Phao thông minh [Tóm tắt]: 8 bước (có Hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Tất cả chúng ta đều yêu thích bờ biển. Với tư cách là một tập thể, chúng tôi đổ xô đến đó để đi nghỉ, để thưởng thức các môn thể thao dưới nước hoặc để kiếm sống. Nhưng bờ biển là một khu vực năng động chịu tác động của sóng. Mực nước biển dâng cao có thể gặm nhấm các bãi biển và các sự kiện cực đoan mạnh mẽ như bão hoàn toàn tàn phá chúng. Để hiểu cách cứu họ, chúng ta cần hiểu các động lực thúc đẩy sự thay đổi của họ.

Nghiên cứu rất tốn kém, nhưng nếu bạn có thể tạo ra các công cụ rẻ và hiệu quả, bạn sẽ có thể tạo ra nhiều dữ liệu hơn - cuối cùng là cải thiện sự hiểu biết. Đây là suy nghĩ đằng sau dự án Phao thông minh của chúng tôi. Trong phần tóm tắt này, chúng tôi cung cấp cho bạn bản tóm tắt nhanh về dự án của chúng tôi và chia nhỏ nó thành thiết kế, tạo và trình bày dữ liệu. Ôi phao, bạn sẽ thích cái này..!

Quân nhu

Để xây dựng Phao thông minh hoàn chỉnh, bạn cần rất nhiều thứ. Chúng tôi sẽ phân tích các vật liệu cụ thể cần thiết cho từng giai đoạn xây dựng trong hướng dẫn có liên quan, nhưng đây là danh sách đầy đủ:

• Arduino Nano - Amazon
• Raspberry Pi Zero - Amazon
• Pin (18650) - Amazon
• Tấm pin mặt trời - Amazon
• Điốt chặn - Amazon
• Bộ điều khiển sạc - Amazon
• Buck booster - Amazon
• Mô-đun GPS - Amazon
• GY-86 (gia tốc kế, con quay hồi chuyển, phong vũ biểu, la bàn) - Amazon
• Cảm biến nhiệt độ nước - Amazon
• Mô-đun màn hình nguồn - Amazon
• Mô-đun đồng hồ thời gian thực - Amazon
• Mô-đun radio - Amazon
• i ^ 2c mô-đun ghép kênh - Amazon
• Máy in 3D - Amazon
• Dây tóc PETG - Amazon
• Epoxy - Amazon
• Sơn phun sơn lót - Amazon
• Dây - Amazon
• Floats - Amazon
• Keo - Amazon

Tất cả mã được sử dụng có thể được tìm thấy tại

Bước 1: Nó làm gì?

Các cảm biến trên Phao thông minh cho phép nó đo: độ cao sóng, chu kỳ sóng, công suất sóng, nhiệt độ nước, nhiệt độ không khí, áp suất không khí, điện áp, mức sử dụng hiện tại và vị trí GPS.

Trong một thế giới lý tưởng, nó cũng sẽ đo được hướng sóng. Dựa trên các phép đo mà Phao đã thực hiện, chúng tôi đã khá gần với việc tìm ra giải pháp cho phép chúng tôi tính toán hướng sóng. Tuy nhiên, nó hóa ra khá phức tạp và đó là một vấn đề lớn trong cộng đồng nghiên cứu thực tế. Nếu có ai đó có thể giúp chúng tôi và đề xuất một cách hiệu quả để đo hướng sóng, vui lòng cho chúng tôi biết - chúng tôi muốn hiểu cách chúng tôi có thể làm cho nó hoạt động! Tất cả dữ liệu mà Buoy thu thập được gửi qua radio tới một trạm gốc, đó là Raspberry Pi. Chúng tôi đã tạo một bảng điều khiển để hiển thị chúng bằng Vue JS.

Bước 2: Xây dựng - Vỏ phao

Chiếc phao này có lẽ là thứ khó nhất mà chúng tôi đã in cho đến nay. Có rất nhiều điều cần xem xét vì nó sẽ ở dưới biển, tiếp xúc với các yếu tố và rất nhiều ánh nắng mặt trời. Chúng ta sẽ nói rõ hơn về vấn đề đó ở phần sau của loạt bài về Phao thông minh.

Tóm lại: chúng tôi đã in một nửa hình cầu gần rỗng. Nửa trên có các khe cho các tấm pin mặt trời và một lỗ để máy bay vô tuyến đi qua. Nửa dưới có một lỗ để cảm biến nhiệt độ đi qua và một tay cầm để buộc dây vào.

Sau khi in Phao bằng sợi PETG, chúng tôi chà nhám nó, phun sơn với một số lớp sơn lót phụ, và sau đó phủ lên một vài lớp epoxy.

