED-display $ 2

9. Adafruit TPL5111 Low Power Timer Breakout - briljant klein timingapparaat $ 6,00

10. N-kanaals vermogens-MOSFET - 30V / 60A $ 1,75

11. Differentiële I2C lange kabelverlenger PCA9600-module van SandboxElectronics X2 ($ 18 per stuk) -- er wordt in de literatuur enig succes genoemd met lange kabels voor I2C, maar met dagelijkse getijden van 25 voet in Alaska heb je lange kabels nodig … oh ja, wat kabel.. Ik gebruikte big box 23 g 4 twisted pair kabel geschikt voor buiten.

12. Adafruit BMP388 - Precisie luchtdruk en hoogtemeter $ 10

Stap 2: Bouw de sensoren

De sensoren moeten aan het oppervlak op kleine PCB's worden gesoldeerd. De twee eerdere werken geven u enkele hints over hoe u dit moet doen. Ik kocht zowel de sensoren als de kleine borden van Digikey. Gebruik het lage-temperatuursoldeer van Adafruit en dep slechts de kleinste hoeveelheid naast de voetjes van de sensor terwijl u deze op het bord plaatst. Gebruik een rework-blazer om het op zijn plaats te smelten. Ik slaagde er niet in om dit goed te doen met mijn handsoldeeropstelling en eindigde met het kortsluiten van enkele van de pads. De rest van de bedrading, als je je leads correct controleert, is eenvoudig: een kleine condensator (0,1 n) tussen de voedings- en aardingskabels plaatsen en de CS- en PSB-leads Hi verhogen om I2C te starten en het adres voor de sensor te regelen. (Zie tekening) Je hebt twee keuzes 0 X 76 Hi en 0 X 77 voor Lo. Ik heb beide gebruikt om een sensorstaaf te vormen met de sensoren één voet uit elkaar geplaatst om het drukverschil te geven van wat je ook meet. Ik ontwierp een 3D-geprinte behuizing voor de sensor zodat deze volledig kan worden ingekapseld in heldere epoxy. De opening van de kegelbevestiging past perfect in de kleine roestvrijstalen nek van de sensor en de verzegelde plaatsing wordt bereikt met een kleine ring van superlijm die hem op zijn plaats houdt en afdicht voor inkapseling in epoxy.

Stap 3: 3D print uw behuizing

De twee hoofdbehuizingen voor GSM en Lora zijn hetzelfde met zijpanelen voor de zonnepanelen. De enige mod voor de Lora was het antennegat aan de bovenkant dat moet worden geboord, afhankelijk van de diameter van je apparaat. De GSM-antenne past in de andere doos. Het bedieningspaneel in elk is identiek met gaten voor de AAN/UIT en drukknop om het batterijniveauscherm in te schakelen. De voetjes zijn apart bedrukt en op de hoeken supergelijmd op de koffers en bieden verschillende montagemogelijkheden. Het kleine torentje en de schroefdop zijn rond de opening voor de microUSB-bevestiging gelijmd om deze te beschermen tegen binnendringend water. De unit is in principe zeer waterbestendig en bedrukt in PETG om warmtevervorming te minimaliseren. Ik gebruikte warmte-inzet messing schroefbevestigingen in de hoofdbehuizing voor 3 mm schroeven in de behuizing. Er zijn bestanden voor twee bevestigingen voor de sensoren - één heeft twee sensoren die een voet uit elkaar zijn gemonteerd op een staaf van lucite plastic met een bevestiging voor de I2C "booster" -doos met het circuit gemonteerd en aan de binnenkant geëpoxeerd. Deze wand heeft ook twee 3D-geprinte gaten voor montage-opties. De andere sensorbehuizing is een enkele puck met een van de sensoren erin geschroefd en een uitsparing aan de achterkant voor de I2C "booster" erin geëpoxeerd. Al deze zijn gedrukt in PETG. De overige bestanden zijn de kleine behuizing voor de Lora-ontvanger met een klein venster voor de OLED.

