WetRuler-Måling af havhøjde: 8 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:25

Meddelelsen kom tidligt i sommer, at området i Alaska kaldet Prince William Sound uventet ville blive ramt af en global opvarmning initieret Tsunami. Forskerne, der fandt opdagelsen, pegede på et område med hurtigt tilbagetrækning af is, der havde efterladt et bjerg af vragrester, der ville glide ind i en fjord og starte en 30 fods bølge, der til sidst ville ramme byen Whittier. Dette er sket før, under jordskælvet i 1964, hvor rystelser indledte flere tsunamier i de omkringliggende fjorde og ødelagde kysten, herunder Whittier og Valdez med flere dødsfald. Krydstogtsbåde, der allerede var på vagt over for virussen, besluttede ikke at gå i nærheden af området, og USFS tilbød restitutioner for alle hytter, der var blevet lejet. En uge senere ramte en tsunamivarsel alle vores mobiltelefoner! Et undervandsfyr havde opdaget en bølge forbundet med et lille jordskælv ud for kysten. Alle regionale byer fik besked på at evakuere, hvis de var tæt på vand. Det blev til ingenting. Hvordan måler du disse begivenheder? Denne instruktør beskriver bygningen af små sensorer, der er i stand til at måle havets højde og sende dataene til enten en LORA -modtager eller direkte til GSM. Enhederne er kompakte og virker modstandsdygtige over for deres miljø og er solcelledrevne. Jeg har testet dem her for at opnå reproducerbare tidevandshøjder, men de kan også bruges til bølgehøjde og Tsunami -forudsigelser.

Trin 1: Saml dine materialer

Der er to sendeenheder, jeg byggede-den ene involverer GSM (mobiltelefon) upload og den anden LORA upload. Du kan også overveje at kommunikere med et Sat -fyrtårn, da mange af disse områder ikke har mobiltelefondækning. Sensoren i hjertet af disse instrumenter er MS5803-14BA, og dens anvendelse og samling i forskellige scenarier kan findes på disse websteder: https://thecavepearlproject.org/2016/09/21/field-…and http:/ /owhl.org. Den anden af disse viser en glimrende designet fjernlogger med sit eget specialdesignede printkort til langsigtet måling af bølgehøjde. Sensorerne syntes at være tolerante over for vand i måneder til et år afhængigt af opsætningen.

1. MS5803-14BA-du kan få disse fra DigiKey for $ 13, men du skal udføre noget overfladelodningsarbejde eller få et færdiglavet breakout-bord fra SparkFun, men det vil betale dig $ 60 tilbage. Hvis du gør det selv, skal du bruge et lille Adafruit -bord til at lodde det til og lidt lavtemperatur loddemiddel (140F), som jeg fandt nyttigt. Cavepearlprojektet har en god vejledning i, hvordan du håndlodder disse-jeg foreslår at få en billig omarbejdningsstation fra Amazon til $ 30.

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

3. ARDUINO MKR GSM 1400 $ 55-dette er et fantastisk bord. Det fungerer perfekt med Hologram sim. Desværre kunne jeg ikke få deres Arduino Sim til at arbejde med deres nye service på trods af flere forsøg. Hvis du stadig har adgang til 2GM -service, kan du gå med noget billigere, men det mislykkedes 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-oplader $ 1

7. Skift Rugged Metal On/Off Switch med grøn LED -ring - 16 mm grøn On/Off $ 5

8. Icstation 1S 3.7V Lithium Ion Battery Voltage Tester Indicator 4 Sektioner Blå LED Display $ 2

9. Adafruit TPL5111 Low Power Timer Breakout-strålende lille timing-enhed $ 6,00

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

11. Differential I2C Long Cable Extender PCA9600 Module from SandboxElectronics X2 ($ 18 hver) - der er en eller anden omtalt succes med lange kabler til I2C i litteraturen, men med daglige 25 fods tidevand i Alaska har du brug for lange kabler … åh ja noget kabel.. Jeg brugte en stor boks 23 g 4 snoet par kabel egnet til udendørs.

12. Adafruit BMP388 - Præcisionsbarometrisk tryk og højdemåler $ 10

Trin 2: Byg sensorerne

Sensorerne skal overfladesolde til små PCB'er. De to tidligere værker giver dig nogle tip om, hvordan du gør det. Jeg købte både sensorerne og de små tavler fra Digikey. Brug den lave temperatur loddemetal fra Adafruit og dup lige den mindste mængde ved siden af sensorens fødder, mens du placerer den på brættet. Brug en omarbejdningsblæser til at smelte den på plads. Jeg undlod at gøre dette godt med min håndlodningskonfiguration og endte med at kortslutte nogle af puderne. Resten af ledningerne, hvis du tjekker dine ledninger korrekt, er let-at sætte en lille kondensator (0,1 n) mellem strøm- og jordledningerne og hæve CS- og PSB-lederne Hej for at starte I2C og kontrollere adressen til sensoren. (Se tegning) Du har to valgmuligheder 0 X 76 Hej og 0 X 77 for Lo. Jeg brugte begge til at danne en sensorstav med sensorerne placeret en fod fra hinanden for at give trykforskellen på uanset din måling. Jeg designede et 3D -printet hus til sensoren, så den kunne indkapsles fuldstændigt i klar epoxy. Mundingen på keglemonteringen passer perfekt til sensorens lille rustfri hals, og den lukkede placering opnås med en lille ring af superlim, der holder den på plads og forsegler den til epoxyindkapsling.

