Harangszifon esőmérő: 8 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:41

Ennek továbbfejlesztett változata a PiSiphon Rain Gauge

Hagyományosan a csapadékot kézi esőmérővel mérik.

Az automatizált időjárás -állomások (beleértve az IoT időjárás -állomásokat is) általában billenővödröket, akusztikus diszmérőket vagy lézeres diszmérőket használnak.

A billenővödrök mozgó alkatrészekkel rendelkeznek, amelyek eltömődhetnek. A laboratóriumokban vannak kalibrálva, és előfordulhat, hogy heves esőzésekkor nem megfelelően mérnek. A diszmérőknek nehézségeik vannak, hogy kis cseppeket vagy csapadékot vegyenek fel a hóból vagy a ködből. A diszmérők bonyolult elektronikát és feldolgozási algoritmusokat is igényeltek a cseppméretek becsléséhez, valamint az eső, hó és jégeső megkülönböztetéséhez.

Úgy gondoltam, hogy egy harangszifon esőmérő hasznos lehet a fenti problémák némelyikének leküzdésében. A Bell szifon könnyen nyomtatható normál FDM 3D nyomtatóval (az olcsó extruderrel, mint például a RipRaps és a Prusas).

A harangszifonokat gyakran használják az aquaponikában és a haltartályokban, hogy automatikusan kiürítsék a tartályokat, amikor a vízszint eléri a kívánt magasságot. Csak természetes erőket használnak a tartály viszonylag gyors kiürítésére. A szifonnak nincsenek mozgó alkatrészei.

A harangszifon esőmérő két szondát tartalmaz, amelyek közel vannak egymáshoz (de nem érintkeznek) a harangszifon kimenetéhez. A szondák másik vége a málna pi GPIO csapjaihoz van csatlakoztatva. Az egyik érintkező kimeneti, a másik pedig bemeneti tű lesz. Ha az esőmérő bizonyos mennyiségű vizet tartalmaz, a természeti erők kiürítik a mérőt. A víz áthalad a szondákon a csengő szifon kimenetén, és magas értéket regisztrál a GPIO bemeneti csapon. Ez a szifonozási művelet körülbelül 2,95 gramm (ml) felvételt fog készíteni a harangszifon kialakításom használatával. A 2,8 gramm víz +/- 0,21676 mm esőnek felel meg, ha 129 mm-es tölcsérátmérőjű esőmérőmet használom. Minden szifonozási művelet (vízleeresztési esemény) után a bemeneti csap lesz a kimenet, a kimenet pedig bemenet, hogy megakadályozza az esetleges elektrolízist.

A projekt célja az, hogy olyan érzékelőt biztosítsak, amelyet a barkácsolók használhatnak a nyitott hardveres időjárás -állomásokhoz. Ezt az érzékelőt egy málna pi -n tesztelték, de más mikrovezérlőknek is működniük kell.

A harangszifonok jobb megértése érdekében nézze meg ezt a

1. lépés: Amire szüksége lesz

1. Egy málna pi.
2. 3D nyomtató- (A harangszifon kinyomtatásához. Elküldöm a tervemet. Elviheti nyomtatási szolgáltatásba is)
3. Régi esőmérő tölcsér (Vagy kinyomtathat egyet. Elküldöm a tervemet.)
4. 2 X alátét szondaként (5x25x1,5 mm az én tervezésemhez)
5. Breadboard (opcionális teszteléshez).
6. Néhány Python -készség segíteni fog, de minden kód rendelkezésre áll.
7. Elektronikus mérleg a kalibrálás finomhangolásához. Nagy fecskendő (60 ml) is használható.
8. Vízálló burkolat a málna pi.
9. pillanatragasztó
10. 2 alligátor ugró és 2 férfi -női ugró
11. 110 mm-es PVC cső, +/- 40 cm hosszú

2. lépés: Tervezze meg és nyomtassa ki a harangszifont

Csatolja megtalálja a tervemet Autocad123D és STL formátumban. Játszhat a kialakítással, de a kialakítás megváltoztatása szivárgó és nem működő harangszifont hozhat létre. Az enyémet egy XYZ DaVinci AIO készülékre nyomtatták. A támaszok már a tervezés részét képezik, ezért előfordulhat, hogy nincs szükség további támaszokra. Vastag kagylókat választottam, 90% kitöltés, 0,2 mm magas. Az ABS szálat használják, mivel a PLA szabadban lebomlik. A tölcsér kinyomtatása után vigyen fel egy akril spray -t, hogy megvédje az elemektől. Tartsa távol az akril spray -t a harangszifon belsejétől, mivel a permetezés megakadályozhatja a víz áramlását a szifonban. Ne adjon acetonfürdőt a szifonnak

Gyantás nyomtatókat még nem teszteltem. Ha gyantát használ, meg kell védenie a gyantát a naptól, hogy megakadályozza a szifon hibás formálódását.

