Bell Sifoni vihmamõõtur: 8 sammu (koos piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

Selle täiustatud versioon on PiSiphon Rain Gauge

Traditsiooniliselt mõõdetakse sademeid käsitsi vihmaanduriga.

Automatiseeritud ilmajaamad (sealhulgas IoT ilmajaamad) kasutavad tavaliselt kallutusämbreid, akustilisi disdromeetreid või laserdisomeetreid.

Kallutamiskoppidel on liikuvad osad, mida saab ummistada. Need on kalibreeritud laborites ega pruugi tugevate vihmahoogude korral õigesti mõõta. Disdromeetrid võivad vaeva näha väikeste tilkade või sademete kogumisega lumest või udust. Disdromeetrid nõudsid ka keerulisi elektroonika- ja töötlemisalgoritme, et hinnata tilkade suurust ning teha vahet vihma, lume ja rahe vahel.

Ma arvasin, et Bell Sifhon Rain mõõtur võib olla kasulik mõne ülaltoodud probleemi lahendamiseks. Bell Sifoni saab hõlpsasti printida tavalisele FDM 3D -printerile (odavaid ekstruudereid, nagu RipRaps ja Prusas).

Bell Sifoneid kasutatakse sageli akvapoonikas ja akvaariumides, et automaatselt tühjendada mahuteid, kui veetase jõuab teatud kõrgusele. Paagi tühjendamiseks suhteliselt kiiresti kasutatakse ainult loodusjõude. Sifoonil pole liikuvaid osi.

Kell -sifooni vihmamõõtur sisaldab kahte sondi, mis on üksteise lähedale ühendatud (kuid mitte üksteisega kokku puutudes) kella sifooni väljalaskeavaga. Sondide teised otsad on ühendatud vaarika pi GPIO tihvtidega. Üks tihvt on väljundtihvt, teine tihvt sisendnõel. Kui vihmamõõtur sisaldab teatud kogust vett, tühjendavad loodusjõud mõõturi. Vesi voolab läbi sondide kellukese sifooni väljalaskeavast ja GPIO sisendpoldil registreeritakse kõrge. See sifoonitoiming salvestab minu kellukujulise disaini abil umbes 2,95 grammi (ml). 2,8 grammi vett võrdub +/- 0,21676 mm vihmaga, kui kasutatakse minu vihmamõõtu lehtri läbimõõduga 129 mm. Pärast igat sifoonitoimingut (vee vabanemise sündmus) saab sisendpoldist väljund ja väljundist sisend, mis hoiab ära võimaliku elektrolüüsi.

Selle projekti eesmärk on pakkuda andurit, mida tinistajad saaksid kasutada riistvara ilmajaamade külge kinnitamiseks. Seda andurit testiti vaarika pi peal, kuid töötama peaksid ka teised mikrokontrollerid.

Kell -sifoonide paremaks mõistmiseks vaadake seda

Samm: mida vajate

1. Üks vaarika pi.
2. 3D-printer- (kellukese Sifooni printimiseks. Ma esitan oma kujunduse. Võite selle ka trükiteenusesse viia)
3. Vana vihmamõõturi lehter (Või võite selle printida. Ma esitan oma kujunduse.)
4. 2 X seibid sondidena (5x25x1.5 mm minu disaini jaoks)
5. Leivalaud (testimiseks valikuline).
6. Mõned Pythoni oskused aitavad, kuid kogu kood on olemas.
7. Elektrooniline kaal kalibreerimise peenhäälestamiseks. Kasutada võib ka suurt süstalt (60 ml).
8. Veekindel korpus vaarika pi jaoks.
9. Super liim
10. 2 alligaatorhüppajat ja 2 meessoost naissoost hüppajat
11. 110 mm PVC toru, +/- 40 cm pikk

2. etapp: KUJUNDAGE JA PRINTIGE KELLELIFON

Lisage leidke minu disain Autocad123D ja STL vormingus. Kujundusega saate mängida, kuid kujunduse muutmine võib tekitada lekkiva ja mittetoimiva kellasifooni. Minu oma trükiti XYZ DaVinci AIO -le. Toed on juba disaini kaasatud, seega ei pruugi lisatugesid vaja minna. Valisin paksud kestad, 90% täitematerjali, 0,2 mm kõrgused. Kasutatakse ABS -hõõgniiti, kuna PLA laguneb õues. Pärast lehtri printimist kandke sellele akrüülpihusti, et kaitsta seda elementide eest. Hoidke akrüülpihustus kellukese sisemusest eemal, kuna see võib pihustada veevoolu sifoonis. Ärge andke sifoonile atsetoonivanni

Ma ei katsetanud veel vaiguprintereid. Kui kasutate vaiku, peate vaiku päikese eest kaitsma, et vältida sifooni väärarenguid.

