WetRuler--Mengukur Tinggi Laut: 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Pengumuman datang awal musim panas ini bahwa daerah di Alaska yang disebut Prince William Sound akan secara tak terduga dilanda Tsunami yang dipicu oleh pemanasan global. Para ilmuwan yang membuat penemuan itu menunjuk ke area es yang mundur dengan cepat yang telah meninggalkan gunungan puing-puing yang akan tergelincir ke dalam fjord dan memulai gelombang setinggi 30 kaki yang pada akhirnya akan menghantam kota Whittier. Ini telah terjadi sebelumnya, selama gempa bumi tahun 1964 di mana goncangan memicu beberapa tsunami di sekitar fjord dan menghancurkan pantai termasuk Whittier dan Valdez dengan banyak kematian. Kapal pesiar yang sudah waspada dari virus memutuskan untuk tidak mendekati daerah tersebut dan USFS menawarkan pengembalian uang untuk setiap kabin yang telah disewa. Seminggu kemudian peringatan Tsunami menghantam semua ponsel kita! Sebuah suar bawah air telah mendeteksi gelombang yang terkait dengan gempa kecil di lepas pantai. Semua kota-kota regional diberitahu untuk mengungsi jika dekat air. Itu tidak menghasilkan apa-apa. Bagaimana Anda mengukur peristiwa ini? Instruksi ini merinci pembuatan sensor kecil yang mampu mengukur ketinggian laut dan mengirim data ke penerima LORA atau langsung ke GSM. Unit-unitnya kompak dan tampak tangguh terhadap lingkungannya dan dioperasikan dengan tenaga surya. Saya telah mengujinya di sini untuk mencapai ketinggian pasang yang dapat direproduksi tetapi mereka juga dapat digunakan untuk prediksi ketinggian gelombang dan Tsunami.

Langkah 1: Kumpulkan Bahan Anda

Ada dua unit pengirim yang saya buat - satu melibatkan unggahan GSM (ponsel) dan unggahan LORA lainnya. Anda juga dapat mempertimbangkan untuk berinteraksi dengan suar Sat karena banyak dari area ini tidak memiliki jangkauan telepon seluler. Sensor di jantung instrumen ini adalah MS5803-14BA dan penggunaan serta perakitannya dalam skenario yang berbeda dapat ditemukan di situs web ini: https://thecavepearlproject.org/2016/09/21/field-…and http:/ /owl.org. Yang kedua menunjukkan pencatat jarak jauh yang dirancang dengan brilian dengan PCB yang dirancang khusus untuk pengukuran tinggi gelombang jangka panjang. Sensor tampaknya toleran terhadap air selama berbulan-bulan hingga satu tahun tergantung pada pengaturan.

1. MS5803-14BA--Anda bisa mendapatkannya dari DigiKey seharga $13 tetapi Anda perlu melakukan beberapa pekerjaan penyolderan permukaan atau mendapatkan papan breakout pra-dibuat dari SparkFun tetapi itu akan membuat Anda kembali $60. Jika Anda melakukannya sendiri, Anda akan memerlukan papan Adafruit kecil untuk menyoldernya dan beberapa gel solder suhu rendah (140F) yang menurut saya berguna. Cavepearlproject memiliki tutorial yang bagus tentang cara menyolder tangan ini--Saya sarankan untuk mendapatkan stasiun pengerjaan ulang yang murah dari Amazon seharga $30.

2. LILYGO 2 pcs TTGO LORA32 868/915Mhz ESP32 LoRa--$27 ini untuk kotak LORA.

3. ARDUINO MKR GSM 1400 $55--ini adalah papan yang bagus. Ia bekerja sempurna dengan sim Hologram. Sayangnya saya tidak bisa membuat Arduino Sim mereka bekerja dengan layanan baru mereka meskipun sudah beberapa kali mencoba. Jika Anda masih memiliki akses ke layanan 2GM, Anda dapat menggunakan sesuatu yang lebih murah tetapi itu benar-benar gagal di Alaska.

