スマートブイ-[概要]

このプロジェクトについて

スマートブイの概要ブログ投稿

皆さんこんにちは！これは、私たちのスマートブイプロジェクトの簡単な要約です。テクニカルビルドを個別の投稿に分割して、電子機器、3D印刷、ダッシュボードについて説明します。

あなたは 必要

完全なスマートブイの構築には、たくさんのものが必要です。関連するチュートリアルで、ビルドの各段階に必要な特定の資料の内訳を示しますが、状況によっては、完全なリストを以下に示します。

• ArduinoNano-Amazon

• Raspberry PiZero-Amazon

• バッテリー（18650）-Amazon

• ソーラーパネル-Amazon

• ブロッキングダイオード-Amazon

• 充電コントローラー-Amazon

• バックブースター-Amazon

• GPSモジュール-Amazon

• GY-86（加速度計、ジャイロスコープ、気圧計、コンパス）-Amazon

• 水温センサー-Amazon

• パワーモニターモジュール-Amazon

• リアルタイムクロックモジュール-Amazon

• ラジオモジュール-Amazon

• i ^ 2cマルチプレクサモジュール-Amazon

• 3Dプリンター-Amazon

• PETGフィラメント-Amazon

• エポキシ-Amazon

• プライマースプレーペイント-Amazon

• ロープ-Amazon

• フロート-Amazon

• 接着剤-Amazon

使用されているすべてのコードは、https：//gitlab.com/t3chflicks/smart-buoyにあります。

それは何をしますか？

スマートブイに搭載されたセンサーにより、波高、波の周期、波力、水温、気温、気温、電圧、現在の使用状況、GPS位置を測定できます。理想的な世界では、波の方向も測定されていたでしょう。測定に基づいて、私たちはそれを機能させることに非常に近かったのです。しかし、それはかなり複雑であることが判明し、実際の研究コミュニティでは実際には大きな問題となっています。波の方向を測定するための効果的な方法を提案してくれる人がいたら、お知らせください。どのように機能させることができるかを理解したいと思います。

ブイが収集するすべてのデータは、無線を介してラズベリーパイである基地局に送信されます。 VueJSを使用してそれらを表示するダッシュボードを作成しました。

ビルド

ブイケーシング

このブイは、おそらくこれまでに印刷した中で最も難しいものでした。それが海にあり、要素とたくさんの太陽にさらされることになるので、考慮すべきことが非常にたくさんありました。これについては、SmartBuoyシリーズの別のエピソードで詳しく説明します。簡単に言うと、ほぼ中空の球を2つに分割して印刷しました。上半分には、ソーラーパネル用のスロットとラジオアンテナ用の穴があります。下半分には、温度センサーを通すための穴と、ロープを結ぶためのハンドルがあります。

PETGフィラメントを使用してブイを印刷した後、ブイを研磨し、フィラープライマーをスプレー塗装してから、エポキシを2層重ねました。

シェルの準備が完了したら、すべての電子機器を内部に配置し、接着剤ガンを使用して水温センサー、無線アンテナ、ソーラーパネルを密閉しました。最後に、2つの半分をStixAll接着剤/接着剤（スーパー飛行機用接着剤）で密封しました。

そして、それが防水であることを望みました…

ブイエレクトロニクス

• ブイの全回路の写真

ブイには多くのセンサーが搭載されており、関連するチュートリアルでこれらについて詳しく説明します。これは要約であるため、この情報を提供するように努めますが、簡潔に説明します。

ブイは18650バッテリーで駆動され、4枚の5Vソーラーパネルで充電されます。ただし、リアルタイムクロックのみが常に電力を供給されます。ブイはリアルタイムクロックの出力ピンを使用してトランジスタを制御し、システムの残りの部分に電力を供給できるようにします。システムの電源がオンになると、センサーから測定値を取得することから始まります。これには、電力モニターモジュールからの電圧値も含まれます。電力モニターモジュールによって指定された値は、次の一連の読み取りを行う前にシステムがスリープする時間を決定します。この時間にアラームが設定されると、システムは自動的にオフになります！

システム自体は、Arduinoに接続された多くのセンサーと無線モジュールです。 GY-86モジュール、RealTimeClock（RTC）、Power Monitorモジュール、およびI2Cマルチプレクサーはすべて、I2Cを使用してArduinoと通信します。使用したGY-86とRTCモジュールのアドレスが同じであるため、I2Cマルチプレクサが必要でした。マルチプレクサモジュールを使用すると、少しやり過ぎかもしれませんが、余分な手間をかけずに通信できます。

無線モジュールはSPIを介して通信します。元々はSDカードモジュールもありましたが、SDライブラリのサイズが原因で多くの頭痛の種が発生したため、廃棄することにしました。

コードを見てください。いくつかの質問がある可能性があります-おそらく長引く疑問もあります-そして私たちはそれらを聞いてうれしいです。詳細なチュートリアルにはコードの説明が含まれているので、少しわかりやすくなることを願っています！

