ทุ่นอัจฉริยะ [สรุป] : 8 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

เราทุกคนรักทะเล พวกเรารวมตัวกันเพื่อไปเที่ยวพักผ่อน เล่นกีฬาทางน้ำ หรือทำมาหากิน แต่ชายฝั่งเป็นพื้นที่ที่มีพลังแห่งคลื่น ระดับน้ำทะเลที่สูงขึ้นกัดกินที่ชายหาดและเหตุการณ์รุนแรงที่รุนแรงเช่นพายุเฮอริเคนทำลายล้างพวกเขาอย่างสมบูรณ์ เพื่อให้เข้าใจวิธีช่วยชีวิตพวกเขา เราต้องเข้าใจแรงผลักดันที่ขับเคลื่อนการเปลี่ยนแปลงของพวกเขา

การวิจัยมีราคาแพง แต่ถ้าคุณสามารถสร้างเครื่องมือราคาถูกและมีประสิทธิภาพได้ คุณก็จะสามารถสร้างข้อมูลได้มากขึ้น ซึ่งท้ายที่สุดแล้วจะเป็นการปรับปรุงความเข้าใจ นี่คือแนวคิดเบื้องหลังโครงการ Smart Buoy ของเรา ในการสรุปนี้ เราจะสรุปย่อของโปรเจ็กต์ของเราให้คุณทราบและแบ่งออกเป็นการออกแบบ การสร้าง และการนำเสนอข้อมูล โอ้ ทุ่น คุณจะต้องชอบสิ่งนี้..!

เสบียง

สำหรับโครงสร้าง Smart Buoy ที่สมบูรณ์ คุณต้องมีสิ่งต่างๆ มากมาย เราจะแจกแจงรายละเอียดวัสดุเฉพาะที่จำเป็นสำหรับแต่ละขั้นตอนของบิลด์ในบทช่วยสอนที่เกี่ยวข้อง แต่นี่คือรายการทั้งหมด:

• Arduino Nano - อเมซอน
• Raspberry Pi Zero - อเมซอน
• แบตเตอรี่ (18650) - อเมซอน
• แผงโซลาร์เซลล์ - Amazon
• การบล็อกไดโอด - Amazon
• ตัวควบคุมการชาร์จ - Amazon
• บั๊กบูสเตอร์ - Amazon
• โมดูล GPS - Amazon
• GY-86 (มาตรความเร่ง, ไจโรสโคป, บารอมิเตอร์, เข็มทิศ) - Amazon
• เซ็นเซอร์อุณหภูมิน้ำ - Amazon
• โมดูลตรวจสอบพลังงาน - Amazon
• โมดูลนาฬิกาตามเวลาจริง - Amazon
• โมดูลวิทยุ - Amazon
• โมดูลมัลติเพล็กเซอร์ i^2c - Amazon
• เครื่องพิมพ์ 3 มิติ - Amazon
• เส้นใย PETG - Amazon
• อีพ็อกซี่ - อเมซอน
• สีสเปรย์รองพื้น - Amazon
• เชือก - อเมซอน
• Floats - อเมซอน
• กาว - อเมซอน

รหัสทั้งหมดที่ใช้สามารถพบได้ที่

ขั้นตอนที่ 1: มันทำอะไร?

เซ็นเซอร์บนทุ่นอัจฉริยะช่วยให้สามารถวัด: ความสูงของคลื่น ระยะของคลื่น กำลังคลื่น อุณหภูมิของน้ำ อุณหภูมิอากาศ ความกดอากาศ แรงดันไฟฟ้า การใช้งานปัจจุบัน และตำแหน่ง GPS

ในโลกอุดมคติ มันก็จะมีการวัดทิศทางของคลื่นด้วย จากการวัดที่ทุ่นใช้ เราค่อนข้างใกล้เคียงกับการหาวิธีแก้ปัญหาที่จะช่วยให้เราคำนวณทิศทางของคลื่นได้ อย่างไรก็ตาม มันกลับกลายเป็นว่าค่อนข้างซับซ้อนและเป็นปัญหาใหญ่ในชุมชนการวิจัยจริง หากมีใครที่สามารถช่วยเราได้และแนะนำวิธีวัดทิศทางคลื่นที่มีประสิทธิภาพ โปรดแจ้งให้เราทราบ เรายินดีที่จะเข้าใจว่าเราจะทำให้มันทำงานได้อย่างไร! ข้อมูลทั้งหมดที่ Buoy รวบรวมจะถูกส่งผ่านวิทยุไปยังสถานีฐาน ซึ่งก็คือ Raspberry Pi เราได้สร้างแดชบอร์ดเพื่อแสดงโดยใช้ Vue JS