(See disain on originaali täiustus: versiooni kuupäev 27. juuni 2019)

Samm 3: Sifooni kokkupanek

Uurige lisatud pilte. Kõigi esemete kinnitamiseks kasutage superliimi. Pidage meeles, et superliim ei ole juhtiv ja kõik teie kontaktpunktid peaksid superliimist puhtad olema. Kasutasin oma vaarikapiiril sondide (seibide) isaste ja naissoost džempritega ühendamiseks alligaatorhüppajaid. Üks sond tuleks ühendada GPIO 20 -ga, teine - 21. Selle vooluahela puhul pole takistid vajalikud. Üriliimi kasutamisel proovige sond veekindlaks muuta. Ränigeel võib samuti aidata.

Ärge katke oma sifooni veel 110 mm PVC toruga, kõigepealt tuleb seda testida.

Samm 4: Sondi testimine

Looge oma kataloogi fail "rain_log.txt", kuhu soovite oma püütoni koodi salvestada.

Avage oma lemmik python IDE ja tippige sinna järgmine kood. Salvestage see nimega siphon_rain_gauge2.py. Käivitage püütoni kood. Lisage lehtrile kunstlikku vihma. Veenduge, et iga kord, kui sifoon vett välja laseb, on üks ja ainult üks arv. Kui Sifoon loeb valesti, vaadake tõrkeotsingu jaotist.

#Kell-sifooni vihmamõõtur

#Arendanud JJ Slabbert print ("Bell Sifoni vihmamõõtur ootab mõnda tilka …") impordi gpiozero impordi aeg r = 0,21676 #See on kalibreeritud sademete hulk sifooni vabastamise kohta. t = 0 #Kogusademed): sifoon = gpiozero. Nupp (21, vale) väljund = gpiozero. LED (20) output.on () else: siphon = gpiozero. Button (20, False) output = gpiozero. LED (21) output.on () siphon.wait_for_press () n = n+1 t = t+r localtime = time.asctime (time.localtime (time.time ())) print ("Vihma sajab kokku:"+str (float (t))+" mm "+lokaalne aeg) f.write (str (t)+", "+localtime+" / n ") siphon.close () output.close () time.sleep (1.5)

5. samm: ARVUTUSED JA KALIBREERIMINE

Miks mõõdetakse sademeid vahemaana? Mida tähendab 1 millimeetrine vihm? Kui teie kuubik oli 1000 mm X 1000 mm X 1000 mm või 1 m X 1 m X 1 m, on kuubi sügavus 1 mm vihmavett, kui jätsite selle vihma korral õue. Kui tühjendate selle vihma 1 -pesalises pudelis, täidab see pudeli 100 % ja vesi mõõdab samuti 1 kg. Erinevatel vihmamõõturitel on erinevad valgalad.

Ka 1 grammi vett on tavaline 1 ml.

Kui kasutate minu kujundust lisana, ei pruugi kalibreerimine olla vajalik.

Vihmamõõturi kalibreerimiseks võite kasutada kahte meetodit. Mõlema meetodi puhul kasutage väljaannete (sifoonitoimingute) loendamiseks rakendust python (eelmine samm). Veenduge, et iga kord, kui sifoon vett välja laseb, on üks ja ainult üks arv. Kui Sifoon loeb valesti, vaadake tõrkeotsingu jaotist

Esimene meetod: kasutage olemasolevat (kontroll) vihmaandurit

Selle meetodi toimimiseks peab teie kellukese sifoonilehtri pindala olema sama, mis juhtnupuga. Looge oma sifoonilehtri kohale kunstlik vihm ja loendage väljalaskmiste arv pythoniga. Koguge kogu sifooni abil eralduv vesi. oma juhtimismõõdikus. Pärast umbes 50 väljalasket (sifoneerimistoimingud) mõõtke sademeid kontrollvihmamõõdikus

