Ultraheli vihmamõõtur: Raspebbery Pi avatud ilmajaam: 1. osa: 6 sammu

2025 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2025-01-23 14:40

Kaubanduslikud asjade Interneti (asjade Interneti) ilmajaamad on kallid ja pole saadaval igal pool (nagu Lõuna -Aafrikas). Äärmuslikud ilmastikutingimused tabavad meid. SA kogeb aastakümnete suurimat põuda, maa kuumeneb ja põllumehed näevad vaeva, et toota kasumit, ilma valitsuse tehnilise või rahalise toeta kaubanduslikele põllumajandustootjatele.

Ümberringi on mõned Raspberry Pi ilmajaamad, näiteks see, mille Raspberry Pi Foundation ehitab Ühendkuningriigi koolidele, kuid see pole üldsusele saadaval. Olemas on palju sobivaid andureid, mõned analoogid, mõned digitaalsed, mõned tahkes olekus, mõned liikuvate osadega ja mõned väga kallid andurid, näiteks ultraheli anemomeetrid (tuule kiirus ja suund)

Otsustasin ehitada avatud lähtekoodiga, riistvaraga ilmajaama, mille osad on Lõuna -Aafrikas üldiselt saadaval, võib olla väga kasulik projekt ja mul on palju nalja (ja raskeid peavalusid).

Otsustasin alustada tahke olekuga (ilma liikuvate osadeta) vihmamõõturiga. Traditsiooniline kallutamiskopp ei avaldanud mulle selles etapis muljet (isegi arvasin, et ma pole seda kunagi kasutanud). Nii et ma arvasin, et vihm on vesi ja vesi juhib elektrit. On palju analoogtakistusandureid, mille takistus väheneb, kui andur puutub kokku veega. Ma arvasin, et see on ideaalne lahendus. Kahjuks kannatavad need andurid igasuguste kõrvalekallete all, nagu elektrolüüs ja deoksüdatsioon ning nende andurite näidud olid ebausaldusväärsed. Ma isegi ehitan oma roostevabast terasest sondid ja väikese trükkplaadi koos releedega, et tekitada vahelduv alalisvool (konstant 5 volti, kuid vahelduvad positiivsed ja negatiivsed poolused), et kõrvaldada elektrolüüs, kuid näidud olid endiselt ebastabiilsed.

Minu viimane valik on ultraheli andur. See andur, mis on ühendatud gabariidi ülaosaga, saab mõõta kaugust veetasemeni. Minu üllatuseks olid need andurid väga täpsed ja väga odavad (vähem kui 50 ZAR või 4 USD)

1. samm: vajalikud osad (1. samm)

Te vajate järgmist

1) 1 Raspberry Pi (mis tahes mudel, ma kasutan Pi 3)

2) 1 leivapuu

3) Mõned hüppajakaablid

4) Ühe oomi takisti ja kahe (või 2,2) oomi takisti

5) Vana pikk tass vihma hoidmiseks. Trükkisin oma (pehme koopia saadaval)

6) Vana käsitsi vihmamõõturi jäädvustamise osa (Või saate ise kujundada ja selle printida)

7) Mõõteseadmed milliliitrite mõõtmiseks või skaala vee kaalumiseks

8) Ultraheli andur HC-SR04 (lõuna-aafriklased saavad neid Communicast)

2. samm: ahela ehitamine (2. samm)

Leidsin väga kasuliku juhendi, mis aitaks mul vooluringi üles ehitada ja selle projekti jaoks pythoni skripte kirjutada. See skript arvutab kaugused ja te kasutate seda mõõteseadme paagi ülaosas asuva anduri ja veetaseme vahelise kauguse arvutamiseks

Selle leiate siit:

www.modmypi.com/blog/hc-sr04-ultrasonic-range-sensor-on-the-raspberry-pi

Uurige seda, ehitage oma vooluring, ühendage see oma pi -ga ja mängige püütoni koodiga. Veenduge, et olete pingejaguri õigesti ehitanud. GPIO 24 ja GND vahel kasutasin 2,2 oomi takistit.

3. samm: ehitage oma gabariit (3. samm)

Saate oma mõõturi printida, kasutada olemasolevat mõõdikut või tassi. HC-SR04 andur kinnitatakse mõõturi põhimahuti ülaossa. Oluline on veenduda, et see jääb kogu aeg kuivaks.

Oluline on mõista oma HC-SR04 anduri mõõtenurka. Te ei saa seda traditsiooniliste vihmamõõturite abil koonuse ülaosale kinnitada. I tavaline silindriline tass teeb. Veenduge, et see oleks piisavalt lai, et korralik helilaine jõuaks põhja. Ma arvan, et 75 x 300 mm PVC toru sobib. Et kontrollida, kas signaal läbib teie silindrit ja korralikult tagasi põrkub, mõõtke joonlauaga kaugus tsensorist ballooni põhjani, võrrelge seda mõõtmist kaugusega, mille saate andurist TOF (lennu aeg) Põhja.

