Smart Buoy [Ամփոփում] ՝ 8 քայլ (նկարներով)

2025 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2025-01-23 14:48

Մենք բոլորս սիրում ենք ծովափը: Որպես կոլեկտիվ, մենք հավաքվում ենք այնտեղ արձակուրդի, ջրային սպորտից հաճույք ստանալու կամ մեր ապրուստը հոգալու համար: Բայց ափը դինամիկ տարածք է ՝ ալիքների ողորմածության ներքո: Seaովի մակարդակի բարձրացումը խայթում է լողափերը և հզոր ծայրահեղ իրադարձությունները, ինչպիսիք են փոթորիկները, դրանք լիովին քայքայում են: Հասկանալու համար, թե ինչպես դրանք փրկել, մենք պետք է հասկանանք, թե ինչ ուժեր են փոխում դրանք:

Հետազոտությունը թանկ է, բայց եթե կարողանաք ստեղծել էժան, արդյունավետ գործիքներ, կկարողանաք ավելի շատ տվյալներ ստեղծել ՝ ի վերջո բարելավելով հասկացողությունը: Սա մեր Smart Buoy նախագծի հիմքում ընկած մտածողությունն էր: Այս ամփոփագրում մենք ձեզ արագ ներկայացնում ենք մեր նախագիծը և այն բաժանում դիզայնի, կազմի և տվյալների ներկայացման: Ա՛յ բոյ, դու սիրելու ես սա..!

Պարագաներ

Smart Buoy- ի ամբողջական կառուցման համար ձեզ շատ բան է անհրաժեշտ: Համապատասխան ձեռնարկում մենք կունենանք շինարարության յուրաքանչյուր փուլի համար պահանջվող հատուկ նյութերի բաշխում, բայց ահա ամբողջական ցանկը.

• Արդուինո Նանո - Ամազոն
• Ազնվամորի Pi Zero - Amazon
• Մարտկոց (18650) - Amazon
• Արևային վահանակներ - Amazon
• Արգելափակման դիոդներ - Amazon
• Լիցքավորման վերահսկիչ - Amazon
• Buck Booster - Amazon
• GPS մոդուլ - Amazon
• GY -86 (արագացուցիչ, գիրոսկոպ, բարոմետր, կողմնացույց) - Ամազոն
• Waterրի ջերմաստիճանի ցուցիչ - Amazon
• Power մոնիտորի մոդուլ - Amazon
• Իրական ժամանակի ժամացույցի մոդուլ - Amazon
• Ռադիո մոդուլներ - Amazon
• i^2c մուլտիպլեքսերային մոդուլ - Amazon
• 3D տպիչ - Amazon
• PETG թել - Amazon
• Էպոքսիդ - Ամազոն
• Primer լակի ներկ - Amazon
• Պարան - Ամազոն
• Լողեր - Ամազոն
• Սոսինձ - Amazon

Օգտագործված ամբողջ ծածկագիրը կարելի է գտնել https://gitlab.com/t3chflicks/smart-buoy կայքում:

Քայլ 1: Ի՞նչ է դա անում:

Smart Buoy– ի սենսորները հնարավորություն են տալիս չափել ՝ ալիքի բարձրությունը, ալիքի շրջանը, ալիքի հզորությունը, ջրի ջերմաստիճանը, օդի ջերմաստիճանը, օդի ճնշումը, լարումը, ընթացիկ օգտագործումը և GPS տեղադրությունը:

Իդեալական աշխարհում այն նույնպես չափած կլիներ ալիքի ուղղությունը: Բուոյի իրականացրած չափումների հիման վրա մենք բավականին մոտ էինք այնպիսի լուծում գտնելուն, որը մեզ հնարավորություն կտար հաշվարկել ալիքի ուղղությունը: Այնուամենայնիվ, պարզվեց, որ դա բավականին բարդ է և դա հսկայական խնդիր է իրական հետազոտական համայնքում: Եթե կա ինչ -որ մեկը, ով կարող է օգնել մեզ և առաջարկել ալիքի ուղղությունների չափումներ ստանալու արդյունավետ միջոց, խնդրում ենք մեզ տեղյակ պահել, մենք կցանկանայինք հասկանալ, թե ինչպես կարող ենք այն գործի դնել: Buoy- ի հավաքած բոլոր տվյալները ռադիոյով ուղարկվում են բազային կայան, որը Raspberry Pi- ն է: Մենք պատրաստեցինք վահանակ ՝ դրանք ցուցադրելու համար ՝ օգտագործելով Vue JS:

