WetRuler - Mesure de la hauteur de l'océan : 8 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

L'annonce a été faite au début de l'été que la région de l'Alaska appelée Prince William Sound serait frappée de manière inattendue par un tsunami provoqué par le réchauffement climatique. Les scientifiques qui ont fait la découverte ont indiqué une zone de glace en retrait rapide qui avait laissé derrière elle une montagne de débris qui glisserait dans un fjord et déclencherait une vague de 30 pieds qui finirait par frapper la ville de Whittier. Cela s'est déjà produit lors du tremblement de terre de 1964, où les secousses ont déclenché de multiples tsunamis dans les fjords environnants et ont dévasté la côte, y compris Whittier et Valdez, faisant plusieurs morts. Les bateaux de croisière déjà méfiants du virus ont décidé de ne pas s'approcher de la zone et l'USFS a offert des remboursements sur toutes les cabines qui avaient été louées. Une semaine plus tard, un avertissement de tsunami a frappé tous nos téléphones portables ! Une balise sous-marine avait détecté une vague associée à un petit tremblement de terre au large des côtes. Toutes les villes régionales ont reçu l'ordre d'évacuer si près de l'eau. Cela n'a abouti à rien. Comment mesurez-vous ces événements ? Ce Instructable détaille la construction de petits capteurs capables de mesurer la hauteur de l'océan et d'envoyer les données à un récepteur LORA ou directement au GSM. Les unités sont compactes et semblent résistantes à leur environnement et fonctionnent à l'énergie solaire. Je les ai testés ici pour obtenir des hauteurs de marée reproductibles, mais ils pourraient également être utilisés pour les prévisions de hauteur de vague et de tsunami.

Étape 1: Rassemblez vos documents

Il y a deux unités d'envoi que j'ai construites - l'une implique le téléchargement GSM (téléphone portable) et l'autre le téléchargement LORA. Vous pouvez également envisager de vous connecter à une balise Sat, car bon nombre de ces zones ne sont pas couvertes par les téléphones portables. Le capteur au cœur de ces instruments est le MS5803-14BA et son utilisation et son assemblage dans différents scénarios peuvent être trouvés sur ces sites Web: https://thecavepearlproject.org/2016/09/21/field-…et http:/ /owhl.org. Le second montre un enregistreur à distance brillamment conçu avec son propre PCB conçu sur mesure pour la mesure à long terme de la hauteur des vagues. Les capteurs semblaient tolérer l'eau pendant des mois à un an selon la configuration.

1. MS5803-14BA - vous pouvez les obtenir auprès de DigiKey pour 13 $, mais vous devez effectuer des travaux de soudure de surface ou obtenir une carte de dérivation préfabriquée de SparkFun, mais cela vous coûtera 60 $. Si vous le bricolez, vous aurez besoin d'une petite planche Adafruit pour la souder et d'un gel de soudure à basse température (140F) que j'ai trouvé utile. Le projet cavepearl a un excellent tutoriel sur la façon de les souder à la main - je suggère d'obtenir une station de retouche bon marché d'Amazon pour 30 $.

2. LILYGO 2pcs TTGO LORA32 868/915Mhz ESP32 LoRa--27 $ ce sont pour la boîte LORA.

3. ARDUINO MKR GSM 1400 55 $ - c'est une excellente carte. Cela fonctionne parfaitement avec la simulation Hologram. Malheureusement, je n'ai pas pu faire fonctionner leur Arduino Sim avec leur nouveau service malgré plusieurs essais. Si vous avez toujours accès au service 2GM, vous pouvez opter pour quelque chose de moins cher, mais qui a totalement échoué en Alaska.