4. samm: arvutused ja kalibreerimine (4. samm)

Mida tähendab 1 millimeetrine vihm? Üks mm vihma tähendab, et kui teie kuubik oli 1000 mm X 1000 mm X 1000 mm või 1 m X 1 m X 1 m, on kuubiku sügavus 1 mm vihmavett, kui jätsite selle vihma korral õue. Kui tühjendate selle vihma 1 -liitrises pudelis, täidab see pudeli 100 % ja vesi mõõdab ka 1 kg. Erinevatel vihmamõõturitel on erinevad valgalad. Kui teie gabariidi valgala oli 1 m x 1 m, on see lihtne.

Ka 1 grammi vett on tavaline 1 ml

Sademete arvutamiseks mõõturist millimeetrites saate pärast vihmavee kaalumist teha järgmist.

W on sademete mass grammides või milliliitrites

A on teie valgala ruut mm

R on teie kogu sademete hulk millimeetrites

R = W x [(1000 x 1000)/A]

HC-SR04 kasutamisel W määramiseks on kaks võimalust (R arvutamiseks on vaja W).

Meetod: kasutage lihtsat füüsikat

Mõõtke anduriga kaugus HC-SR-st mõõdiku põhjani (tegite seda ka eelmises etapis), kasutades TOF (lennu aeg) arvutusi pythoni skriptis saidilt https://www.modmypi. com/blog/hc-sr04-ultraheli-vahemiku andur-on-the-vaarikas-pi Helista sellele CD-le (silindri sügavus)

Mõõtke silindri sisemise põhja pindala mis tahes sobiva ruutmeetriga. Nimetage seda IA -ks.

Nüüd visake silindrisse 2 ml vett (või mis tahes sobivat kogust). Hinnake meie anduri abil kaugust uue veetasemeni millimeetrites, Cal see Dist_To_Water).

Vee sügavus (WD) millimeetrites on:

WD = CD - Dist_To_Water (või ballooni sügavus miinus kaugus tsensorist veetasemeni)

Vee hinnanguline kaal ei ole

W = WD x IA ml või grammides (pidage meeles, et 1 ml vee kaal on 1 gramm)

Nüüd saate hinnata sademeid (R) millimeetrites, kasutades W x [(1000 x 1000)/A], nagu eelnevalt selgitatud.

Meetod: kalibreerige arvesti statistika abil

Kuna HC-SR04 pole täiuslik (võib esineda vigu), tundub, et see on teie silindri sobivuse mõõtmisel vähemalt konstantne.

Koostage lineaarne mudel, mille anduri näidud (või anduri kaugused) on sõltuvad muutujad ja vee süstitud kaalud sõltuva muutujana.

5. samm: tarkvara (5. samm)

Selle projekti tarkvara on alles väljatöötamisel.

Pythoni skriptid saidil https://www.modmypi.com/blog/hc-sr04-ultrasonic-range-sensor-on-the-raspberry-pi peaksid olema kasutatavad.

Attach on kasulikud mõned minu poolt välja töötatud pythonirakendused (üldine avalik litsents).

Plaanin hiljem kogu ilmajaama jaoks välja töötada veebiliidese. Attach on mõned minu programmid, mida kasutatakse arvesti kalibreerimiseks ja anduri näitude tegemiseks

Kasutage manomeetri statistiliseks kalibreerimiseks manuskalibreerimise skripti. Importige analüüsimiseks andmed arvutustabelisse.

6. samm: veel tegemata (6. samm)

Paagi tühjendamiseks on vaja solenoidventiili (anduri lähedal)

Esimest paari vihmapiisku ei mõõdeta alati õigesti, eriti kui gabariit pole korralikult tasandatud. Ma töötan välja disdro mõõturit, et need tilgad õigesti tabada. Disdro minu tulevik järgmine.

Lisage teine ultraheliandur, et mõõta temperatuuri mõju TOF -ile. Varsti postitan selle kohta värskenduse.

Leidsin järgmise ressursi, mis võib aidata

www.researchgate.net/profile/Zheng_Guilin3/publication/258745832_An_Innovative_Principle_in_Self-Calibration_by_Dual_Ultrasonic_Sensor_and_Application_in_Rain_Gauge/links/540d53e00cf2f2b29a38392b/An-Innovative-Principle-in-Self-Calibration-by-Dual-Ultrasonic-Sensor-and-Application-in- Vihmamõõtur.pdf