Trin 3: 3D -udskrivning af dit hus

De to hovedhuse til GSM og Lora er de samme med sidepanelindsatser til solpanelerne. Den eneste mod for Lora var antennehullet øverst, som skal bores afhængigt af diameteren på din enhed. GSM -antennen passer ind i den anden boks. Kontrolpanelet i hver er identisk med huller til ON/OFF og trykknap for at tænde batteriniveauskærmen. Fødderne er udskrevet separat og limet på kabinetterne i hjørnerne og giver forskellige monteringsmuligheder. Det lille tårn og skruelåg er limet omkring åbningen til microUSB -holderen for at beskytte det mod vandindtrængen. Enheden er dybest set meget vandtæt og trykt i PETG for at minimere varmeforvridning. Jeg brugte varmeindsat messingskruefester i hovedhuset til 3 mm skruer i sagen. Der er filer til to beslag til sensorerne-den ene har to sensorer monteret en fod fra hinanden på en tryllestav af lucitplast med en holder til I2C "booster" -boksen med kredsløbet monteret og epoxet på indersiden. Denne tryllestav har også to 3D -trykte huller, der passer til monteringsmuligheder. Det andet sensorhus er en enkelt puck med en af sensorerne skruet ind i den og en udskæring i ryggen til I2C "booster" epoxet ind i den. Alle disse er trykt i PETG. De resterende filer er det lille hus til Lora -modtagerenheden med et lille vindue til OLED.

Trin 4: Tilslut det

Sensorerne er koblet parallelt med SDA -linjer, SCL -linjer, Pos og Gnd alle sammenføjet til et snoet kabel med fire ledere. I2C-boosterne er meget nemme at bruge-tilslutning af begge sensorer til indgangslinjerne og det mellemliggende lange kabel op til 60 meter forbundet til den samme type modtager. Hvis du går længere, skal du muligvis ændre pull up -modstandene på brædderne. Ledningsdiagrammerne for resten er ovenfor. Kredsløbet fungerer ved, at tænd/sluk-kontakten sender strøm til Adafruit TPL5111, der er indstillet til 57 ohm for at slå dets Enable high hvert 10. minut-du kan selvfølgelig justere dette for færre eller flere datatransmissionsfrekvenser. Dette styrer en MOSFET på bunden af hovedkortet (enten Lora eller Arduino 400 GSM). (Jeg har fundet tavler som GSM og ESP32 har for store strømforbrug til TPL, medmindre du bruger en MOSFET med dem …) Strøm til sensorerne og BMP388 kommer fra hovedkortet, når den er tændt: 3v. Pull -up -modstandene er på I2C -boosterne, og du har ikke brug for dem til sensorerne på dette kredsløb. Opladekortet TP4056 fungerer godt med de to solpaneler og det vedlagte 18650 batteri. Trykknappen forbinder bare batteriudgangen til skærmen med det lille batteriniveau. De to sensorer, der er fastgjort til lucite -staven, bruger de to tilgængelige adresser, herunder adressen på BMP388 (0 X 77), så du skal forbinde BMP'en med SPI til hovedkortene, hvis du bruger to vandtrykssensorer. Hvis du kun bruger en (pucken), kan du forbinde den med I2C og bruge den resterende tilgængelige adresse (0 X 77) til BMP.

Trin 5: Byg det

Jeg brugte perf boards til at håne alting. Hovedkortet TPL, BMP gik alle på et bord. Kontakterne blev skruet på plads med deres gummi -gennemføringer. Laderpladen monteres på støttebenet på kontrolpladen med microUSB vendt ud. Vandbeskyttelsestårnet blev overlimet til fronten, og skruelåget blev forseglet med noget siliciumfedt på gevindene. Den lucite stav blev skåret ud af to lag af 1/4 plast med sensorerne monteret nøjagtigt en fod fra hinanden. De 3D -printede hulbeslag blev placeret på enderne, og I2C -booster blev skruet i midten, hvor alle trådforbindelser blev foretaget. Pucksensoren blev 3D -printet, og boosteren epoxede indeni og blev forbundet til den ene sensor. Der blev boret et hul i toppen af Lora-enheden for at rumme antennen, og der blev placeret huller på bagsiden af hver enhed for at rumme wiren fra sensorerne. Lynlås binde tråden til den efter at have limet den på plads. Alle ledningsforbindelser er krympede til havvarme og derefter malet med flydende elektrisk tape til vandsikkerhed.