ขั้นตอนที่ 2: สร้าง - ปลอกทุ่น

ทุ่นนี้น่าจะเป็นสิ่งที่ยากที่สุดที่เราเคยพิมพ์มา มีหลายสิ่งหลายอย่างที่ต้องคำนึงถึงเมื่อต้องอยู่ในทะเล สัมผัสกับองค์ประกอบและแสงแดดจัด เราจะพูดถึงเรื่องนี้มากขึ้นในซีรีส์ Smart Buoy

โดยสังเขป: เราพิมพ์ทรงกลมใกล้กลวงออกเป็นสองส่วน ครึ่งบนมีช่องสำหรับแผงโซลาร์เซลล์และรูสำหรับเสาอากาศวิทยุให้ผ่านไป ครึ่งล่างมีรูสำหรับเซ็นเซอร์อุณหภูมิที่จะทะลุผ่านและที่จับสำหรับเชือกสำหรับผูก

หลังจากพิมพ์ทุ่นโดยใช้เส้นใย PETG เราก็ขัดมัน พ่นสีด้วยไพรเมอร์ฟิลเลอร์ แล้วทาทับด้วยอีพ็อกซี่สองสามชั้น

เมื่อเตรียมเปลือกเสร็จแล้ว เราก็ใส่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดเข้าไป จากนั้นจึงปิดผนึกเซ็นเซอร์อุณหภูมิน้ำ เสาอากาศวิทยุ และแผงโซลาร์เซลล์โดยใช้ปืนกาว สุดท้าย เราปิดผนึกทั้งสองส่วนด้วยกาว/กาว StixAll (กาวซุปเปอร์เครื่องบิน)

แล้วเราก็หวังว่าจะกันน้ำได้…

ขั้นตอนที่ 3: สร้าง - Buoy Electronics

ทุ่นมีเซ็นเซอร์จำนวนมากบนเรือ และเราเข้าไปดูรายละเอียดเกี่ยวกับสิ่งเหล่านี้ในบทช่วยสอนที่เกี่ยวข้อง เนื่องจากนี่เป็นข้อมูลสรุป เราจะพยายามให้ข้อมูลนี้แต่สั้น!

ทุ่นใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ 18650 ซึ่งชาร์จโดยแผงโซลาร์เซลล์ 5V สี่แผง มีเพียงนาฬิกาเรียลไทม์เท่านั้นที่ขับเคลื่อนอย่างต่อเนื่อง ทุ่นใช้พินเอาต์พุตของนาฬิกาเรียลไทม์เพื่อควบคุมทรานซิสเตอร์เพื่อให้พลังงานเข้าสู่ส่วนที่เหลือของระบบ เมื่อเปิดระบบ ระบบจะเริ่มต้นด้วยการวัดค่าจากเซ็นเซอร์ รวมถึงค่าแรงดันไฟจากโมดูลตรวจสอบกำลังไฟฟ้า ค่าที่กำหนดโดยโมดูลการตรวจสอบกำลังไฟฟ้าจะกำหนดระยะเวลาที่ระบบอยู่ในโหมดสลีปก่อนที่จะอ่านค่าชุดถัดไป ตั้งนาฬิกาปลุกไว้สำหรับเวลานี้ จากนั้นระบบจะปิดเอง!

ตัวระบบเองเป็นเซ็นเซอร์จำนวนมากและโมดูลวิทยุที่เชื่อมต่อกับ Arduino โมดูล GY-86, RealTimeClock (RTC), โมดูล Power Monitor และมัลติเพล็กเซอร์ I2C ทั้งหมดสื่อสารกับ Arduino โดยใช้ I2C เราต้องการมัลติเพล็กเซอร์ I2C เนื่องจาก GY-86 และโมดูล RTC ที่เราใช้ทั้งคู่มีที่อยู่เดียวกัน โมดูลมัลติเพล็กเซอร์ช่วยให้คุณสื่อสารได้โดยไม่ยุ่งยาก แม้ว่ามันอาจจะเกินความสามารถไปบ้าง

โมดูลวิทยุสื่อสารผ่าน SPI

เดิมที เรามีโมดูลการ์ด SD เช่นกัน แต่มันทำให้ปวดหัวมากเนื่องจากขนาดของไลบรารี SD ที่เราตัดสินใจทิ้ง

ลองดูที่รหัส เป็นไปได้มากว่าคุณมีคำถามบางอย่าง - อาจยังสงสัยอยู่ - และเรายินดีที่จะรับฟัง บทช่วยสอนเชิงลึกประกอบด้วยคำอธิบายโค้ด ดังนั้นหวังว่าพวกเขาจะทำให้มันชัดเจนขึ้นเล็กน้อย!