Sau khi hoàn tất việc chuẩn bị vỏ, chúng tôi đặt tất cả các thiết bị điện tử vào bên trong và sau đó niêm phong cảm biến nhiệt độ nước, máy bay vô tuyến và các tấm pin mặt trời bằng súng bắn keo. Cuối cùng, chúng tôi dán kín hai nửa bằng keo / keo dán StixAll (keo siêu máy bay).

Và sau đó chúng tôi hy vọng nó không thấm nước…

Bước 3: Xây dựng - Phao điện tử

Phao có rất nhiều cảm biến trên tàu và chúng ta sẽ đi vào chi tiết về những cảm biến này trong hướng dẫn có liên quan. Vì đây là bản tóm tắt nên chúng tôi sẽ cố gắng giữ cho phần này đầy đủ thông tin nhưng ngắn gọn!

Phao được cung cấp năng lượng bởi pin 18650, được sạc bằng bốn tấm pin mặt trời 5V. Tuy nhiên, chỉ có đồng hồ thời gian thực được cung cấp năng lượng liên tục. Phao sử dụng chân đầu ra của đồng hồ thời gian thực để điều khiển một bóng bán dẫn cho phép nguồn điện đi vào phần còn lại của hệ thống. Khi hệ thống được bật, hệ thống sẽ bắt đầu bằng cách nhận các phép đo từ các cảm biến - bao gồm cả giá trị điện áp từ mô-đun màn hình nguồn. Giá trị do mô-đun giám sát nguồn cung cấp xác định thời gian hệ thống ngủ trong thời gian trước khi thực hiện tập hợp các bài đọc tiếp theo. Báo thức được đặt cho thời gian này, sau đó hệ thống sẽ tự tắt!

Bản thân hệ thống là rất nhiều cảm biến và một mô-đun vô tuyến được kết nối với Arduino. Mô-đun GY-86, RealTimeClock (RTC), mô-đun Power Monitor và bộ ghép kênh I2C đều giao tiếp với Arduino bằng I2C. Chúng tôi cần bộ ghép kênh I2C vì GY-86 và mô-đun RTC mà chúng tôi sử dụng đều có cùng địa chỉ. Mô-đun bộ ghép kênh cho phép bạn giao tiếp mà không gặp rắc rối gì thêm, mặc dù nó có thể hơi quá mức cần thiết.

Mô-đun vô tuyến giao tiếp qua SPI.

Ban đầu, chúng tôi cũng có một mô-đun thẻ SD, nhưng nó khiến nhiều người đau đầu vì kích thước của thư viện SD nên chúng tôi quyết định loại bỏ nó.

Hãy xem mã. Có khả năng là bạn có một số câu hỏi - cũng có thể là những nghi ngờ còn tồn tại - và chúng tôi rất vui khi biết chúng. Các hướng dẫn chuyên sâu bao gồm giải thích mã, vì vậy hy vọng chúng sẽ làm cho nó rõ ràng hơn một chút!

Chúng tôi đã cố gắng tách các tệp mã một cách hợp lý và sử dụng một tệp chính để bao gồm chúng, điều này dường như hoạt động khá tốt.

Bước 4: Xây dựng - Điện tử trạm gốc

Trạm gốc được thực hiện bằng Raspberry Pi Zero có gắn mô-đun vô tuyến. Chúng tôi nhận được vỏ từ https://www.thingiverse.com/thing:1595429. You’re fab, cảm ơn rất nhiều!

Khi bạn có mã chạy trên Arduino, khá đơn giản để lấy các phép đo trên Raspberry Pi bằng cách chạy mã nghe_to_radio.py.

Bước 5: Trang tổng quan

Để cho bạn thấy cách chúng tôi tạo ra toàn bộ dấu gạch ngang sẽ hơi giống Odyssey vì đây là một dự án khá dài và phức tạp. Nếu ai đó muốn biết chúng tôi đã làm như thế nào, hãy cho chúng tôi biết - nhà phát triển web thường trú của T3ch Flicks sẽ rất vui khi thực hiện một bài hướng dẫn về điều này!

Khi bạn đặt các tệp này vào Raspberry Pi, bạn sẽ có thể chạy máy chủ và xem trang tổng quan với dữ liệu đến. Vì lý do phát triển và để xem trang tổng quan sẽ như thế nào nếu nó được cung cấp bởi dữ liệu tốt, thường xuyên, chúng tôi đã thêm một trình tạo dữ liệu giả mạo vào máy chủ. Chạy nó nếu bạn muốn xem nó trông như thế nào khi bạn có thêm dữ liệu. Chúng tôi cũng sẽ giải thích điều này một cách chi tiết trong hướng dẫn sau.