4. Cellules solaires Uxcell 2Pcs 6V 180mA Poly Mini Module de panneau de cellules solaires DIY pour chargeur de jouets légers 133mm x 73mm 8 $

5. Batterie 18650 4 $

6. TP4056--chargeur $1

7. Interrupteur marche/arrêt en métal robuste avec anneau LED vert - 16 mm vert marche/arrêt 5 $

8. Icstation 1S 3.7V Lithium Ion Batterie Testeur de Tension Indicateur 4 Sections Affichage LED Bleu 2 $

9. Adafruit TPL5111 Low Power Timer Breakout--petit dispositif de chronométrage brillant 6,00 $

10. MOSFET de puissance à canal N - 30V / 60A 1,75 $

11. Module d'extension de câble long I2C différentiel PCA9600 de SandboxElectronics X2 (18 $ chacun) - il y a un certain succès mentionné avec de longs câbles pour I2C dans la littérature mais avec des marées quotidiennes de 25 pieds en Alaska, vous avez besoin de longs câbles… oh oui du câble.. J'ai utilisé un câble big box 23 g 4 paires torsadées adapté à l'extérieur.

12. Adafruit BMP388 - Pression barométrique de précision et altimètre 10 $

Étape 2: Construire les capteurs

Les capteurs doivent être soudés en surface sur de petits PCB. Les deux travaux précédents vous donnent quelques conseils sur la façon de le faire. J'ai acheté les capteurs et les petites cartes de Digikey. Utilisez la soudure à basse température d'Adafruit et tamponnez juste la plus petite quantité adjacente aux pieds du capteur lorsque vous le placez sur la carte. Utilisez un ventilateur de reprise pour le faire fondre en place. Je n'ai pas réussi à le faire correctement avec ma configuration de soudure à la main et j'ai fini par court-circuiter certaines des plaquettes. Le reste du câblage, si vous vérifiez correctement vos fils, est facile: mettre un petit condensateur (0,1n) entre les fils d'alimentation et de masse et relever les fils CS et PSB Hi pour initier I2C et contrôler l'adresse du capteur. (Voir dessin) Vous avez deux choix 0 X 76 Hi et 0 X 77 pour Lo. J'ai utilisé les deux pour former une baguette de capteur avec les capteurs placés à un pied l'un de l'autre pour donner la différence de pression de tout ce que vous mesurez. J'ai conçu un boîtier imprimé en 3D pour le capteur afin de lui permettre d'être totalement encapsulé dans de l'époxy transparent. L'embouchure du support conique s'adapte parfaitement au petit col en acier inoxydable du capteur et le placement scellé est réalisé avec un petit anneau de superglue qui le maintient en position et le scelle pour l'encapsulation époxy.

Étape 3: imprimez votre boîtier en 3D

Les deux boîtiers principaux pour GSM et Lora sont les mêmes avec des inserts latéraux pour les panneaux solaires. Le seul mod pour le Lora était le trou d'antenne en haut qui doit être percé en fonction du diamètre de votre appareil. L'antenne GSM s'insère dans l'autre boîtier. Le panneau de commande dans chacun est identique avec des trous pour le ON/OFF et un bouton poussoir pour allumer l'écran de niveau de batterie. Les pieds sont imprimés séparément et collés sur les boîtiers dans les coins et offrent diverses options de montage. La petite tourelle et le bouchon à vis sont collés autour de l'ouverture du support microUSB pour le protéger des incursions d'eau. L'unité est fondamentalement très résistante à l'eau et imprimée en PETG pour minimiser la distorsion thermique. J'ai utilisé des supports de vis en laiton à incrustation thermique dans le boîtier principal pour des vis de 3 mm dans le boîtier. Il existe des fichiers pour deux supports pour les capteurs - l'un a deux capteurs montés à un pied l'un de l'autre sur une baguette en plastique lucite avec un support pour le boîtier "booster" I2C avec le circuit monté et époxyde à l'intérieur. Cette baguette a également deux trous imprimés en 3D pour s'adapter aux options de montage. L'autre boîtier de capteur est une rondelle simple avec l'un des capteurs vissé dedans et une découpe à l'arrière pour le "booster" I2C époxyde dedans. Tous ces éléments sont imprimés en PETG. Les fichiers restants sont le petit boîtier du récepteur Lora avec une petite fenêtre pour l'OLED.