เราพยายามแยกไฟล์โค้ดอย่างมีเหตุมีผลและใช้ไฟล์หลักเพื่อรวมไว้ ซึ่งดูเหมือนว่าจะทำงานได้ดีทีเดียว

ขั้นตอนที่ 4: สร้าง - อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับสถานีฐาน

สถานีฐานสร้างโดยใช้ Raspberry Pi Zero โดยติดตั้งโมดูลวิทยุ ได้เคสมาจาก https://www.thingiverse.com/thing:1595429. คุณเยี่ยมมาก ขอบคุณมาก!

เมื่อคุณมีโค้ดที่ทำงานบน Arduino แล้ว การวัด Raspberry Pi นั้นค่อนข้างง่ายโดยการรันโค้ด listen_to_radio.py

ขั้นตอนที่ 5: แดชบอร์ด

เพื่อแสดงให้คุณเห็นว่าเราสร้างเส้นประทั้งหมดนั้นดูจะเหมือนกับ Odyssey เล็กน้อยเพราะเป็นโครงการที่ค่อนข้างยาวและซับซ้อน หากใครอยากรู้ว่าเราทำอย่างไร โปรดแจ้งให้เราทราบ - นักพัฒนาเว็บประจำ T3ch Flicks ยินดีที่จะทำบทแนะนำเกี่ยวกับเรื่องนี้!

เมื่อคุณวางไฟล์เหล่านี้ลงใน Raspberry Pi แล้ว คุณควรจะสามารถเรียกใช้เซิร์ฟเวอร์และดูแดชบอร์ดที่มีข้อมูลเข้ามาได้ ด้วยเหตุผลด้านการพัฒนาและเพื่อดูว่าเส้นประจะมีลักษณะอย่างไรหากได้รับข้อมูลที่ดีและสม่ำเสมอ เราได้เพิ่มตัวสร้างข้อมูลปลอมลงในเซิร์ฟเวอร์ เรียกใช้หากคุณต้องการดูว่าเมื่อคุณมีข้อมูลมากขึ้นจะเป็นอย่างไร เราจะอธิบายรายละเอียดนี้ในบทแนะนำในภายหลังด้วย

(จำไว้ว่าคุณสามารถค้นหารหัสทั้งหมดได้ที่

ขั้นตอนที่ 6: เวอร์ชัน 2?? - ปัญหา

โปรเจ็กต์นี้ไม่สมบูรณ์แบบนัก เราชอบคิดว่ามันเป็นต้นแบบ/การพิสูจน์แนวคิดมากกว่า แม้ว่าต้นแบบจะทำงานในระดับพื้นฐาน: มันลอย ใช้การวัดและสามารถส่งได้ มีหลายอย่างที่เราได้เรียนรู้และจะเปลี่ยนแปลงสำหรับเวอร์ชันที่สอง:

1. ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดของเราคือไม่สามารถเปลี่ยนรหัสสำหรับทุ่นหลังจากที่ปิดกาวแล้ว นี่เป็นการกำกับดูแลเล็กน้อยและสามารถแก้ไขได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยพอร์ต USB ที่หุ้มด้วยซีลยาง อย่างไรก็ตาม นั่นจะเพิ่มความซับซ้อนอีกชั้นหนึ่งให้กับกระบวนการป้องกันการรั่วซึมของการพิมพ์ 3 มิติ!
2. อัลกอริทึมที่เราใช้นั้นยังห่างไกลจากความสมบูรณ์แบบ วิธีการของเราในการกำหนดคุณสมบัติของคลื่นนั้นค่อนข้างหยาบ และเราลงเอยด้วยการใช้เวลามากในการอ่านคณิตศาสตร์เพื่อรวมข้อมูลเซ็นเซอร์จากเครื่องวัดความเข้มข้นของสนามแม่เหล็ก มาตรความเร่ง และไจโรสโคป หากมีใครบางคนเข้าใจสิ่งนี้และเต็มใจช่วยเหลือ เราคิดว่าเราจะทำให้การวัดเหล่านี้แม่นยำยิ่งขึ้น
3. เซ็นเซอร์บางตัวทำงานผิดปกติเล็กน้อย เซ็นเซอร์อุณหภูมิน้ำเป็นเซ็นเซอร์ที่หลบเลี่ยงโดยเฉพาะอย่างยิ่ง - เกือบ 10 องศาจากอุณหภูมิจริงในบางครั้ง สาเหตุอาจเป็นเพราะเซ็นเซอร์ไม่ดี หรือมีบางอย่างทำให้ร้อนขึ้น…

