WetRuler-Mätning av havshöjd: 8 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:37

Tillkännagivandet kom tidigt i somras att området i Alaska som heter Prince William Sound oväntat skulle drabbas av en global uppvärmning initierad tsunami. Forskarna som gjorde upptäckten pekade på ett område med snabbt tillbakadragande is som hade lämnat ett berg av skräp som skulle glida in i en fjord och initiera en 30 fot lång våg som så småningom skulle drabba staden Whittier. Detta har hänt tidigare, under jordbävningen 1964 där skakningar initierade flera tsunamier i de omgivande fjordarna och förstörde kusten inklusive Whittier och Valdez med flera dödsfall. Kryssningsbåtar som redan var försiktiga mot viruset bestämde sig för att inte gå nära området och USFS erbjöd återbetalning av stugor som hade hyrts. En vecka senare träffade en tsunamivarning alla våra mobiltelefoner! En undervattensfyr hade upptäckt en våg i samband med en liten jordbävning utanför kusten. Alla regionala städer fick besked om att evakuera om de var nära vatten. Det blev ingenting. Hur mäter du dessa händelser? Denna instruktion beskriver byggandet av små sensorer som kan mäta havshöjd och skicka data till antingen en LORA -mottagare eller direkt till GSM. Enheterna är kompakta och verkar motståndskraftiga mot sin miljö och är solcellsdrivna. Jag har testat dem här för att uppnå reproducerbara tidvattenhöjder men de kan också användas för våghöjd och Tsunami -förutsägelser.

Steg 1: Samla dina material

Det finns två sändningsenheter som jag byggde-en innebär GSM-uppladdning (mobiltelefon) och den andra LORA-uppladdningen. Du kan också överväga att ansluta till en Sat -fyr, eftersom många av dessa områden inte har mobiltelefontäckning. Sensorn i hjärtat av dessa instrument är MS5803-14BA och dess användning och montering i olika scenarier finns på dessa webbplatser: https://thecavepearlproject.org/2016/09/21/field-… och http:/ /owhl.org. Den andra av dessa visar en briljant utformad fjärrloggare med egna skräddarsydda PCB för långsiktig mätning av våghöjd. Sensorerna tycktes vara toleranta mot vatten i månader till ett år beroende på installation.

1. MS5803-14BA-du kan få dessa från DigiKey för $ 13 men du måste göra lite ytlödningsarbeten eller få en färdiggjord breakout-bräda från SparkFun men det ger dig $ 60 tillbaka. Om du gör det behöver du ett litet Adafruit -bräde för att lödda det och lite lågtempgelde (140F) som jag tyckte var till hjälp. Cavepearlproject har en bra handledning om hur man lödar dessa-jag föreslår att du får en billig omarbetningsstation från Amazon för $ 30.

2. LILYGO 2st TTGO LORA32 868/915Mhz ESP32 LoRa-$ 27 dessa är för LORA-lådan.

3. ARDUINO MKR GSM 1400 $ 55-det här är en bra tavla. Det fungerar perfekt med Hologram sim. Tyvärr kunde jag inte få deras Arduino Sim att arbeta med sin nya tjänst trots flera försök. Om du fortfarande har tillgång till 2GM -tjänst kan du gå med något billigare men det misslyckades totalt i Alaska.

4. Solar Cells Uxcell 2Pcs 6V 180mA Poly Mini Solar Cell Panel Module DIY for Light Toys Charger 133mm x 73mm $ 8

5. 18650 batteri $ 4

6. TP4056-laddare $ 1

7. Slå på/av strömbrytaren Robust metall med grön LED -ring - 16 mm grön på/av $ 5

8. Icstation 1S 3.7V litiumjonbatteri Spänningstestindikator 4 sektioner Blå LED -display $ 2

9. Adafruit TPL5111 Low Power Timer Breakout-lysande liten tidsenhet $ 6,00

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

11. Differential I2C Long Cable Extender PCA9600 -modul från SandboxElectronics X2 (18 $ styck) - det nämns viss framgång med långa kablar för I2C i litteraturen men med dagliga 25 fot tidvatten i Alaska behöver du långa kablar … åh ja lite kabel.. Jag använde en stor box 23 g 4 tvinnad kabel lämplig för utomhus.