Stap 4: bedraad het

De sensoren zijn parallel bedraad met de SDA-lijnen, SCL-lijnen, Pos en Gnd, allemaal samengevoegd tot één getwiste kabel met vier geleiders. De I2C-boosters zijn zeer eenvoudig te gebruiken - door beide sensoren aan de ingangslijnen te bevestigen en de tussenliggende lange kabel tot 60 meter aan hetzelfde type ontvangereenheid. Als je langer gaat, moet je misschien de pull-up-weerstanden op de borden vervangen. De bedradingsschema's voor de rest staan hierboven. Het circuit werkt door een aan/uit-schakelaar die stroom naar de Adafruit TPL5111 stuurt, die is ingesteld op 57 ohm om de Enable elke 10 minuten hoog te zetten - je kunt dit natuurlijk aanpassen voor minder of meer datatransmissiefrequentie. Dit bestuurt een MOSFET op de grond van het moederbord (ofwel Lora of de Arduino 400 GSM). (Ik heb ontdekt dat borden zoals de GSM en ESP32 een te groot stroomverbruik hebben voor de TPL, tenzij je er een MOSFET bij gebruikt…) Stroom voor de sensoren en de BMP388 komt van het moederbord als het aan staat: 3v. De pull-up weerstanden zitten op de I2C boosters en die heb je niet nodig voor de sensoren op dit circuit. Het oplaadbord TP4056 werkt prima met de twee zonnepanelen en de 18650-batterij aangesloten. De drukknop verbindt gewoon de batterij-uitgang met het kleine batterijniveau-scherm. De twee sensoren die aan de lucite wand zijn bevestigd, verbruiken de twee beschikbare adressen, inclusief het adres van de BMP388 (0 X 77), dus u moet de BMP met SPI aansluiten op de hoofdborden als u twee waterdruksensoren gebruikt. Als u er maar één gebruikt (de puck), kunt u deze verbinden met I2C en het resterende beschikbare adres (0 X 77) gebruiken voor de BMP.

Stap 5: Bouw het

Ik gebruikte perf boards om alles op te spotten. Het hoofdbord TPL, BMP gingen allemaal op één bord. De schakelaars werden op hun plaats geschroefd met hun rubberen doorvoertules. Het laadbord wordt op de stempel van de bedieningsplaat gemonteerd met de microUSB naar buiten gericht. Het waterbeschermende torentje was aan de voorkant supergelijmd en de schroefdop was afgedicht met wat siliconenvet op de schroefdraden. De lucite-staaf werd uit twee lagen van 1/4 plastic gesneden met de sensoren precies een voet uit elkaar. De 3D-geprinte gatenbevestigingen werden op de uiteinden geplaatst en de I2C-booster werd in het midden geschroefd waar alle draadverbindingen werden gemaakt. De puck-sensor is 3D-geprint en de booster is van binnen geëpoxeerd en aangesloten op de ene sensor. Er is een gat geboord in de bovenkant van de Lora-eenheid om plaats te bieden aan de antenne en er zijn gaten in de achterkant van elke eenheid geplaatst om de draad van de sensoren op te nemen. Er is een 3D-geprinte draadhouder voorzien. Bind de draad eraan vast nadat u hem op zijn plaats hebt gelijmd. Alle draadverbindingen zijn door de zee gekrompen en vervolgens geverfd met vloeibare elektrische tape voor waterveiligheid.

Stap 6: Programmeer het

Er staat niet echt veel op het programma. Het is sterk afhankelijk van de bibliotheken voor de sensoren --- die perfect werken en het wonder van de GSM Blynk-software voor het Arduino-bord dat perfect aansluit op de Hologram Cloud. Meld u aan voor een Hologram-account en ontvang een simkaart van hen om in uw Arduino 400 GSM-bord te plaatsen. Het handshaking-proces wordt allemaal afgehandeld door de Blynk-GSM Arduino-bibliotheek. Adafruit schreef de bibliotheek voor de BMP en ik gebruikte de SparkFun-bibliotheek voor de MS5803. Beide leveren temperatuuruitgangen van uw sensoren als u dat wilt. Met software aangepaste pinnen kunnen vrijwel alles op het moederbord gebruiken. Ik heb de Blynk-timerroutine gebruikt om de Blynk-app niet per ongeluk te overbelasten. Je moet natuurlijk voorzichtig zijn met de hoeveelheid data die je via de GSM-Hologram link plaatst, anders kan je een kleine rekening oplopen - niet te veel - het verbruikte ongeveer 3 MB per week, wat neerkomt op ongeveer 40 cent. Ik was alleen de drie drukmetingen aan het uploaden -- 2 van onder water en één van de behuizing (BMP). Het laatste deel van het programma is het uitschakelen van de TPL door de done-pin op het apparaat waarop staat dat de gegevens zijn overgedragen naar HI te brengen. De Blynk-app is zoals altijd geweldig en je kunt elk soort uitvoerscherm ontwerpen dat je maar wilt en het beste deel is de mogelijkheid om je datastapel per e-mail te downloaden wanneer je maar wilt.

