Smart Buoy Projekt: Bau, Elektronik, 3D-Druck & Dashboard

Komponenten und Zubehör

Arduino Nano R3	×	1
Raspberry Pi Zero Wireless	×	1

Über dieses Projekt

Smart Buoy – Zusammenfassender Blog-Post

Kurze Zusammenfassung unseres Smart Buoy Projekts. Technischer Aufbau wird in separaten Posts detailliert: Elektronik, 3D-Druck, Dashboard.

Benötigte Materialien (Gesamtliste)

• Arduino Nano, Raspberry Pi Zero
• 18650 Akku, Solarpanels, Blocking-Dioden, Laderegler, Buck-Booster
• GPS-Modul, GY-86 (IMU: Beschleunigung, Gyro, Barometer, Kompass)
• Wassertemperatursensor, Leistungsmonitor, RTC-Modul
• Funkmodule, I²C-Multiplexer
• 3D-Drucker, PETG-Filament, Epoxidharz, Primer-Spray
• Seil, Schwimmkörper, Kleber

Gesamter Code: GitLab Repository

Funktionsumfang

Die Sensoren messen: Wellenhöhe, Wellenperiode, Wellenleistung, Wasser-/Lufttemperatur, Luftdruck, Spannung, Stromverbrauch, GPS-Position. Wellenrichtung war angestrebt, aber komplex (aktives Forschungsgebiet – Hinweise willkommen!).

Daten werden per Funk an Basisstation (Raspberry Pi) gesendet. Dashboard in Vue.js erstellt.

Aufbau

Bojen-Gehäuse

Anspruchsvollster 3D-Druck bisher: Meer, Sonne, Elemente. Zwei Hälften einer fast hohlen Kugel. Obere Hälfte: Slots für Solarpanels, Loch für Funkantenne. Untere Hälfte: Loch für Temperatursensor, Griff für Seil.

Nach Druck (PETG): Schleifen, Filler-Primer lackieren, 2× Epoxidharz. Elektronik einbauen, Sensoren/Antenne/Solar mit Heißkleber abdichten, Hälften mit StixAll (Superkleber) verkleben. Dann hoffen, dass es wasserdicht ist…

Bojen-Elektronik

Stromversorgung: 18650 Akku, geladen von 4× 5V Solarpanels. Nur RTC dauerhaft mit Strom. RTC-Output steuert Transistor für Rest-System. Aufwachen → Sensoren lesen (inkl. Spannung via Power Monitor) → Sleep-Dauer basierend auf Akkustand berechnen → Alarm setzen → Abschalten.

Kommunikation: GY-86, RTC, Power Monitor, I²C-Mux über I²C (Mux nötig, da GY-86 & RTC gleiche Adresse). Funkmodul per SPI. SD-Karte wurde wegen RAM-Problemen (Library-Größe) gestrichen.

Code ist modular in mehrere Dateien aufgeteilt, Hauptdatei inkludiert sie – bewährte Methode.

Basisstation-Elektronik

Code auf Arduino flashen, auf Pi receive.py starten – Daten empfangen.

Unser Web-Entwickler (Vue.js) baute ein ansprechendes Dashboard.

Dashboard

Vollständige Dashboard-Erstellung wäre ein eigenes Tutorial (Vue.js, Server, Fake-Data-Generator für Tests). Auf Pi deployen, Server starten → Live-Daten. Details in späterem Post.

Version 2 – Lessons Learned & Verbesserungen

Probleme

• Code nicht mehr änderbar nach Verkleben – USB-Port mit Gummidichtung wäre Lösung, aber wasserdichter 3D-Druck komplexer.
• Algorithmen ungenau – Welleneigenschaften nur grob berechnet. Sensorfusion (Magnetometer + Accel + Gyro) mathematisch anspruchsvoll. Interessantes Video dazu – Hilfe willkommen!
• Sensoren unzuverlässig – Wassertemperatursensor zeitweise ~10° Abweichung (defekt oder Eigenheizung?).

Verbesserungen

• Stärkerer µC (Arduino Mega, Teensy, weiterer Pi Zero) für SD-Card-Backup & mehr RAM – aber höherer Stromverbrauch/Kosten.
• Reichweitenstärkere Funktechnik (LoRa, GSM) statt kurzer Reichweite (~km mit Sichtverbindung). Mesh-Netzwerk bei vielen Buoys möglich (Beispiel).

Forschungseinsatz

Getestet in Grenada (Karibik). Regierung interessiert: Quantitative Wasser-Messungen automatisieren, menschliche Fehler reduzieren, Küstenwandel verstehen. Windmessung als gewünschtes Feature genannt.

Wichtig: Technologie für Küstenforschung vielversprechend, aber bis zur vollen Adoption noch weiter Weg.

Danke fürs Lesen! Video auf YouTube. Nächster Post: Wellen- & Temperatursmessung. Support via Patreon willkommen (Danke an Giacomo, ersten Sponsor!).

Nächster Post: Wellen- & Temperatursmessung

Code & Schaltpläne

Repository: gitlab.com/t3chflicks/smart-buoy