12. Adafruit BMP388 - Precisionsbarometriskt tryck och höjdmätare $ 10

Steg 2: Bygg sensorerna

Sensorerna måste ytlödas till små PCB. De två tidigare verken ger dig några tips om hur du gör det. Jag köpte både sensorerna och de små brädorna från Digikey. Använd det låga temp -lödet från Adafruit och dutta den minsta mängden intill sensorns fötter när du placerar den på brädet. Använd en omarbetningsblåsare för att smälta den på plats. Jag misslyckades med att göra det här bra med min lödning och slutade med att korta några av kuddarna. Resten av ledningarna om du checkar ut dina ledningar på rätt sätt är enkelt-att sätta en liten kondensator (0,1n) mellan ström- och jordledningarna och höja CS- och PSB-ledningarna Hej för att starta I2C och kontrollera adressen för sensorn. (Se ritning) Du har två val 0 X 76 Hej och 0 X 77 för Lo. Jag använde båda för att bilda en sensorstav med sensorerna placerade med en fot ifrån varandra för att ge tryckskillnaden vad du än mäter. Jag konstruerade ett 3D -tryckt hus för sensorn så att den kunde vara helt inkapslad i klar epoxi. Munnen på konfästet passar perfekt till sensorns lilla rostfria hals och den förseglade placeringen uppnås med en liten ring av superlim som håller den på plats och tätar den för epoxikapsling.

Steg 3: 3D -utskrift av ditt hus

De två huvudhusen för GSM och Lora är desamma med sidopanelinsatser för solpanelerna. Den enda moden för Lora var antennhålet på toppen som måste borras beroende på enhetens diameter. GSM -antennen passar inuti den andra lådan. Kontrollpanelen i varje är identisk med hål för ON/OFF och tryckknapp för att slå på batterinivåskärmen. Fötterna är tryckta separat och överlimmade på fodralen i hörnen och ger olika monteringsalternativ. Det lilla tornet och skruvlocket är limmade runt öppningen för microUSB -fästet för att skydda det från vatteninträngning. Enheten är i grunden mycket vattentålig och tryckt i PETG för att minimera värmeförvrängning. Jag använde värmeinförda mässingsskruvfästen i huvudhuset för 3 mm skruvar i fodralet. Det finns filer för två fästen för sensorerna-en har två sensorer monterade en fot från varandra på en trollstav av lucitplast med en fäste för I2C "booster" -boxen med kretsen monterad och epoxad på insidan. Denna trollstav har också två 3D -tryckta hål för montering. Det andra sensorhuset är en enda puck med en av sensorerna skruvade i den och en utskärning på baksidan för I2C "booster" epoxad in i den. Alla dessa är tryckta i PETG. De återstående filerna är det lilla höljet för Lora -mottagarenheten med ett litet fönster för OLED.

Steg 4: Wire It

Sensorerna är parallellkopplade med SDA -linjerna, SCL -linjerna, Pos och Gnd alla sammanfogade i en tvinnad kabel med fyra ledare. I2C-boostrarna är mycket enkla att använda-fäster båda sensorerna på ingångsledningarna och den mellanliggande långa kabeln upp till 60 meter ansluten till samma typ av mottagarenhet. Om du går längre kan du behöva byta uppdragningsmotstånden på brädorna. Kopplingsscheman för resten är ovan. Kretsen fungerar genom att på/av-omkopplaren skickar ström till Adafruit TPL5111 som är inställd på 57 ohm för att slå dess Enable high var 10: e minut-du kan naturligtvis justera detta för mindre eller mer dataöverföringsfrekvens. Detta styr en MOSFET på huvudkortets mark (antingen Lora eller Arduino 400 GSM). (Jag har upptäckt att kort som GSM och ESP32 har för stor strömförbrukning för TPL om du inte använder en MOSFET med dem …) Ström till sensorerna och BMP388 kommer från huvudkortet när den är på: 3v. Dragmotstånden finns på I2C -boosters och du behöver dem inte för sensorerna i denna krets. Laddningskortet TP4056 fungerar utmärkt med de två solpanelerna och 18650 -batteriet. Tryckknappen ansluter bara batteriets utmatning till den lilla batterinivåskärmen. De två sensorerna som är anslutna till lucitestaven använder de två tillgängliga adresserna inklusive adressen till BMP388 (0 X 77) så du måste ansluta BMP med SPI till huvudkorten om du använder två vattentryckssensorer. Om du bara använder en (pucken) kan du ansluta den till I2C och använda den tillgängliga adressen (0 X 77) för BMP.

Steg 5: Bygg det

Jag använde perf boards för att håna allt. Huvudkortet TPL, BMP gick alla på en bräda. Strömställarna skruvades på plats med sina gummihylsor. Laddarkortet monteras på stödbenet på kontrollpanelen med microUSB -enheten vänd utåt. Vattenskyddstornet överlimmades på framsidan och skruvlocket förseglades med lite kiselfett på gängorna. Lucitstavet skärs av två lager av 1/4 plast med sensorerna monterade exakt en fot från varandra. De 3D -tryckta hålfästena placerades på ändarna och I2C -förstärkaren skruvades i mitten där alla trådanslutningar gjordes. Pucksensorn trycktes 3D och förstärkaren epoxades inuti och kopplades upp till den ena sensorn. Ett hål borrades i toppen av Lora-enheten för att rymma antennen och hål placerades på baksidan av varje enhet för att rymma tråden från sensorerna. En 3D-tryckt trådhållare tillhandahålls. Dragkedja binda tråden till den efter att ha limt den på plats. Alla trådanslutningar är marina värmekrympade och sedan målade med flytande tejp för vattensäkerhet.