De Lora-eenheid gebruikt dezelfde bibliotheken en gebruikt een OLED-eenheid (ik heb dit uitgeschakeld in de software van de zendeenheid om energie te besparen) en stelt de frequentie in voor uw specifieke locatie. Vervolgens bouwt het een gegevensreeks met scheidingstekens op waarmee het uw sensormetingen in één keer kan verzenden. Het activeert vervolgens zijn voltooide pin om af te sluiten. De ontvangereenheid verbreekt het woord en stuurt de informatie naar de Blynk-app via een altijd op WIFI-verbinding. De ontvanger is ongelooflijk klein en kan worden aangesloten op een muurwrat.

Stap 7: Het gebruiken

Het kleine sensorvlak neemt met een hoge mate van nauwkeurigheid alle drukkracht op van bovenaf - dit omvat alle lucht- en waterdruk. Dus intermitterende veranderingen in de hoogte van de oceaan - zoals golven en veranderingen in de luchtdruk van stormen boven de oceaan hebben er allemaal invloed op. Dat is de reden om de luchtdruksensor in de behuizing op te nemen (zorg voor een paar kleine luchtgaatjes zodat deze correct kan lezen). De sensorstaaf met de twee sensoren is verankerd in de oceaan op een diepte waar deze zelfs bij eb nog onder water staat. Het is willekeurig op welke diepte u de sensoren plaatst, omdat ze alleen de verandering in de hoogte van de waterkolom boven de absolute hoogte meten. Ik gebruikte een steen als anker met een touw eraan om de sensorstaaf een paar voet van de bodem te monteren. Een vlotter was bevestigd aan de bovenste paal van de staaf om de sensoren in hun verticale stand van elkaar te houden. De twisted pair-draad en het touw leidden naar een dok waar ze met veel speling waren afgebonden om de getijde-excursie te accommoderen. De gsm-zender was op een nabijgelegen boot gemonteerd. Monitoring vond plaats gedurende een maand. De twee sensoren gaven metingen consequent gescheiden door 28 eenheden die het drukverschil in een voet water op die locatie vertegenwoordigden. De barometrische druk werd afgetrokken van de onderste sensorgegevens en gedeeld door 28 om een voetequivalent te geven van de stijging en daling van het oceaanoppervlak gedurende perioden van 10 minuten. De bovenstaande grafiek geeft de vergelijking met de NOAA-grafiek voor dezelfde datumperiode. De werkelijke stijg- en daalsensor/voeten werd gecontroleerd tegen de werkelijke beweging van het dok en bleek nauwkeurig te zijn tot op 1/2 inch. Zelfs met het hoge energieverbruik van GSM zendt elke tien minuten de zonnepanelen gemakkelijk in op de vraag in deze schemerige regenwoudomgeving.

Stap 8: Meer

De eerdere toepassingen van deze sensoren door de reeds genoemde bronnen waren voor het bestuderen van golfhoogte. Mijn resultaten waren van een rustige haven met minimale door de wind aangedreven golfactiviteit, maar je kunt die gegevens vastleggen door de bemonsteringsfrequentie te verhogen en voortschrijdende gemiddelden van de resultaten te gebruiken. Het Lora-systeem werkt goed op afstanden die een mesh-netwerk van golfinformatie zouden opleveren voor meerdere locaties langs een kust. Dit zou ideaal zijn voor diegenen die geïnteresseerd zijn in surfactiviteiten. De lage kosten en de zeer kleine omvang van deze onafhankelijke eenheden zou het een gemakkelijke taak maken om kustinformatie uit te werken. Momenteel is het vastleggen van getijdeninformatie een zeer gecompliceerde en infrastructuurafhankelijke overheidsactiviteit, maar dit kan veranderen met de invoering van alternatieve apparaten. Blynk is nu geprogrammeerd om me op de hoogte te stellen van de volgende Tsunami!