4. Sel Surya Uxcell 2 Pcs 6V 180mA Poly Mini Solar Cell Panel Modul DIY untuk Charger Mainan Ringan 133mm x 73mm $8

5. Baterai 18650 $4

6. TP4056--pengisi daya $1

7. Sakelar Sakelar Nyala/Mati Logam Kasar dengan Cincin LED Hijau - Nyala/Mati Hijau 16mm $5

8. Indikator Penguji Tegangan Baterai Icstation 1S 3.7V Lithium Ion 4 Bagian Tampilan LED Biru $2

9. Adafruit TPL5111 Low Power Timer Breakout - perangkat pengatur waktu kecil yang brilian $6.00

10. MOSFET daya saluran-N - 30V / 60A $1,75

11. Diferensial I2C Long Cable Extender PCA9600 Module dari SandboxElectronics X2 ($18 masing-masing) -- ada beberapa yang disebutkan sukses dengan kabel panjang untuk I2C dalam literatur tetapi dengan pasang surut harian 25 kaki di Alaska Anda memerlukan kabel panjang…oh ya beberapa kabel.. Saya menggunakan kabel twisted pair kotak besar 23 g 4 yang cocok untuk di luar.

12. Adafruit BMP388 - Tekanan Barometrik Presisi dan Altimeter $10

Langkah 2: Bangun Sensor

Sensor harus disolder ke permukaan PCB kecil. Dua karya sebelumnya memberi Anda beberapa petunjuk tentang cara melakukannya. Saya membeli sensor dan papan kecil dari Digikey. Gunakan solder suhu rendah dari Adafruit dan oleskan hanya jumlah terkecil yang berdekatan dengan kaki sensor saat Anda meletakkannya di papan. Gunakan blower pengerjaan ulang untuk melelehkannya ke tempatnya. Saya gagal melakukan ini dengan baik dengan pengaturan penyolderan tangan saya dan akhirnya menyingkat beberapa bantalan. Sisa kabel jika Anda memeriksa lead Anda dengan benar mudah-menempatkan kapasitor kecil (0,1n) antara lead power dan ground dan menaikkan lead CS dan PSB Hai untuk memulai I2C dan mengontrol Alamat untuk sensor. (Lihat gambar) Anda memiliki dua pilihan 0 X 76 Hi dan 0 X 77 untuk Lo. Saya menggunakan keduanya untuk membentuk tongkat sensor dengan sensor ditempatkan satu kaki terpisah untuk memberikan perbedaan tekanan apa pun pengukuran Anda. Saya merancang housing cetak 3D untuk sensor agar dapat dienkapsulasi sepenuhnya dalam epoksi bening. Mulut dudukan kerucut sangat cocok dengan leher sensor kecil yang terbuat dari stainless dan penempatan yang disegel dilakukan dengan cincin kecil lem super yang menahannya pada posisinya dan menyegelnya untuk enkapsulasi epoksi.

Langkah 3: Cetak 3D Perumahan Anda

Dua rumah utama untuk GSM dan Lora sama dengan sisipan panel samping untuk panel surya. Satu-satunya mod untuk Lora adalah lubang antena di bagian atas yang harus dibor tergantung pada diameter unit Anda. Antena GSM pas di dalam kotak lainnya. Panel kontrol di masing-masing identik dengan lubang untuk ON/OFF dan tombol tekan untuk menghidupkan layar level baterai. Kaki dicetak secara terpisah dan direkatkan pada casing di sudut dan menyediakan berbagai opsi pemasangan. Turret kecil dan tutup sekrup direkatkan di sekitar bukaan untuk dudukan microUSB untuk melindunginya dari serangan air. Unit ini pada dasarnya sangat tahan air dan dicetak dalam PETG untuk meminimalkan distorsi panas. Saya menggunakan dudukan sekrup kuningan inset panas di rumah utama untuk sekrup 3mm dalam kasing. Ada file untuk dua mount untuk sensor--satu memiliki dua sensor yang dipasang terpisah satu kaki pada tongkat plastik lucite dengan mount untuk kotak "booster" I2C dengan sirkuit terpasang dan epoksi di bagian dalam. Tongkat ini juga memiliki dua lubang cetak 3D untuk mengakomodasi opsi pemasangan. Rumah sensor lainnya adalah keping tunggal dengan salah satu sensor disekrup ke dalamnya dan potongan di bagian belakang untuk "penguat" I2C ditempelkan ke dalamnya. Semua ini dicetak dalam PETG. File yang tersisa adalah rumah kecil untuk unit penerima Lora dengan jendela kecil untuk OLED.

