Boia inteligente - [Resumo]
Componentes e suprimentos
 |
| × | 1 | |||
 |
| × | 1 |
Sobre este projeto
Postagem do blog de resumo do Smart Buoy
Olá a todos! Este é um breve (ish) resumo do nosso projeto de boia inteligente. Vamos dividir a construção técnica em postagens separadas, para explicar:eletrônica, impressão 3D e painel.
Você vai Necessário
Para a construção completa da boia inteligente, você precisa de MUITAS coisas. Teremos a análise de materiais específicos necessários para cada estágio da construção no tutorial relevante, mas para algum contexto, aqui está a lista completa:
- Arduino Nano - Amazon
- Raspberry Pi Zero - Amazon
- Bateria (18650) - Amazon
- Painéis solares - Amazon
- diodos de bloqueio - Amazon
- Controlador de carga - Amazon
- Buck booster - Amazon
- Módulo GPS - Amazon
- GY-86 (acelerômetro, giroscópio, barômetro, bússola) - Amazon
- Sensor de temperatura da água - Amazonas
- Módulo de monitoramento de energia - Amazon
- Módulo de relógio em tempo real - Amazon
- Módulos de rádio - Amazon
- i ^ 2c módulo multiplexador - Amazon
- impressora 3D - Amazon
- filamento PETG - Amazon
- Epóxi - Amazon
- Tinta spray de primer - Amazon
- Corda - Amazon
- Flutuadores - Amazon
- Cola - Amazon
Todo o código usado pode ser encontrado em https://gitlab.com/t3chflicks/smart-buoy.
O que isso faz?
Os sensores a bordo da boia inteligente permitem medir:altura da onda, período da onda, potência da onda, temperatura da água, temperatura do ar, pressão do ar, tensão, uso atual e localização GPS. Em um mundo ideal, ele também teria medido a direção das ondas - com base nas medições que foi capaz de fazer, estávamos bem perto de fazê-lo funcionar. No entanto, acabou sendo muito complicado e, na verdade, é um grande problema na comunidade de pesquisa real. Se houver alguém que possa nos ajudar e sugerir uma maneira eficaz de obter medições da direção das ondas, informe-nos - adoraríamos saber como podemos fazer isso funcionar!
Todos os dados que a bóia coleta são enviados via rádio para uma estação base, que é um Raspberry Pi. Fizemos um painel para exibi-los usando o Vue JS.
Construir
Caixa da bóia
Esta bóia foi provavelmente a coisa mais difícil que imprimimos até agora. Havia tantas coisas a se levar em consideração já que seria no mar, exposto aos elementos e a muito sol. Falaremos mais sobre isso em outro episódio da série Smart Buoy. Em resumo:imprimimos uma esfera quase oca em duas metades. A metade superior possui ranhuras para os painéis solares e um orifício para a passagem de uma antena de rádio. A metade inferior tem um orifício para o sensor de temperatura passar e uma alça para amarrar uma corda.
Depois de imprimir a bóia com filamento PETG, lixamos, pintamos com spray um pouco de primer para preenchimento e aplicamos algumas camadas de epóxi.
Assim que a preparação da cápsula foi concluída, colocamos todos os componentes eletrônicos dentro e selamos o sensor de temperatura da água, antena de rádio e painéis solares usando uma pistola de cola. Por fim, selamos as duas metades com cola / adesivo StixAll (super cola para avião).
E então esperamos que fosse à prova d'água ...
Bóia Eletrônica
- Imagem do circuito completo para bóia
A boia tem muitos sensores a bordo e entraremos em detalhes sobre eles no tutorial relevante. Por se tratar de um resumo, tentaremos mantê-lo informativo, mas breve!
A bóia é alimentada por uma bateria 18650, que é carregada por quatro painéis solares de 5V. No entanto, apenas o relógio em tempo real está constantemente ligado. A bóia usa o pino de saída do relógio em tempo real para controlar um transistor, permitindo que a energia entre no resto do sistema. Quando o sistema é ligado, ele começa obtendo medições dos sensores - incluindo um valor de tensão do módulo de monitoramento de energia. O valor fornecido pelo módulo de monitoramento de energia determina por quanto tempo o sistema dorme antes de fazer o próximo conjunto de leituras. Um alarme é definido para este tempo, então o sistema desliga-se!
O próprio sistema é um monte de sensores e um módulo de rádio conectado a um Arduino. O módulo GY-86, RealTimeClock (RTC), módulo Power Monitor e multiplexador I2C se comunicam com o Arduino usando I2C. Precisávamos que o multiplexador I2C fosse necessário porque o GY-86 e o módulo RTC que usamos têm o mesmo endereço. O módulo multiplexador permite que você se comunique sem problemas extras, embora possa ser um pouco exagero.
O módulo de rádio se comunica via SPI. Originalmente, tínhamos um módulo de cartão SD também, mas ele causou tantas dores de cabeça devido ao tamanho da biblioteca SD que decidimos descartá-lo.
Dê uma olhada no código. É provável que você tenha algumas perguntas - provavelmente dúvidas persistentes também - e ficaríamos felizes em ouvi-las. Os tutoriais detalhados incluem explicações sobre o código, portanto, espero que eles tornem isso um pouco mais claro!
Tentamos separar logicamente os arquivos de código e usar um arquivo principal para incluí-los - um método que funcionou perfeitamente.