ขั้นตอนที่ 7: เวอร์ชัน 2?? - การปรับปรุง

Arduino นั้นดี แต่ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ว่าเราต้องทิ้งโมดูลการ์ด SD (ซึ่งควรจะเป็นการสำรองข้อมูลหากข้อความวิทยุไม่สามารถส่งข้อความได้) เนื่องจากปัญหาด้านหน่วยความจำ เราสามารถเปลี่ยนเป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ทรงพลังกว่าเช่น Arduino Mega หรือ Teensy หรือใช้ Raspberry Pi Zero ตัวอื่น อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้จะทำให้ต้นทุนและการใช้พลังงานเพิ่มขึ้น

โมดูลวิทยุที่เราใช้มีระยะการมองเห็นที่จำกัดในสองกิโลเมตรโดยมีแนวสายตาตรง อย่างไรก็ตาม ในโลกสมมติที่เราสามารถวางทุ่น (มาก) ไว้รอบๆ เกาะได้ เราสามารถสร้างเครือข่ายตาข่ายแบบนี้ได้ มีความเป็นไปได้มากมายสำหรับการส่งข้อมูลระยะไกล รวมถึง lora, grsm ถ้าเราสามารถใช้สิ่งเหล่านี้ได้ บางทีโครงข่ายรอบเกาะก็อาจเป็นไปได้!

ขั้นตอนที่ 8: ใช้ทุ่นอัจฉริยะของเราเพื่อการวิจัย

เราสร้างและปล่อยทุ่นในเกรเนดา ซึ่งเป็นเกาะเล็กๆ ทางใต้ของแคริบเบียน ขณะที่เราออกไปที่นั่น เราได้พูดคุยกับรัฐบาลของเกรเนเดียน ซึ่งกล่าวว่าทุ่นอัจฉริยะแบบเดียวกับที่เราสร้างขึ้นจะมีประโยชน์ในการให้การวัดเชิงปริมาณของคุณลักษณะของมหาสมุทร การวัดอัตโนมัติจะตัดความพยายามของมนุษย์และความผิดพลาดของมนุษย์ออกไป และให้บริบทที่เป็นประโยชน์สำหรับการทำความเข้าใจชายฝั่งที่เปลี่ยนแปลงไป รัฐบาลยังแนะนำว่าการวัดลมจะเป็นคุณลักษณะที่เป็นประโยชน์สำหรับวัตถุประสงค์ของพวกเขาด้วย ไม่รู้ว่าเราจะจัดการกับสิ่งนั้นอย่างไร ดังนั้นหากใครมีความคิดใดๆ…

ข้อแม้ที่สำคัญคือ แม้ว่าจะเป็นช่วงเวลาที่น่าตื่นเต้นจริงๆ สำหรับการวิจัยชายฝั่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวกับเทคโนโลยี แต่ก็ยังมีทางอีกยาวที่ต้องดำเนินการก่อนที่จะสามารถนำมาใช้ได้อย่างเต็มที่

ขอขอบคุณที่อ่านโพสต์บล็อกสรุปชุด Smart Buoy หากคุณยังไม่ได้ดู โปรดดูวิดีโอสรุปของเราบน YouTube

ลงชื่อสมัครใช้รายชื่อผู้รับจดหมายของเรา!

ส่วนที่ 1: การวัดคลื่นและอุณหภูมิ

ส่วนที่ 2: GPS NRF24 วิทยุและการ์ด SD

ส่วนที่ 3: การจัดตารางอำนาจไปยังทุ่น

ส่วนที่ 4: การปรับใช้ทุ่น