Langkah 4: Kawat Itu

Sensor disambungkan secara paralel dengan jalur SDA, jalur SCL, Pos dan Gnd, semuanya bergabung menjadi satu kabel bengkok dengan empat konduktor. Booster I2C sangat mudah digunakan--memasang kedua sensor ke jalur input dan kabel panjang intervening hingga 60 meter yang terpasang pada tipe unit penerima yang sama. Jika Anda pergi lebih lama, Anda mungkin harus mengganti resistor pull up di papan. Diagram pengkabelan untuk sisanya ada di atas. Rangkaian ini bekerja dengan sakelar on/off yang mengirimkan daya ke Adafruit TPL5111 yang disetel ke 57 ohm untuk mengaktifkan Aktifkan tinggi setiap 10 menit--Anda tentu saja dapat menyesuaikan ini untuk frekuensi transmisi data yang lebih sedikit atau lebih. Ini mengontrol MOSFET di dasar papan utama (baik Lora atau Arduino 400 GSM). (Saya telah menemukan papan seperti GSM dan ESP32 memiliki daya yang terlalu besar untuk TPL kecuali jika Anda menggunakan MOSFET dengan mereka …) Daya untuk sensor dan BMP388 berasal dari papan utama ketika di: 3v. Resistor pull up ada di booster I2C dan Anda tidak memerlukannya untuk sensor di sirkuit ini. Papan pengisi daya TP4056 bekerja sangat baik dengan dua panel surya dan baterai 18650 terpasang. Tombol tekan hanya menghubungkan output baterai ke layar level baterai kecil. Dua sensor yang terpasang pada tongkat lucite menggunakan dua alamat yang tersedia termasuk alamat BMP388 (0 X 77) sehingga Anda harus menghubungkan BMP dengan SPI ke papan utama jika Anda menggunakan dua sensor tekanan air. Jika Anda hanya menggunakan satu (keping), Anda dapat menghubungkannya dengan I2C dan menggunakan alamat yang tersedia (0 X 77) untuk BMP.

Langkah 5: Bangun Ini

Saya menggunakan papan perf untuk mengejek semuanya. Papan utama TPL, BMP semua masuk satu papan. Sakelar disekrup ke tempatnya dengan grommet karetnya. Papan pengisi daya dipasang pada cadik pelat muka kontrol dengan microUSB menghadap ke luar. Turret pelindung air direkatkan ke depan dan tutup ulir disegel dengan sedikit minyak silikon pada ulirnya. Tongkat lucite dipotong dari dua lapisan plastik 1/4 dengan sensor dipasang tepat satu kaki terpisah. Dudukan lubang cetak 3D ditempatkan di ujungnya dan booster I2C disekrup di tengah tempat semua sambungan kabel dibuat. Sensor keping dicetak 3D dan booster diepoksi di dalam dan dihubungkan ke satu sensor. Sebuah lubang dibor di bagian atas unit Lora untuk menampung antena dan lubang ditempatkan di bagian belakang setiap unit untuk menampung kabel dari sensor. Tersedia penahan kabel cetak 3D. Ikat ritsleting kawat ke sana setelah menempelkannya di tempatnya. Semua sambungan kawat adalah penyusutan panas laut dan kemudian dicat dengan pita listrik cair untuk keamanan air.

Langkah 6: Program Ini

Program ini sebenarnya tidak banyak. Itu sangat bergantung pada perpustakaan yang disediakan untuk sensor --- yang bekerja dengan sempurna dan keajaiban perangkat lunak GSM Blynk untuk papan Arduino yang menyatu sempurna dengan Hologram Cloud. Mendaftar untuk akun Hologram dan dapatkan kartu SIM dari mereka untuk ditempatkan di papan Arduino 400 GSM Anda. Proses jabat tangan semua ditangani oleh perpustakaan Blynk--GSM Arduino. Adafruit menulis perpustakaan untuk BMP dan saya menggunakan perpustakaan SparkFun untuk MS5803. Keduanya memasok output suhu dari sensor Anda jika Anda mau. Pin yang disesuaikan dengan perangkat lunak dapat menggunakan apa saja di papan utama. Saya menggunakan rutinitas timer Blynk agar tidak membebani aplikasi Blynk secara tidak sengaja. Tentu saja Anda harus berhati-hati dengan jumlah data yang Anda masukkan melalui tautan GSM-Hologram atau Anda dapat menghabiskan tagihan yang kecil--tidak terlalu banyak-menggunakan sekitar 3MB seminggu yang berarti sekitar 40 sen. Saya hanya mengunggah tiga pengukuran tekanan -- 2 dari bawah air dan satu dari casing (BMP). Bagian terakhir dari program ini adalah mematikan TPL dengan menaikkan ke HI pin yang dilakukan pada unit yang mengatakan bahwa data telah ditransfer. Aplikasi Blynk luar biasa seperti biasa dan Anda dapat mendesain layar keluaran apa pun yang Anda inginkan dan bagian terbaiknya adalah kemampuan untuk mengunduh tumpukan data Anda melalui email kapan pun Anda mau.