コードファイルを論理的に分離し、メインファイルを使用してそれらを含めることを試みました。これは完全に機能する方法です。

ベースステーションエレクトロニクス

• 円周率回路の写真

ベースステーションは、無線モジュールが接続されたRaspberry PiZeroを使用して作成されています。ケーシングはhttps://www.thingiverse.com/thing:1595429から入手しました。あなたは素晴らしいです、どうもありがとう！

Arduinoでコードを実行したら、receive.pyコードを実行してRaspberryPiで測定値を取得するのは非常に簡単です。

T3ch Flicksチームのメンバーの1人は、最近VueJSを学んだWeb開発者です。ダッシュボードが必要だと判断したとき、彼らは非常に興奮し、このかなり合法的なダッシュボードを作成して私たちを驚かせました。

ダッシュボード

ダッシュ全体をどのように作成したかを示すのは、かなり長くて複雑なプロジェクトだったので、ちょっとしたオデッセイになります。誰かが私たちのやり方を知りたければ、私たちに知らせてください-T3ch Flicksの常駐Web開発者は、これに関するチュートリアルを喜んでやってくれるでしょう！

これらのファイルをRaspberryPiに配置すると、サーバーを実行して、データが入ってくるダッシュボードを確認できるようになります。開発上の理由から、ダッシュボードが適切な通常のデータによって提供された場合にどのように表示されるかを確認できます。サーバーに偽のデータジェネレーターを追加しました。より多くのデータがあるときにどのように見えるかを確認したい場合は、これを実行してください。

これについては、後のエピソードで詳しく説明します。

バージョン2 ??

問題

このプロジェクトは完全ではありません。プロトタイプ/概念実証として考えたいと思います。プロトタイプは基本的なレベルで機能します。つまり、浮遊し、測定を行い、それらを送信することができますが、私たちが学んだことはたくさんあり、バージョン2では変更されるでしょう：

• 私たちの最大の問題は、ブイを接着して閉じた後、ブイのコードを変更できないことでした。これは本当に少し見落としであり、ゴム製のシールで覆われたUSBポートで非常に効果的に解決できました。ただし、これにより、3Dプリントの防水プロセスがさらに複雑になります。

• 使用したアルゴリズムは完璧にはほど遠いものでした。波の特性を決定するための私たちの方法はかなり粗雑であり、磁力計、加速度計、およびジャイロスコープからのセンサーデータを組み合わせるための数学を読むことに多くの時間を費やすことになりました。最終的にはあまり役に立ちませんでしたが、この興味深いビデオを見つけました。誰かがこれを理解し、喜んで手伝ってくれるなら、私たちはこれらの測定をはるかに正確にすることができると思います。

• 一部のセンサーは少し奇妙に動作しました。水温センサーは、特に危険なものとして際立っていたものでした-時々実際の温度からほぼ10度外れました。これは、センサーが不良であるか、何かがセンサーを加熱していることが原因である可能性があります...

改善

Arduinoは良かったのですが、前述のように、メモリの問題のためにSDカードモジュール（無線メッセージを送信できなかった場合のデータバックアップであるはずでした）を廃棄する必要がありました。 Arduino MegaやTeensyのようなより強力なマイクロコントローラーに変更するか、別のRaspberry Pizeroを使用することができます。ただし、これによりコストと電力消費が増加します。

私たちが使用した無線モジュールの範囲は数キロメートルに制限されており、直接見通し線がありますhttps://www.youtube.com/watch?v=57pdX6b0sfw。ただし、島の周りに（非常に）多くのブイがあれば、https：//www.youtube.com/watch？v =xb7psLhKTMAなどのメッシュネットワークを形成できたはずです。 lora、grsmなど、データの長距離伝送には非常に多くの可能性があります。これらのいずれかを使用できれば、島の周りのメッシュネットワークが可能になるかもしれません！

スマートブイを研究に使用する

南カリブ海の小さな島、グレナダにブイを建設して打ち上げました。私たちがそこにいる間、私たちはグレナダ政府と話をしました。グレナダ政府は、私たちが作成したようなスマートブイが水の特性の定量的測定を提供するのに役立つだろうと言いました。自動測定は、人的労力と人為的ミスを排除し、変化する海岸を理解するための有用なコンテキストを提供します。政府はまた、風の測定を行うことも彼らの目的のために役立つ機能になるだろうと提案しました。それをどのように管理するのかわからないので、誰かアイデアがあれば…重要な注意点は、沿岸研究、特に技術を含む非常にエキサイティングな時期ですが、完全に採用されるまでには長い道のりがあるということです。 。

スマートブイシリーズの概要ブログ投稿をお読みいただきありがとうございます。まだご覧になっていない場合は、YouTubeチャンネルでこのビデオをご覧ください。シリーズのパート1では、波と温度の測定方法を紹介します。あなたが私たちの仕事を楽しんで、私たちがもっと多くのことをするのを手伝いたいのなら、Patreonで私たちを後援することを検討するなら素晴らしいでしょう。 Patreonの最初のスポンサーであるGiacomoに感謝します！

波と温度の測定方法を示す次のブログ投稿をチェックしてくださいhttps://create.arduino.cc/projecthub/t3chflicks/smart-buoy-making-wave-and-temperature-measurements-257ca1

コード

スマートブイレポ

https://gitlab.com/t3chflicks/smart-buoy

回路図