Trin 6: Programmer det

Der er virkelig ikke meget til programmet. Det er stærkt afhængigt af bibliotekerne til sensorer --- som fungerer perfekt og miraklet ved GSM Blynk-softwaren til Arduino-kortet, der passer perfekt til Hologram Cloud. Tilmeld dig en Hologram -konto, og få et SIM -kort fra dem til at placere i dit Arduino 400 GSM -kort. Håndrystningsprocessen håndteres alle af Blynk-GSM Arduino-biblioteket. Adafruit skrev biblioteket til BMP, og jeg brugte SparkFun -biblioteket til MS5803. Begge leverer output af temperatur fra dine sensorer, hvis du vil. Softwarejusterede stifter kan bruge næsten alt på hovedkortet. Jeg brugte Blynk timer -rutinen for ikke ved et uheld at overbelaste Blynk -appen. Du skal selvfølgelig være forsigtig med mængden af data, du sender via GSM-Hologram-linket, eller du kan køre en lille regning-ikke for meget-den brugte omkring 3MB om ugen, hvilket svarer til omkring 40 cent. Jeg uploadede kun de tre trykmålinger - 2 fra undervandet og en fra sagen (BMP). Den sidste del af programmet slukker for TPL ved at hæve den færdige pin til enheden til HI, der siger, at dataene blev overført. Blynk -appen er vidunderlig som altid, og du kan designe enhver form for outputskærm, du vil have, og det bedste er muligheden for at downloade din datastapel via e -mail, når du vil.

Lora -enheden bruger de samme biblioteker og bruger en OLED -enhed (jeg slukkede dette i afsenderens software for at spare energi) og indstiller frekvensen for din særlige placering. Det bygger derefter en datastreng med separatorer, der gør det muligt at sende dine sensormålinger i ét skud. Den aktiverer derefter sin udførte pin for at lukke ned. Modtagerenheden bryder ordet op og sender oplysningerne til Blynk -appen via et altid WIFI -link. Modtageren er utrolig lille og tilsluttes en vægvorte.

Trin 7: Brug det

Det lille sensorflade opfanger med en høj grad af nøjagtighed al trykstyrke ovenfra-dette inkluderer alt luft- og vandtryk. Så intermitterende ændringer i havets højde-som bølger og ændringer i lufttrykket fra storme over havet påvirker det alle. Det er grunden til at inkludere barometertrykssensoren i kabinettet (sørg for at give et par små lufthuller for at lade den læse korrekt). Sensorstaven med de to sensorer er forankret i havet i en dybde, hvor den stadig vil være dækket af vand, selv ved lavvande. Det er vilkårligt på hvilken dybde du placerer sensorerne, da de kun vil måle ændringen i højden af vandsøjlen over ikke den absolutte højde. Jeg brugte en mursten som et anker med et reb fastgjort til at montere sensorstav et par meter fra bunden. En flyder blev fastgjort til stangens øverste pol for at holde sensorerne i deres fod lodret orientering fra hinanden. Den snoede tråd og rebet førte til en dok, hvor de blev bundet af med masser af slæk for at rumme tidevandsudflugten. GSM -afsenderenheden blev monteret på en nærliggende båd. Overvågningen fandt sted over en måned. De to sensorer gav aflæsninger konsekvent adskilt af 28 enheder, der repræsenterede trykforskellen i en fod vand på dette sted. Barometertrykket blev trukket fra de lavere sensordata og divideret med 28 for at give en fodækvivalent til havoverfladens stigning og fald over 10 minutters perioder. Diagrammet ovenfor viser sammenligningen med NOAA -diagrammet for den samme periode. Den faktiske stigning og fald sensor/fødder blev kontrolleret mod den faktiske bevægelse af kajen og fundet at være nøjagtig til 1/2 tommer. Selv med GSM's høje energiforbrug sender hvert tiende minut solcellepanelerne let til at følge med efterspørgslen i dette svage regnskovsmiljø.

Trin 8: Mere

Den tidligere anvendelse af disse sensorer af de allerede nævnte kilder var til undersøgelse af bølgehøjde. Mine resultater var fra en rolig havn med minimal vinddrevet bølgeaktivitet, men du kan fange disse data ved at øge samplingsfrekvensen og have rullende gennemsnit af resultaterne. Lora -systemet fungerer godt på afstande, der ville levere et netværksnet af bølgeinformation til flere steder langs en kyst. Dette ville være ideelt for dem, der er interesseret i surfaktiviteter. De lave omkostninger og meget lille størrelse af disse uafhængige enheder ville gøre udarbejdelse af kystinformation en let opgave. I øjeblikket er registrering af tidevand en meget kompliceret og infrastrukturafhængig regeringsaktivitet, men dette kan ændre sig med vedtagelse af alternative enheder. Blynk er nu programmeret til at give mig besked om den næste tsunami!