Smart Buoy [Ringkasan]: 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:53

Kita semua menyukai pantai. Secara kolektif, kami berduyun-duyun ke sana untuk liburan, menikmati olahraga air, atau mencari nafkah. Tapi pantai adalah daerah yang dinamis di bawah belas kasihan ombak. Naiknya permukaan laut menggerogoti pantai dan peristiwa ekstrem yang kuat seperti angin topan benar-benar menghancurkannya. Untuk memahami cara menyelamatkan mereka, kita perlu memahami kekuatan yang mendorong perubahan mereka.

Penelitian itu mahal, tetapi jika Anda dapat membuat instrumen yang murah dan efektif, Anda akan dapat menghasilkan lebih banyak data – pada akhirnya meningkatkan pemahaman. Ini adalah pemikiran di balik proyek Smart Buoy kami. Dalam ringkasan ini, kami memberi Anda gambaran singkat tentang proyek kami dan memecahnya menjadi desain, pembuatan, dan presentasi data. Oh pelampung, Anda akan menyukai ini..!

Perlengkapan

Untuk membangun Smart Buoy yang lengkap, Anda membutuhkan BANYAK barang. Kami akan memiliki rincian bahan spesifik yang diperlukan untuk setiap tahap pembuatan dalam tutorial yang relevan, tetapi inilah daftar lengkapnya:

• Arduino Nano - Amazon
• Raspberry Pi Nol - Amazon
• Baterai (18650) - Amazon
• Panel surya - Amazon
• Dioda Pemblokiran - Amazon
• Pengontrol pengisian daya - Amazon
• Penguat uang - Amazon
• Modul GPS - Amazon
• GY-86 (akselerometer, giroskop, barometer, kompas) - Amazon
• Sensor Suhu Air - Amazon
• Modul monitor daya - Amazon
• Modul jam waktu nyata - Amazon
• Modul radio - Amazon
• i^2c modul multiplexer - Amazon
• Pencetak 3D - Amazon
• Filamen PETG - Amazon
• Epoksi - Amazon
• Cat semprot primer - Amazon
• Tali - Amazon
• Mengapung - Amazon
• Lem - Amazon

Semua kode yang digunakan dapat ditemukan di

Langkah 1: Apa Fungsinya?

Sensor pada Smart Buoy memungkinkannya untuk mengukur: tinggi gelombang, periode gelombang, daya gelombang, suhu air, suhu udara, tekanan udara, tegangan, penggunaan arus, dan lokasi GPS.

Di dunia yang ideal, itu juga akan mengukur arah gelombang. Berdasarkan pengukuran yang dilakukan Buoy, kami hampir menemukan solusi yang memungkinkan kami menghitung arah gelombang. Namun, ternyata cukup rumit dan merupakan masalah besar di komunitas riset yang sebenarnya. Jika ada orang di luar sana yang dapat membantu kami dan menyarankan cara yang efektif untuk mendapatkan pengukuran arah gelombang, beri tahu kami - kami ingin memahami bagaimana kami bisa membuatnya bekerja! Semua data yang dikumpulkan Buoy dikirim melalui radio ke stasiun pangkalan, yang merupakan Raspberry Pi. Kami membuat dasbor untuk menampilkannya menggunakan Vue JS.

Langkah 2: Bangun - Casing Pelampung

Pelampung ini mungkin adalah hal tersulit yang kami cetak sejauh ini. Ada begitu banyak hal yang perlu dipertimbangkan karena akan berada di laut, terkena unsur-unsur dan banyak sinar matahari. Kami akan membicarakannya lebih lanjut nanti di seri Smart Buoy.

Singkatnya: kami mencetak bola yang hampir berongga menjadi dua bagian. Setengah bagian atas memiliki slot untuk panel surya dan lubang untuk antena radio. Setengah bagian bawah memiliki lubang untuk sensor suhu dan pegangan untuk mengikat tali.

Setelah mencetak Buoy menggunakan filamen PETG, kami mengampelasnya, mengecatnya dengan beberapa filler primer, dan kemudian memakai beberapa lapis epoksi.