Քայլ 2. Կառուցեք - շերտի պատյան

Այս նավակը, հավանաբար, ամենաբարդ բանն էր, որը մենք տպել ենք մինչ այժմ: Ուղղակի շատ բան պետք էր հաշվի առնել, քան դա ծովում էր ՝ տարրերի և շատ արևի ազդեցության տակ: Այդ մասին ավելի ուշ կխոսենք Smart Buoy շարքում:

Կարճ ասած ՝ մենք երկու կիսով չափ տպեցինք գրեթե խոռոչ ոլորտը: Վերին կեսն ունի անցքեր արևային վահանակների համար և անցք `ռադիոէներգիայի անցնելու համար: Ներքևի կեսը ունի անցք ջերմաստիճանի տվիչի միջոցով և բռնակ `պարանով, որով պետք է կապել:

Բոյը PETG թելերի միջոցով տպելուց հետո մենք այն հղկեցինք, լակիով ներկեցինք լցոնիչով, այնուհետև դրեցինք էպոքսիդի մի քանի շերտ:

Կճեպի նախապատրաստումն ավարտվելուց հետո մենք ամբողջ էլեկտրոնիկան դրեցինք ներսում, իսկ հետո սոսնձող ատրճանակով փակեցինք ջրի ջերմաստիճանի տվիչը, ռադիոէլեկտրական և արևային վահանակները: Ի վերջո, մենք երկու կեսը կնքեցինք StixAll սոսինձով/սոսինձով (գերծանրքաշային ինքնաթիռի սոսինձ):

Եվ հետո մենք հույս ունեինք, որ այն անջրանցիկ է…

Քայլ 3. Կառուցեք - Buoy Electronics

Բոյը ինքնաթիռում ունի բազմաթիվ սենսորներ, և դրանց մասին մանրամասնորեն անդրադառնում ենք համապատասխան ձեռնարկում: Քանի որ սա ամփոփում է, մենք կփորձենք պահել այն տեղեկատվական, բայց հակիրճ:

Բոյը սնուցվում է 18650 մարտկոցով, որը լիցքավորվում է չորս, 5V արևային վահանակներով: Այնուամենայնիվ, մշտապես սնվում է միայն իրական ժամանակի ժամացույցը: Buoy- ն օգտագործում է իրական ժամանակի ժամացույցի ելքային քորոց ՝ տրանզիստորը կառավարելու համար, որը թույլ է տալիս ուժը մուտք գործել համակարգի մնացած մասը: Երբ համակարգը միացված է, այն սկսում է չափիչներից ստանալ չափումներ, ներառյալ լարման արժեքը էներգիայի մոնիտորի մոդուլից: Էլեկտրաէներգիայի մոնիտորի մոդուլի կողմից տրված արժեքը որոշում է, թե որքան ժամանակ է համակարգը քնում, նախքան հաջորդ ընթերցումները վերցնելը: Այս անգամ ահազանգ է դրված, ապա համակարգը ինքնին անջատվում է:

Համակարգն ինքնին բազմաթիվ սենսորներ է և Arduino- ին միացված ռադիոմոդուլ: GY-86 մոդուլը, RealTimeClock (RTC), Power Monitor մոդուլը և I2C մուլտիպլեքսերը բոլորը Arduino- ի հետ շփվում են I2C- ի միջոցով: Մեզ անհրաժեշտ էր I2C մուլտիպլեքսերը, քանի որ GY-86- ը և մեր օգտագործած RTC մոդուլը երկուսն էլ ունեն նույն հասցեն: Մուլտիպլեքսերային մոդուլը թույլ է տալիս շփվել առանց ավելորդ քաշքշուկների, չնայած այն կարող է մի փոքր չափազանց լինել:

Ռադիո մոդուլը հաղորդակցվում է SPI- ի միջոցով:

Ի սկզբանե, մենք ունեինք նաև SD քարտի մոդուլ, բայց դա այնքան գլխացավեր առաջացրեց SD գրադարանի չափի պատճառով, որ որոշեցինք ջնջել այն:

Նայեք ծածկագրին: Հավանաբար, դուք ունեք որոշ հարցեր, հավանաբար նաև երկարատև կասկածներ, և մենք ուրախ կլինենք լսել դրանք: Խորը ձեռնարկները ներառում են ծածկագրի բացատրություններ, ուստի հուսով եմ, որ դրանք մի փոքր ավելի պարզ կդարձնեն:

Մենք փորձեցինք տրամաբանորեն առանձնացնել ծածկագրերի ֆայլերը և դրանք ներառելու համար օգտագործել հիմնական ֆայլ, որը, կարծես, բավականին լավ էր աշխատում:

Քայլ 4. Կառուցեք - բազային կայանի էլեկտրոնիկա

Բազային կայանը պատրաստված է Raspberry Pi Zero- ի միջոցով `կցված ռադիո մոդուլով: Մենք պատյանը ստացել ենք https://www.thingiverse.com/thing:1595429 կայքից: Հոյակապ եք, շատ շնորհակալություն!

Arduino- ով աշխատող կոդը ստանալուց հետո, Raspberry Pi- ի չափումները ստանալը բավականին պարզ է ՝ գործարկելով listen_to_radio.py ծածկագիրը:

Քայլ 5: Գործիքային վահանակ

Toույց տալու համար, թե ինչպես ենք մենք կատարել ամբողջ վազքը, մի փոքր ոդիսական կլիներ, քանի որ դա բավականին երկար և բարդ նախագիծ էր: Եթե որևէ մեկը ցանկանում է իմանալ, թե ինչպես ենք դա արել, թող մեզ տեղյակ պահի.

Այս ֆայլերը Raspberry Pi- ի վրա դնելուց հետո դուք պետք է կարողանաք գործարկել սերվերը և տեսնել մուտքագրված տվյալների հետ աշխատող վահանակը: մենք սերվերի մեջ ավելացրեցինք կեղծ տվյալների գեներատոր: Գործարկեք այն, եթե ցանկանում եք տեսնել, թե ինչ տեսք ունի այն, երբ ավելի շատ տվյալներ ունեք: Մենք նաև դա մանրամասն կբացատրենք հետագա ձեռնարկում:

(Հիշեք, որ դուք կարող եք գտնել ամբողջ ծածկագիրը

Քայլ 6: Տարբերակ 2 - Խնդիրներ

Այս նախագիծը բացարձակապես կատարյալ չէ. Մենք սիրում ենք այն ավելի շատ մտածել որպես նախատիպ/հայեցակարգի ապացույց: Չնայած նախատիպը գործում է հիմնարար մակարդակի վրա. Այն լողում է, չափումներ է կատարում և կարողանում է դրանք փոխանցել, մենք շատ բաներ ենք սովորել և կփոխենք երկրորդ տարբերակի համար.

1. Մեր ամենամեծ խնդիրն այն էր, որ չկարողացանք փոխել Buoy- ի ծածկագիրը այն սոսնձելուց հետո: Սա իսկապես մի փոքր վերահսկողություն էր և կարող էր շատ արդյունավետ լուծվել ռետինե կնիքով պատված USB պորտով: Այնուամենայնիվ, դա բարդության բոլորովին այլ շերտ կավելացներ 3D տպման ջրամեկուսացման գործընթացին:
2. Մեր օգտագործած ալգորիթմները հեռու էին կատարյալ լինելուց: Ալիքի հատկությունները որոշելու մեր մեթոդները բավականին կոպիտ էին, և մենք շատ ժամանակ ծախսեցինք մաթեմատիկայի վրա ՝ մագնիսաչափից, արագացուցիչից և գիրոսկոպից սենսորային տվյալները համադրելու համար: Եթե ինչ -որ մեկը դա հասկանում է և պատրաստ է օգնել, մենք կարծում ենք, որ մենք կարող ենք այս չափումները կատարել շատ ավելի ճշգրիտ:
3. Որոշ սենսորներ մի փոքր տարօրինակ էին գործում: Temperatureրի ջերմաստիճանի ցուցիչն այն էր, որն առանձնանում էր հատկապես անմխիթարությամբ `երբեմն գրեթե 10 աստիճանով իրական ջերմաստիճանից: Դրա պատճառը կարող էր լինել պարզապես վատ սենսոր լինելը, կամ ինչ -որ բան տաքացնում էր այն…