(Hãy nhớ rằng bạn có thể tìm thấy tất cả mã tại

Bước 6: Phiên bản 2 ?? - Các vấn đề

Dự án này hoàn toàn không hoàn hảo - chúng tôi muốn coi nó như một nguyên mẫu / bằng chứng về khái niệm hơn. Mặc dù nguyên mẫu hoạt động ở cấp độ cơ bản: nó nổi, thực hiện các phép đo và có thể truyền chúng, nhưng có rất nhiều điều chúng tôi đã học được và sẽ thay đổi cho phiên bản hai:

1. Vấn đề lớn nhất của chúng tôi là không thể thay đổi mã cho Phao sau khi dán nó vào. Điều này thực sự là một chút sơ suất và có thể được giải quyết rất hiệu quả với một cổng USB được bao phủ bởi một con dấu cao su. Tuy nhiên, điều đó sẽ làm tăng thêm một lớp phức tạp khác cho quá trình chống thấm in 3D!
2. Các thuật toán chúng tôi sử dụng còn lâu mới hoàn hảo. Các phương pháp xác định tính chất sóng của chúng tôi khá thô sơ và cuối cùng chúng tôi đã dành rất nhiều thời gian để đọc toán để kết hợp dữ liệu cảm biến từ từ kế, gia tốc kế và con quay hồi chuyển. Nếu ai đó hiểu điều này và sẵn sàng giúp đỡ, chúng tôi nghĩ rằng chúng tôi có thể làm cho những phép đo này chính xác hơn nhiều.
3. Một số cảm biến hoạt động hơi kỳ lạ. Cảm biến nhiệt độ nước là cảm biến nổi bật là đặc biệt khó chịu - đôi khi chênh lệch gần 10 độ so với nhiệt độ thực. Lý do cho điều này có thể là nó chỉ là một cảm biến kém, hoặc một cái gì đó đang làm nóng nó…

Bước 7: Phiên bản 2 ?? - Cải tiến

Arduino rất tốt, nhưng như đã đề cập trước đây, chúng tôi phải loại bỏ mô-đun thẻ SD (được cho là bản sao lưu dữ liệu nếu không thể gửi tin nhắn vô tuyến) do các vấn đề về bộ nhớ. Chúng tôi có thể thay đổi nó thành một vi điều khiển mạnh hơn như Arduino Mega hoặc Teensy hoặc chỉ sử dụng Raspberry Pi số 0 khác. Tuy nhiên, điều này sẽ làm tăng chi phí và điện năng tiêu thụ.

Mô-đun vô tuyến chúng tôi sử dụng có phạm vi giới hạn vài km với đường ngắm trực tiếp. Tuy nhiên, trong một thế giới giả định nơi chúng ta có thể đặt (rất) nhiều Phao xung quanh hòn đảo, chúng ta có thể hình thành một mạng lưới như thế này. Có rất nhiều khả năng để truyền dữ liệu tầm xa, bao gồm lora, grsm. Nếu chúng ta có thể sử dụng một trong những thứ này, có lẽ một mạng lưới xung quanh hòn đảo sẽ khả thi!

Bước 8: Sử dụng Phao thông minh của chúng tôi để nghiên cứu

Chúng tôi đã xây dựng và hạ thủy Phao ở Grenada, một hòn đảo nhỏ ở nam Caribe. Trong khi chúng tôi ở ngoài đó, chúng tôi đã trò chuyện với chính phủ Grenadian, họ nói rằng một chiếc Phao thông minh giống như chiếc mà chúng tôi tạo ra sẽ hữu ích trong việc cung cấp các phép đo định lượng về các đặc điểm của đại dương. Các phép đo tự động sẽ loại bỏ một số nỗ lực của con người và sai sót của con người và cung cấp bối cảnh hữu ích để hiểu các bờ biển đang thay đổi. Chính phủ cũng gợi ý rằng việc đo gió cũng sẽ là một tính năng hữu ích cho các mục đích của họ. Không biết chúng tôi sẽ quản lý vấn đề đó như thế nào, vì vậy nếu ai đó có bất kỳ ý tưởng nào…

Một lưu ý quan trọng là mặc dù đây là thời điểm thực sự thú vị cho nghiên cứu vùng ven biển, đặc biệt là liên quan đến công nghệ, nhưng vẫn còn một chặng đường dài trước khi nó có thể được áp dụng hoàn toàn.

Cảm ơn bạn đã đọc bài đăng trên blog tóm tắt về sê-ri Phao thông minh. Nếu bạn chưa làm như vậy, hãy xem video tóm tắt của chúng tôi trên YouTube.

Đăng ký vào danh sách gửi thư của chúng tôi!

Phần 1: Tạo sóng và đo nhiệt độ

Phần 2: Đài phát thanh GPS NRF24 và thẻ SD

Phần 3: Lập lịch cấp nguồn cho Phao

Phần 4: Triển khai Phao