Arduino氣象浮標(biāo)

其他功能

除了水安全之外，如果可以的話，我們還想增加一些額外的功能，尤其是利用 MKR IoT Carrier 上已有的傳感器。氣溫、濕度和壓力非常簡(jiǎn)單，所以我們將它們添加到我們的主循環(huán)中。MKR IoT Carrier 還有一個(gè)慣性測(cè)量單元 (IMU)，內(nèi)部有一個(gè)陀螺儀和加速度計(jì)。我想用IMU來看看水有多粗糙。為了了解波浪狀況，我確定了兩個(gè)指標(biāo)；波周期和波強(qiáng)度。

波周期是波峰之間的時(shí)間。波強(qiáng)度是波的強(qiáng)度。我們不能依靠來自 IMU 的單個(gè)數(shù)據(jù)集來測(cè)量波浪的周期和強(qiáng)度，因?yàn)槲覀儫o法知道 IMU 在波浪周期中測(cè)量的位置。代替瞬時(shí)測(cè)量，我們可以在短時(shí)間內(nèi)快速采樣 IMU 數(shù)據(jù)，然后對(duì)其進(jìn)行分析。這是我正在使用的方法。

IMU 采樣

要如上所述對(duì) IMU 進(jìn)行采樣，我們將需要兩個(gè)參數(shù)。我們希望多久收集一次數(shù)據(jù)，以及每次收集需要多長(zhǎng)時(shí)間。在我的代碼中，我在腳本開頭使用變量設(shè)置了這些值。如果我決定對(duì)他們不滿意，這可以很容易地在以后進(jìn)行更改。

// How long to wait between IMU collections (seconds)
int collectionInterval = 900;  // 15 minutes is 900 seconds
// How long do you want to wait between datapoints (milliseconds)
int imuDelay = 100; 
// How many data points to collect during each period
const int collectionTarget = 200;  // This should take ~20 seconds overall

收集數(shù)據(jù)點(diǎn)后，我們必須對(duì)它們進(jìn)行解碼。如果 MKR IoT Carrier 平行于水面安裝，我發(fā)現(xiàn) Z 加速度可以作為波浪強(qiáng)度的粗略估計(jì)。波前越尖銳，垂直加速度就越高。

在同一方向，Z 陀螺儀在每個(gè)波期間都經(jīng)過零。我們只需計(jì)算數(shù)據(jù)從正數(shù)變?yōu)樨?fù)數(shù)的次數(shù)，然后將收集時(shí)間（我們測(cè)量的時(shí)間）除以該數(shù)字。這為我們提供了波峰之間的近似平均時(shí)間。

void readIMU() {
 unsigned long startCollecting = millis(); // Record the start time
 int indexG = 0;
 int indexA = 0;
 int crossings = 0;
 float lastGZ = 0;
 float highA = 0;
 int updateOn = 10;
 updateDisplayIMU(0);
 // Continue collecting as long as you haven't reached the target
 while ((indexG < collectionTarget) || (indexA < collectionTarget)) {
   if (carrier.IMUmodule.gyroscopeAvailable()) {
     carrier.IMUmodule.readGyroscope(gyroX, gyroY, gyroZ);
     if ((lastGZ > 0 && gyroZ < 0) || (lastGZ > 0 && gyroZ < 0)) { 
       // Has the Z gyroscope crossed zero?
       crossings++; // If so, increment the counter
     }
     lastGZ = gyroZ; // Replace the last number
     indexG++; // Increment the index counter
   }
   if (carrier.IMUmodule.accelerationAvailable()) {
     carrier.IMUmodule.readAcceleration(acelX, acelY, acelZ);
     if (acelZ > highA) { // Is the Z component the highest recorded?
       highA = acelZ; // If so, replace it
     }
     indexA++; // Increment the index conter
   }
   if ((indexA == updateOn) || (indexG == updateOn)) { 
     // If 10 samples have passed
     updateDisplayIMU(updateOn); 
     // update the display with the remaining samples
     updateOn = updateOn + 10; // Increment the counter
   }
   ArduinoCloud.update();
   delay(imuDelay);
 }
 unsigned long stopCollecting = millis();
 // Use the collected data to find the wave characteristics
 float dT = (stopCollecting - startCollecting)/millisCorrection;
 waveIntensity = highA; 
 if (crossings > 0) { // Avoid dividing by zero 
   wavePeriod = dT/crossings;
 }
 else { // Make it an obviously wrong value 
   wavePeriod = -100;
 }
}

物聯(lián)網(wǎng)連接

我定期編寫的代碼包含ArduinoCloud.update();此函數(shù)是 ArduinoIoTCloud 庫的一部分，它會(huì)更新您在 IOT 云中設(shè)置項(xiàng)目期間定義的任何云連接變量。您可以在下面完整代碼的開頭看到我選擇連接到云的變量。我設(shè)置了一個(gè)簡(jiǎn)單的儀表板來監(jiān)控這些變量，如下所示。

儀表板變量

?

我設(shè)置了一個(gè)名為 unitSelector 的云連接布爾（真/假）變量，它連接到儀表板右下角的開關(guān)。默認(rèn)情況下，該變量設(shè)置為 true，當(dāng)浮標(biāo)通電或重置時(shí)，單位為公制。當(dāng)代碼讀取傳感器時(shí)檢查選擇器。

void readSensors() {
  // Humidity is the same in metric and imperial, so read it first
  airHumidity = carrier.Env.readHumidity();
  if (unitSelector) { // If reading metric units
    airTemp = carrier.Env.readTemperature();
    airPressure = carrier.Pressure.readPressure();
    deepWaterTemp = tempSensors.getTempCByIndex(deepwaterProbe);
    surfaceWaterTemp = tempSensors.getTempCByIndex(surfacewaterProbe);
  }
  else { // If reading imperial units
    airTemp = carrier.Env.readTemperature(FAHRENHEIT);
    airPressure = carrier.Pressure.readPressure(PSI);
    deepWaterTemp = tempSensors.getTempFByIndex(deepwaterProbe);
    surfaceWaterTemp = tempSensors.getTempFByIndex(surfacewaterProbe);
  }
  // Take the average water temperature
  avgWater = (deepWaterTemp + surfaceWaterTemp)/2;
}

unitSelector 還將安全水溫重新定義為適當(dāng)?shù)膯挝唬?9C 或 120F）。

最后的想法

本教程到此結(jié)束。浮標(biāo)可以安裝在任何東西中，從帶有熱膠的特百惠到定制的 3D 打印外殼。我住的地方現(xiàn)在是冬天，所以我還沒有機(jī)會(huì)制作外殼的原型。希望它很快就會(huì)變暖，可以讓它徹底運(yùn)行。