Setelah persiapan cangkang selesai, kami memasukkan semua elektronik ke dalam dan kemudian menyegel sensor suhu air, antena radio, dan panel surya menggunakan lem. Terakhir, kami menutup kedua bagian dengan lem/perekat StixAll (lem pesawat super).

Dan kemudian kami berharap itu tahan air…

Langkah 3: Bangun - Pelampung Elektronik

Pelampung memiliki banyak sensor dan kami membahasnya secara mendetail dalam tutorial yang relevan. Karena ini adalah ringkasan, kami akan mencoba membuat ini tetap informatif, tetapi singkat!

Pelampung ini ditenagai oleh baterai 18650, yang diisi oleh empat panel surya 5V. Namun, hanya jam waktu nyata yang terus diberdayakan. Pelampung menggunakan pin keluaran jam waktu nyata untuk mengontrol transistor yang memungkinkan daya masuk ke seluruh sistem. Ketika sistem dihidupkan, itu dimulai dengan mendapatkan pengukuran dari sensor - termasuk nilai tegangan dari modul monitor daya. Nilai yang diberikan oleh modul monitor daya menentukan berapa lama sistem tidur sebelum melakukan rangkaian pembacaan berikutnya. Alarm disetel untuk saat ini, lalu sistem mati sendiri!

Sistem itu sendiri banyak sensor dan modul radio yang terhubung ke Arduino. Modul GY-86, RealTimeClock (RTC), modul Power Monitor, dan multiplexer I2C semuanya berkomunikasi dengan Arduino menggunakan I2C. Kami membutuhkan multiplexer I2C karena modul GY-86 dan RTC yang kami gunakan memiliki alamat yang sama. Modul multiplexer memungkinkan Anda untuk berkomunikasi tanpa kerumitan tambahan, meskipun mungkin sedikit berlebihan.

Modul radio berkomunikasi melalui SPI.

Awalnya, kami memiliki modul kartu SD juga, tetapi itu menyebabkan banyak masalah karena ukuran perpustakaan SD sehingga kami memutuskan untuk menghapusnya.

Lihatlah kodenya. Sepertinya Anda memiliki beberapa pertanyaan - mungkin juga masih ada keraguan - dan kami akan senang mendengarnya. Tutorial mendalam menyertakan penjelasan kode, jadi mudah-mudahan mereka akan membuatnya sedikit lebih jelas!

Kami mencoba memisahkan file kode secara logis dan menggunakan file utama untuk memasukkannya, yang tampaknya berfungsi dengan baik.

Langkah 4: Bangun - Elektronik Stasiun Basis

Base station dibuat menggunakan Raspberry Pi Zero dengan modul radio terpasang. Kami mendapat casing dari https://www.thingiverse.com/thing:1595429. Anda luar biasa, terima kasih banyak!

Setelah Anda menjalankan kode di Arduino, cukup mudah untuk mendapatkan pengukuran pada Raspberry Pi dengan menjalankan kode listen_to_radio.py.

Langkah 5: Dasbor

Untuk menunjukkan kepada Anda bagaimana kami membuat seluruh dasbor akan menjadi sedikit Odyssey karena itu adalah proyek yang cukup panjang dan rumit. Jika ada yang ingin tahu bagaimana kami melakukannya, beri tahu kami - pengembang web T3ch Flicks akan dengan senang hati melakukan tutorial tentang ini!

Setelah Anda meletakkan file-file ini ke Raspberry Pi, Anda harus dapat menjalankan server dan melihat dasbor dengan data yang masuk. Untuk alasan pengembangan dan untuk melihat seperti apa tampilan dasbor jika disediakan oleh data yang baik dan teratur, kami menambahkan generator data palsu ke server. Jalankan itu jika Anda ingin melihat seperti apa saat Anda memiliki lebih banyak data. Kami juga akan menjelaskan ini secara mendetail di tutorial selanjutnya.