Eletrônica da estação base
- Imagem do circuito pi
A estação base é feita usando um Raspberry Pi Zero com um módulo de rádio conectado. Pegamos o invólucro em https://www.thingiverse.com/thing:1595429. Você é fabuloso, muito obrigado!
Depois de ter o código em execução no Arduino, é muito simples obter as medições no Raspberry Pi executando o código receive.py.
Um membro da equipe T3ch Flicks é um desenvolvedor web que aprendeu recentemente o Vue JS. Eles ficaram muito animados quando decidimos que precisávamos de um painel e nos surpreendeu ao fazer esse painel bastante legítimo.
Painel
Mostrar como fizemos o painel inteiro seria um pouco como uma Odisséia, porque foi um projeto muito longo e complicado. Se alguém quiser saber como fizemos isso, diga-nos - o desenvolvedor da web residente T3ch Flicks ficaria mais do que feliz em fazer um tutorial sobre isso!
Depois de colocar esses arquivos em um Raspberry Pi, você deve ser capaz de executar o servidor e ver o painel com os dados que chegam. Por motivos de desenvolvimento e para ver como o painel ficaria se fosse fornecido por dados bons e regulares, adicionamos um gerador de dados falso ao servidor. Execute-o se quiser ver como fica quando você tem mais dados.
Também explicamos isso com alguns detalhes em um episódio posterior.
Versão 2 ??
Problemas
Este projeto não é absolutamente perfeito - gostamos de pensar nele mais como um protótipo / prova de conceito. Embora o protótipo funcione em um nível fundamental:ele flutua, faz medições e é capaz de transmiti-las, há muito que aprendemos e mudaríamos para a versão dois:
- Nosso maior problema era não conseguir alterar o código da boia depois de fechá-la com cola. Isso foi realmente um lapso e poderia ser resolvido de forma muito eficaz com uma porta USB coberta com um selo de borracha. Isso, no entanto, teria adicionado uma outra camada de complexidade ao processo de impermeabilização de impressão 3D!
- Os algoritmos que usamos estavam longe de ser perfeitos. Nossos métodos para determinar as propriedades das ondas eram muito grosseiros e acabamos gastando muito do nosso tempo lendo matemática para combinar os dados do sensor do magnetômetro, acelerômetro e giroscópio. Não foi muito útil no final, mas achamos este vídeo interessante. Se alguém entende isso e está disposto a ajudar, achamos que poderíamos tornar essas medições muito mais precisas.
- Alguns dos sensores agiram um pouco estranhamente. O sensor de temperatura da água foi o que mais se destacou por ser particularmente duvidoso - às vezes quase 10 graus fora da temperatura real. A razão para isso pode ter sido apenas um sensor defeituoso ou algo o estava esquentando ...
Melhorias
O Arduino era bom, mas como mencionado antes, tivemos que descartar o módulo do cartão SD (que deveria ser o backup de dados se as mensagens de rádio não pudessem ser enviadas) devido a problemas de memória. Poderíamos mudá-lo para um microcontrolador mais poderoso como um Arduino Mega ou um Teensy ou apenas usar outro Raspberry Pi zero. No entanto, isso aumentaria o custo e o consumo de energia.
O módulo de rádio que usamos tem um alcance limitado de alguns quilômetros com linha de visão direta https://www.youtube.com/watch?v=57pdX6b0sfw. No entanto, com (muito) muitas bóias ao redor da ilha, poderíamos ter formado uma rede mesh, como https://www.youtube.com/watch?v=xb7psLhKTMA. Existem tantas possibilidades para transmissão de dados de longo alcance, incluindo lora, grsm. Se pudéssemos usar um desses, talvez uma rede mesh ao redor da ilha fosse possível!
Usando nosso Smart Buoy para pesquisa
Construímos e lançamos a bóia em Granada, uma pequena ilha no sul do Caribe. Enquanto estávamos lá, conversamos com o governo granadino, que disse que uma bóia inteligente como a que criamos seria útil para fornecer medições quantitativas das características da água. As medições automatizadas eliminariam alguns esforços e erros humanos e forneceriam um contexto útil para compreender as mudanças nas costas. O governo também sugeriu que fazer medições do vento também seria um recurso útil para seus objetivos. Não tenho ideia de como vamos administrar isso, então se alguém tiver alguma ideia ... Uma advertência importante é que embora seja um momento muito emocionante para a pesquisa costeira, particularmente envolvendo tecnologia, ainda há um longo caminho a percorrer antes que possa ser totalmente adotada .
Obrigado por ler a postagem no blog com o resumo da série smart buoy. Se você ainda não fez isso, dê uma olhada no vídeo sobre isso em nosso canal no YouTube. Na primeira parte da série, mostraremos como fizemos medições de ondas e temperatura. Se você gostou do nosso trabalho e gostaria de nos ajudar a fazer mais, seria incrível se você considerasse nos patrocinar no Patreon. Muito obrigado a Giacomo, que é nosso primeiro patrocinador do Patreon!
Confira a próxima postagem do blog onde mostramos como fazemos medições de ondas e temperatura https://create.arduino.cc/projecthub/t3chflicks/smart-buoy-making-wave-and-temperature-measurements-257ca1
Código
Repo Smart Buoy
https://gitlab.com/t3chflicks/smart-buoy
Esquemas
Processo de manufatura