Steg 6: Programmera det

Det är verkligen inte mycket med programmet. Det förlitar sig starkt på biblioteken som tillhandahålls för sensorerna --- som fungerar perfekt och miraklet med GSM Blynk-programvaran för Arduino-kortet som passar perfekt med Hologram Cloud. Registrera dig för ett Hologram -konto och få ett SIM -kort från dem för att placera i ditt Arduino 400 GSM -kort. Handskakningsprocessen hanteras allt av Blynk-GSM Arduino-biblioteket. Adafruit skrev biblioteket för BMP och jag använde SparkFun -biblioteket för MS5803. Båda levererar temperaturutgångar från dina sensorer om du vill. Programvaruinställda stift kan använda nästan vad som helst på huvudkortet. Jag använde Blynk -timerrutinen för att inte av misstag överbelasta Blynk -appen. Du måste naturligtvis vara försiktig med mängden data du lägger via GSM-Hologram-länken eller så kan du köra upp en liten räkning-inte för mycket-den använde cirka 3 MB i veckan som kommer upp till cirka 40 cent. Jag laddade bara upp de tre tryckmätningarna - 2 från undervattnet och en från fodralet (BMP). Den sista delen av programmet är att stänga av TPL genom att höja den färdiga nålen på enheten som säger att data överfördes. Blynk -appen är underbar som alltid och du kan designa vilken slags utdataskärm du vill och det bästa är möjligheten att ladda ner din datahög via e -post när du vill.

Lora -enheten använder samma bibliotek och använder en OLED -enhet (jag stängde av detta i avsändarens programvara för att spara energi) och ställer in frekvensen för just din plats. Den bygger sedan en datasträng med separatorer som gör att den kan skicka dina sensoravläsningar i ett skott. Den aktiverar sedan sin färdiga stift för att stänga av. Mottagarenheten bryter upp ordet och skickar informationen till Blynk -appen via en alltid på WIFI -länk. Mottagaren är otroligt liten och ansluts till en väggvarta.

Steg 7: Använda den

Det lilla sensorytan tar upp med hög noggrannhet all tryckkraft på den uppifrån-detta inkluderar allt luft- och vattentryck. Så intermittenta förändringar i havshöjd-som vågor och förändringar i lufttrycket från stormar ovanför havet påverkar allt. Det är anledningen till att barometertryckssensorn ingår i fodralet (se till att du tillhandahåller ett par små lufthål för att den ska kunna läsas korrekt). Sensorstaven med de två sensorerna är förankrad i havet på ett djup där den fortfarande kommer att täckas av vatten även vid lågvatten. Det är godtyckligt på vilket djup du placerar sensorerna, eftersom de bara mäter förändringen i vattenkolonnens höjd över inte den absoluta höjden. Jag använde en tegel som ett ankare med ett rep fäst för att montera sensorstaven ett par meter från botten. En flottör fästes på stavens övre pol för att hålla sensorerna i foten isär vertikal orientering. Den tvinnade tråden och repet ledde till en brygga där de var bundna med massor av slack för att rymma tidvattenutflykten. GSM -avsändarenheten monterades på en båt i närheten. Övervakningen ägde rum över en månad. De två sensorerna gav avläsningar konsekvent åtskilda av 28 enheter som representerade tryckskillnaden i en fot vatten på den platsen. Barometertrycket subtraherades från de lägre sensordata och dividerades med 28 för att ge en fotekvivalent till havsytans uppgång och fall under 10 minuters perioder. Diagrammet ovan ger jämförelsen med NOAA -diagrammet för samma datumperiod. Den faktiska stig- och fallsensorn/fötterna kontrollerades mot bryggans faktiska rörelse och visade sig vara exakt till 1/2 tum. Även med den höga energianvändningen av GSM -sändningar var tionde minut kunde solpanelerna enkelt följa med efterfrågan i denna svaga regnskogsmiljö.

Steg 8: Mer

De sensorer som redan nämnts tidigare använde dessa sensorer för att studera våghöjd. Mina resultat var från en lugn hamn med minimal vinddriven vågaktivitet men du kan fånga den informationen genom att öka samplingsfrekvensen och ha rullande medelvärden av resultaten. Lora -systemet fungerar bra på avstånd som skulle leverera ett nätverk av våginformation för flera platser längs en kust. Detta skulle vara idealiskt för dem som är intresserade av surfaktiviteter. De låga kostnaderna och mycket små storleken på dessa oberoende enheter skulle göra det lättare att ta fram information från kusten. För närvarande är tidvatteninformationsinsamling en mycket komplicerad och infrastrukturberoende statlig verksamhet, men detta kan förändras med antagandet av alternativa enheter. Blynk är nu programmerad att meddela mig om nästa tsunami!