Քայլ 7: Տարբերակ 2 - Բարելավումներ

Arduino- ն լավն էր, բայց ինչպես արդեն նշվեց, հիշողության հետ կապված խնդիրների պատճառով մենք ստիպված եղանք ջնջել SD քարտի մոդուլը (որը ենթադրվում էր, որ տվյալների կրկնօրինակը կլինի, եթե ռադիո հաղորդագրությունները չկարողանան ուղարկել): Մենք կարող ենք փոխել այն ավելի հզոր միկրոկոնտրոլերի, ինչպիսին է Arduino Mega- ն կամ Teensy- ն կամ պարզապես օգտագործել Raspberry Pi- ի մեկ այլ զրո: Այնուամենայնիվ, դա կբարձրացներ ծախսերը և էներգիայի սպառումը:

Մեր օգտագործած ռադիո մոդուլն ունի մի քանի կիլոմետր սահմանափակ հեռավորություն ՝ ուղիղ տեսադաշտով: Այնուամենայնիվ, հիպոթետիկ աշխարհում, որտեղ մենք կարողացանք կղզու շուրջը դնել (շատ) Buoys, մենք կարող էինք ստեղծել այսպիսի ցանցային ցանց: Տվյալների երկարաժամկետ փոխանցման շատ հնարավորություններ կան, այդ թվում `lora, grsm: Եթե մենք կարողանայինք օգտագործել դրանցից մեկը, գուցե կղզու շուրջ ցանցային ցանցը հնարավոր լիներ:

Քայլ 8. Մեր խելացի նավակի օգտագործումը հետազոտությունների համար

Մենք կառուցեցինք և գործարկեցինք Բոյը Գրենադայում, փոքր կղզի հարավային Կարիբյան ծովում: Մինչ մենք այնտեղ էինք, մենք զրուցեցինք Գրենադիայի կառավարության հետ, ով ասաց, որ մեր ստեղծածի պես խելացի նավակը օգտակար կլինի օվկիանոսի բնութագրերի քանակական չափումներ ապահովելու համար: Ավտոմատացված չափումները կկտրեն որոշ մարդկային ջանքեր և մարդկային սխալներ և օգտակար ենթատեքստ կստեղծեն փոփոխվող ափերը հասկանալու համար: Կառավարությունը նաև առաջարկեց, որ քամու չափումներ կատարելը նույնպես օգտակար հատկություն կլինի իրենց նպատակների համար: Չգիտեմ, թե ինչպես ենք մենք կառավարելու այդ մեկը, այնպես որ, եթե որևէ մեկը որևէ գաղափար ունի…

Կարևոր նախազգուշացումն այն է, որ չնայած դա իսկապես հետաքրքիր ժամանակ է ափամերձ հետազոտությունների համար, մասնավորապես `տեխնոլոգիայի ներգրավման համար, դեռ երկար ճանապարհ կա անցնելու, մինչև այն ամբողջությամբ ընդունվի:

Շնորհակալություն Smart Buoy շարքի ամփոփ բլոգային գրառումը կարդալու համար: Եթե դեռ չեք հասցրել, ապա դիտեք մեր ամփոփ տեսանյութը YouTube- ում:

Գրանցվեք մեր Փոստային ցուցակին:

Մաս 1. Ալիքի և ջերմաստիճանի չափում

Մաս 2. GPS NRF24 ռադիո և SD քարտ

Մաս 3. Էլեկտրաէներգիայի պլանավորում

Մաս 4. Բոյոյ տեղակայելը