Étape 4: câblez-le

Les capteurs sont câblés en parallèle avec les lignes SDA, SCL, Pos et Gnd, toutes réunies en un seul câble torsadé à quatre conducteurs. Les boosters I2C sont très faciles à utiliser: ils relient les deux capteurs aux lignes d'entrée et le long câble intermédiaire jusqu'à 60 mètres attaché au même type de récepteur. Si vous allez plus longtemps, vous devrez peut-être changer les résistances de rappel sur les cartes. Les schémas de câblage pour le reste sont ci-dessus. Le circuit fonctionne par un interrupteur marche/arrêt envoyant l'alimentation à l'Adafruit TPL5111 qui est réglé sur 57 ohms pour allumer son activation toutes les 10 minutes - vous pouvez bien sûr ajuster cela pour une fréquence de transmission de données inférieure ou supérieure. Celui-ci contrôle un MOSFET au sol de la carte principale (soit Lora ou l'Arduino 400 GSM). (J'ai trouvé que des cartes comme le GSM et l'ESP32 ont une consommation d'énergie trop importante pour le TPL à moins que vous n'utilisiez un MOSFET avec elles…) L'alimentation des capteurs et du BMP388 provient de la carte principale lorsqu'elle est allumée: 3v. Les résistances de rappel se trouvent sur les boosters I2C et vous n'en avez pas besoin pour les capteurs de ce circuit. La carte de charge TP4056 fonctionne très bien avec les deux panneaux solaires et la batterie 18650 attachée. Le bouton-poussoir connecte simplement la sortie de la batterie au petit écran de niveau de batterie. Les deux capteurs attachés à la baguette lucite utilisent les deux adresses disponibles, y compris l'adresse du BMP388 (0 X 77), vous devez donc connecter le BMP avec SPI aux cartes principales si vous utilisez deux capteurs de pression d'eau. Si vous n'en utilisez qu'un (le palet), vous pouvez le connecter avec I2C et utiliser l'adresse disponible restante (0 X 77) pour le BMP.

Étape 5: Construisez-le

J'ai utilisé des planches de perf pour tout simuler. La carte principale TPL, BMP est allée sur une seule carte. Les interrupteurs étaient vissés avec leurs œillets en caoutchouc. La carte du chargeur se monte sur le stabilisateur de la plaque frontale de commande avec le microUSB orienté vers l'extérieur. La tourelle de protection contre l'eau a été super collée à l'avant et le bouchon à vis a été scellé avec de la graisse de silicone sur les filets. La baguette de lucite a été découpée dans deux couches de 1/4 de plastique avec les capteurs montés à exactement un pied l'un de l'autre. Les supports de trous imprimés en 3D ont été placés aux extrémités et le booster I2C a été vissé au milieu où toutes les connexions filaires ont été réalisées. Le capteur de rondelle a été imprimé en 3D et le booster époxydé à l'intérieur et câblé à un seul capteur. Un trou a été percé dans le haut de l'unité Lora pour accueillir l'antenne et des trous ont été placés à l'arrière de chaque unité pour accueillir le fil des capteurs. Un support de fil imprimé en 3D est fourni. Attachez le fil avec une fermeture éclair après l'avoir collé en place. Toutes les connexions de fils sont thermorétractées marines puis peintes avec du ruban électrique liquide pour la sécurité de l'eau.

Étape 6: programmez-le

Il n'y a vraiment pas grand chose au programme. Il s'appuie fortement sur les bibliothèques fournies pour les capteurs --- qui fonctionnent parfaitement et le miracle du logiciel GSM Blynk pour la carte Arduino qui s'intègre parfaitement avec le Hologram Cloud. Créez un compte Hologram et obtenez une carte SIM de leur part à placer dans votre carte Arduino 400 GSM. Le processus de négociation est entièrement géré par la bibliothèque Blynk--GSM Arduino. Adafruit a écrit la bibliothèque pour le BMP et j'ai utilisé la bibliothèque SparkFun pour le MS5803. Les deux fournissent des sorties de température de vos capteurs si vous le souhaitez. Les broches ajustées par logiciel peuvent utiliser à peu près n'importe quoi sur la carte principale. J'ai utilisé la routine de minuterie Blynk afin de ne pas surcharger accidentellement l'application Blynk. Vous devez bien sûr faire attention à la quantité de données que vous transmettez via le lien GSM-Hologram ou vous pouvez vous acquitter d'une petite facture - pas trop - elle utilise environ 3 Mo par semaine, ce qui revient à environ 40 centimes. Je ne téléchargeais que les trois mesures de pression - 2 sous l'eau et une à partir du boîtier (BMP). La dernière partie du programme consiste à désactiver le TPL en élevant à HI la broche done sur l'unité qui indique que les données ont été transférées. L'application Blynk est merveilleuse comme toujours et vous pouvez concevoir n'importe quel type d'écran de sortie que vous voulez et la meilleure partie est la possibilité de télécharger votre pile de données par e-mail à tout moment.