Unit Lora menggunakan perpustakaan yang sama dan menggunakan unit OLED (saya mematikannya di perangkat lunak unit pengirim untuk menghemat energi) dan mengatur frekuensi untuk lokasi tertentu Anda. Itu kemudian membangun string data dengan pemisah yang memungkinkannya mengirim pembacaan sensor Anda dalam satu tembakan. Kemudian mengaktifkan pin selesai untuk mematikan. Unit penerima memecah kata dan mengirimkan informasi ke aplikasi Blynk melalui tautan WIFI yang selalu aktif. Penerima sangat kecil dan dihubungkan ke kutil dinding.

Langkah 7: Menggunakannya

Wajah sensor kecil mengambil dengan tingkat akurasi yang tinggi semua gaya tekanan di atasnya dari atas--ini termasuk semua tekanan udara dan air. Jadi, perubahan ketinggian laut yang berselang-seling-seperti gelombang dan perubahan tekanan udara dari badai di atas lautan, semuanya memengaruhinya. Itulah alasan untuk memasukkan sensor Tekanan Barometrik dalam kasing (pastikan Anda menyediakan beberapa lubang udara kecil untuk memungkinkannya membaca dengan benar). Tongkat sensor dengan dua sensor ditambatkan di laut pada kedalaman yang akan tetap tertutup air bahkan saat air surut. Ini sewenang-wenang pada kedalaman berapa Anda menempatkan sensor karena mereka hanya akan mengukur perubahan ketinggian kolom air di atas bukan ketinggian absolut. Saya menggunakan batu bata sebagai jangkar dengan tali yang terpasang untuk memasang tongkat sensor beberapa kaki dari bawah. Sebuah pelampung dipasang pada tiang atas tongkat untuk menahan sensor di kaki mereka dengan orientasi vertikal. Kawat twisted pair dan tali mengarah ke dermaga di mana mereka diikat dengan banyak kendur untuk mengakomodasi perjalanan air pasang. Unit pengirim GSM dipasang di perahu terdekat. Pemantauan dilakukan selama sebulan. Kedua sensor memberikan pembacaan secara konsisten dipisahkan oleh 28 unit yang mewakili perbedaan tekanan dalam satu kaki air di lokasi itu. Tekanan barometrik dikurangi dari data sensor yang lebih rendah dan dibagi dengan 28 untuk memberikan kaki yang setara dengan naik turunnya permukaan laut selama periode 10 menit. Grafik di atas memberikan perbandingan dengan grafik NOAA untuk periode tanggal yang sama. Sensor/kaki naik dan turun yang sebenarnya diperiksa terhadap pergerakan sebenarnya dari dok dan ternyata akurat hingga 1/2 inci. Bahkan dengan penggunaan energi tinggi dari transmisi GSM setiap sepuluh menit, panel surya dengan mudah memenuhi permintaan di lingkungan hutan hujan yang redup ini.

Langkah 8: Lainnya

Penggunaan sebelumnya dari sensor ini oleh sumber yang telah disebutkan adalah untuk mempelajari tinggi gelombang. Hasil saya berasal dari pelabuhan yang tenang dengan aktivitas gelombang yang digerakkan oleh angin minimal tetapi Anda dapat menangkap data tersebut dengan meningkatkan frekuensi pengambilan sampel dan memiliki rata-rata bergulir dari hasilnya. Sistem Lora bekerja dengan baik pada jarak yang akan memasok jaringan mesh informasi gelombang untuk beberapa lokasi di sepanjang pantai. Ini akan ideal bagi mereka yang tertarik dengan aktivitas selancar. Biaya rendah dan ukuran yang sangat kecil dari unit independen ini akan membuat pencarian informasi pantai menjadi tugas yang mudah. Saat ini penangkapan informasi pasang surut merupakan kegiatan pemerintah yang sangat rumit dan bergantung pada infrastruktur, tetapi hal ini dapat berubah dengan adopsi perangkat alternatif. Blynk sekarang diprogram untuk memberi tahu saya tentang Tsunami berikutnya!