(Ingat Anda dapat menemukan semua kode di

Langkah 6: Versi 2?? - Masalah

Proyek ini sama sekali tidak sempurna - kami lebih suka menganggapnya sebagai prototipe/bukti konsep. Meskipun prototipe bekerja pada tingkat dasar: ia mengapung, melakukan pengukuran, dan dapat mengirimkannya, ada banyak hal yang telah kami pelajari dan akan berubah untuk versi dua:

1. Masalah terbesar kami adalah tidak dapat mengubah kode untuk Pelampung setelah menempelkannya. Ini benar-benar sedikit pengawasan dan dapat diselesaikan dengan sangat efektif dengan port USB yang ditutup dengan segel karet. Namun, itu akan menambahkan lapisan kerumitan lainnya ke proses waterproofing cetak 3D!
2. Algoritma yang kami gunakan jauh dari sempurna. Metode kami untuk menentukan sifat gelombang cukup kasar dan kami akhirnya menghabiskan banyak waktu kami membaca matematika untuk menggabungkan data sensor dari magnetometer, akselerometer, dan giroskop. Jika seseorang di luar sana memahami hal ini dan bersedia membantu, kami pikir kami dapat membuat pengukuran ini jauh lebih akurat.
3. Beberapa sensor bertindak sedikit aneh. Sensor suhu air adalah salah satu yang menonjol sebagai sangat cerdik - hampir 10 derajat dari suhu sebenarnya di kali. Alasan untuk ini bisa jadi hanya karena sensor yang buruk, atau ada sesuatu yang memanaskannya…

Langkah 7: Versi 2?? - Perbaikan

Arduino bagus, tetapi seperti yang disebutkan sebelumnya kami harus menghapus modul kartu SD (yang seharusnya menjadi cadangan data jika pesan radio tidak dapat dikirim) karena masalah memori. Kita bisa mengubahnya menjadi mikrokontroler yang lebih kuat seperti Arduino Mega atau Teensy atau hanya menggunakan nol Raspberry Pi lainnya. Namun, ini akan meningkatkan biaya dan konsumsi daya.

Modul radio yang kami gunakan memiliki jangkauan terbatas beberapa kilometer dengan garis pandang langsung. Namun, di dunia hipotetis di mana kami dapat menempatkan (sangat) banyak Pelampung di sekitar pulau, kami dapat membentuk jaringan mesh seperti ini. Ada begitu banyak kemungkinan untuk transmisi data jarak jauh, termasuk lora, grsm. Jika kami dapat menggunakan salah satu dari ini, mungkin jaringan mesh di sekitar pulau akan memungkinkan!

Langkah 8: Menggunakan Pelampung Cerdas Kami untuk Penelitian

Kami membangun dan meluncurkan Pelampung di Grenada, sebuah pulau kecil di Karibia selatan. Saat kami berada di luar sana, kami mengobrol dengan pemerintah Grenadian, yang mengatakan bahwa Smart Buoy seperti yang kami buat akan membantu dalam memberikan pengukuran kuantitatif karakteristik laut. Pengukuran otomatis akan memotong beberapa upaya manusia dan kesalahan manusia dan memberikan konteks yang membantu untuk memahami perubahan pantai. Pemerintah juga menyarankan bahwa melakukan pengukuran angin juga akan menjadi fitur yang membantu untuk tujuan mereka. Tidak tahu bagaimana kami akan mengelolanya, jadi jika ada yang punya ide…

Peringatan penting adalah bahwa meskipun ini adalah waktu yang sangat menarik untuk penelitian pesisir, terutama yang melibatkan teknologi, masih ada jalan panjang sebelum dapat diadopsi sepenuhnya.

Terima kasih telah membaca posting blog ringkasan seri Smart Buoy. Jika Anda belum melakukannya, lihat video ringkasan kami di YouTube.

Mendaftar untuk mailing list kami!

Bagian 1: Membuat Pengukuran Gelombang Dan Suhu

Bagian 2: Radio GPS NRF24 dan Kartu SD

Bagian 3: Menjadwalkan Daya ke Pelampung

Bagian 4: Menyebarkan Pelampung