L'unité Lora utilise les mêmes bibliothèques et utilise une unité OLED (je l'ai désactivée dans le logiciel de l'unité émettrice pour économiser de l'énergie) et définit la fréquence pour votre emplacement particulier. Il crée ensuite une chaîne de données avec des séparateurs qui lui permettent d'envoyer les lectures de vos capteurs en une seule fois. Il active ensuite sa broche terminée pour s'éteindre. L'unité de réception sépare le mot et envoie les informations à l'application Blynk via une liaison WIFI toujours active. Le récepteur est incroyablement petit et se branche sur une verrue murale.

Étape 7: l'utiliser

La minuscule face du capteur capte avec une grande précision toute la force de pression qui s'exerce dessus, cela inclut toute la pression de l'air et de l'eau. Ainsi, les changements intermittents de la hauteur de l'océan, comme les vagues et les changements de pression atmosphérique dus aux tempêtes au-dessus de l'océan, l'affectent tous. C'est la raison pour laquelle le capteur de pression barométrique est inclus dans le boîtier (assurez-vous de fournir quelques petits trous d'aération pour lui permettre de lire correctement). La baguette du capteur avec les deux capteurs est ancrée dans l'océan à une profondeur où elle sera encore recouverte d'eau même à marée basse. La profondeur à laquelle vous placez les capteurs est arbitraire, car ils ne mesureront que le changement de la hauteur de la colonne d'eau au-dessus et non la hauteur absolue. J'ai utilisé une brique comme ancre avec une corde attachée pour monter la baguette du capteur à quelques pieds du fond. Un flotteur a été attaché au pôle supérieur de la baguette pour maintenir les capteurs dans leur orientation verticale les pieds écartés. Le fil à paires torsadées et la corde menaient à un quai où ils étaient attachés avec beaucoup de mou pour s'adapter à l'excursion de la marée. L'émetteur GSM était monté sur un bateau voisin. Le suivi s'est déroulé sur un mois. Les deux capteurs ont donné des lectures systématiquement séparées par 28 unités qui représentaient la différence de pression dans un pied d'eau à cet endroit. La pression barométrique a été soustraite des données du capteur inférieur et divisée par 28 pour donner un équivalent en pied de la montée et de la chute de la surface de l'océan sur des périodes de 10 minutes. Le graphique ci-dessus donne la comparaison avec le graphique NOAA pour la même période de date. Le capteur/pieds de montée et de chute réels a été comparé au mouvement réel du quai et s'est avéré être précis à 1/2 pouce. Même avec l'utilisation élevée d'énergie du GSM qui transmet toutes les dix minutes, les panneaux solaires ont facilement répondu à la demande dans cet environnement de forêt tropicale sombre.

Étape 8: Plus

Les utilisations antérieures de ces capteurs par les sources déjà mentionnées étaient pour l'étude de la hauteur des vagues. Mes résultats provenaient d'un port calme avec une activité minimale des vagues entraînées par le vent, mais vous pouvez capturer ces données en augmentant la fréquence d'échantillonnage et en ayant des moyennes mobiles des résultats. Le système Lora fonctionne bien à des distances qui fourniraient un réseau maillé d'informations sur les vagues pour plusieurs emplacements le long d'une côte. Ce serait idéal pour ceux qui s'intéressent aux activités de surf. Le faible coût et la très petite taille de ces unités indépendantes faciliteraient l'élaboration des informations côtières. Actuellement, la capture d'informations sur les marées est une activité gouvernementale très compliquée et dépendante de l'infrastructure, mais cela peut changer avec l'adoption de dispositifs alternatifs. Blynk est maintenant programmé pour m'informer du prochain tsunami !