Olgu R keskmine sademete hulk millimeetrites sifoneerimistoimingu kohta

R = (kogu sademete hulk kontrollmõõdikus)/(sifoonitoimingute arv)

Teine meetod: kaaluge sademeid (vajate elektroonilist skaalat)

Olgu R keskmine sademete hulk millimeetrites sifoneerimistoimingu kohta

Olgu W vee kaal grammi või milliliitri kohta

Olgu A lehtri valgala

R = (Wx1000)/A

Kalibreerimiseks kasutage süstalt, et süstida aeglaselt vett kellukese sifooni. Püüdke vesi teadaoleva kaaluga klaasi. Jätkake vee süstimist, kuni sifoon tühjendab ennast vähemalt 50 korda. Kaaluge klaasis olev vesi. Arvutage iga kord, kui sifoon eraldab vett, välja lastud vee keskmine kaal (W). Minu disaini jaoks oli see umbes 2,95 grammi (ml). Minu lehtri jaoks läbimõõduga 129 mm ja raadiusega 64,5 mm

A = pi*(64,5)^2 = 13609,8108371

R = (2,95*1000) /13609,8108371

R = 0,21676

Kui teil pole elektroonilist skaalat, võite lihtsalt kasutada suurt (60 ml/grammi) süstalt. Lihtsalt loendage sifoonivee väljalaskmiste arv

W = (süstla maht mm)/(sifoonivee väljalaskmiste arv)

Värskendage pythoni rakendust uue R väärtusega.

Bell Sifoonil (minu disain) kulub kogu vee vabastamiseks umbes 1 sekund. Rusikareeglina vabaneb ka vabastamise ajal sifooni sisenev vesi. See võib mõjutada mõõtmiste lineaarsust tugeva vihma ajal. Parem statistiline mudel võib hinnanguid parandada.

6. samm: minge väljale

Pange oma kokkupandud kellasifoon ja lehter sobivasse ümbrisesse. Kasutasin 110 mm PVC toru. Veenduge ka, et teie ühendatud vaarika pi oleks veekindlas korpuses. Minu PI toiteallikaks on demo eesmärgil toitepank, kuid tuleb kasutada korralikku välist toiteallikat või päikesesüsteemi.

Kasutasin tahvelarvuti kaudu PI -ga ühenduse loomiseks VNC -d. See tähendab, et saan oma installi sademeid kõikjalt jälgida.

Looge kunstlik vihm ja vaadake, kuidas andur toimib.

Samm: tõrkeotsing

1) Probleem: kui ma loen sifooni väljalaskeid pythoni rakendusega, loeb rakendus lisaväljaandeid.

Nõuanne: teie kellade sifooni sondid võivad sulgeda ja nende vahele on jäänud veetilk.

2) Probleem: vesi tilgub läbi sifooni.

Nõuanne: see on disainiviga. Parandage disaini. Sifooni väljalaske raadius on tõenäoliselt liiga suur. Mõni teadlase abi võib aidata. Kui kujundasite oma kellasifooni, proovige minu pakutut. Vabastamise "tõmbejõu" parandamiseks võite sifooni väljalaskeava külge kinnitada ka lühikese (15 cm) kalapaagitoru.

3) Probleem: sondid ei võta kõiki sifooni väljalaskeid.

Nõuanne: Puhastage sondid kõrvapulgaga. Kontrollige kõiki kaabliühendusi. Teie sondidel võib olla liimi. eemaldage see peene täpsusviiliga.

4) Probleem: minu sifooni väljalasked on kõik õigesti loetud, kuid sademete hinnang on vale.

Nõuanne: peate anduri uuesti kalibreerima. Kui teie hinnangud on väiksemad, tuleb r (sademete arv ühe sifoonitoimingu kohta) suurendada.

8. samm: tulevased täiustused ja testimine

1. Kuldplaat sondid (seibid). See aitab taas võimalikku korrosiooni.
2. Asendage sondid laserdioodi ja fototakistiga.
3. Parandage hindamismudelit. Lihtne lineaarne mudel ei pruugi tugeva vihma korral sobida.
4. Suure tihedusega vihma mõõtmiseks võib esimese alla (väljalaskeava juurde) lisada teise suurema Bell Sifoni.
5. GUI jaoks soovitan Caynne IOT -i.

Märkus. Avaldatud on suur parandus. Vaadake PiSifoni vihmamõõtu