(Ez a kialakítás az eredeti továbbfejlesztése: Verzió dátuma: 2019. június 27.)

Lépés: Szerelje össze a szifont

Tanulmányozza a mellékelt képeket. Használjon szuper ragasztót az összes elem összeillesztéséhez. Ne feledje, hogy a szuperragasztó nem vezet, és minden érintkezési pontjának távol kell maradnia a szuperragasztótól. Alligátor ugrókat használtam a szondák (alátétek) csatlakoztatásához a hím és a női ugrókhoz a málna pi -n. Az egyik szondát a GPIO 20 -hoz, a másikat a 21. -hez kell csatlakoztatni. Ebben az áramkörben nincs szükség ellenállásokra. Próbálja a szondát vízzáróvá tenni, amikor a szuperragasztót használja. A szilikon gél is segíthet.

Még ne takarja le a szifonját a 110 mm -es PVC csőben, először tesztelni kell.

4. lépés: A szonda tesztelése

Hozzon létre egy "rain_log.txt" fájlt a könyvtárában, ahová el szeretné menteni a python kódját.

Nyissa meg kedvenc python IDE -jét, és írja be a következő kódot. Mentse el: siphon_rain_gauge2.py. Futtassa a python kódot. Adjon hozzá egy mesterséges esőt a tölcsérhez. Győződjön meg arról, hogy a szifon minden alkalommal egy és egyetlen számot tartalmaz. Ha a szifon rosszul számol, nézze meg a hibaelhárítási részt.

#Harangszifon esőmérő

#JJ Slabbert nyomtatással fejlesztve ("A harangszifon esőmérő néhány cseppre vár …") import gpiozero import time r = 0.21676 #Ez a szifononkénti kalibrált csapadék. t = 0 #Összes csapadék f = nyitott ("rain_log.txt", "a+") n = 0, míg igaz: #Minden szifonozás után a 20 -as, 21 -es csapnak váltakozniuk kell az esetleges elektrolízis megelőzése érdekében, ha n/2 == int (n): szifon = gpiozero. Button (21, False) output = 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 helyi idő = time.asctime (time.localtime (time.time ())) print ("Teljes eső:"+str (float (t))+" mm "+helyi idő) f.write (str (t)+", "+helyi idő+" / n ") siphon.close () output.close () time.sleep (1.5)

5. lépés: SZÁMÍTÁSOK ÉS KALIBRÁLÁSOK

Miért mérik a csapadékot távolságként? Mit jelent az 1 milliméteres eső? Ha 1000 mm X 1000 mm X 1000 mm vagy 1 m X 1 m X 1 m méretű kockája volt, akkor a kocka 1 mm esővízmélységű lesz, ha kint hagyja eső esetén. Ha ezt az esőt 1 literes palackba üríti, az 100 % -ig megtölti az üveget, és a víz is 1 kg -ot mér. A különböző esőmérők különböző vízgyűjtő területekkel rendelkeznek.

Továbbá 1 gramm víz hagyományos 1 ml.

Ha a mellékelt terveket használja, előfordulhat, hogy nincs szükség kalibrálásra.

Az esőmérő kalibrálásához két módszert használhat. Mindkét módszer esetén használja a csatolmány python (előző lépés) alkalmazást a kiadások számításához (szifonozási műveletek). Győződjön meg arról, hogy a szifon minden alkalommal egy és egyetlen számot tartalmaz. Ha a szifon rosszul számol, nézze meg a hibaelhárítási részt

Első módszer: Használjon meglévő (ellenőrző) esőmérőt

Ahhoz, hogy ez a módszer működjön, a harangszifon -tölcsérnek ugyanolyan területnek kell lennie, mint az ellenőrző esőmérőnek. Hozzon létre mesterséges esőt a szifontölcsér felett, és számolja meg a kibocsátások számát python segítségével. Gyűjtse össze az összes vízleeresztést a szifonnal. az esőmérőben. Körülbelül 50 kiadás után (szifonozási műveletek) mérje meg a csapadékot a kontroll esőmérőben

Legyen R az átlag csapadék mm -ben szippantásonként

R = (Teljes csapadékmennyiség a mérőműszerben)/(Szivattyúzási műveletek száma)

Második módszer: súlyozza a csapadékot (elektronikus mérlegre lesz szüksége)

Legyen R az átlag csapadék mm -ben szippantásonként

Legyen W a víz súlya a szifonozási műveletenként grammban vagy ml -ben

Legyen A a tölcsér vízgyűjtő területe

R = (Wx1000)/A

A kalibráláshoz fecskendővel lassan injektáljon vizet a harangszifonba. Fogja a vizet egy ismert súlyú pohárba. Folytassa a víz befecskendezését, amíg a szifon legalább 50 alkalommal ki nem ürül. A pohárban lévő víz súlya. Számítsa ki az átlagos vízmennyiséget (W) minden alkalommal, amikor a szifon vizet enged ki. A tervezésem szerint körülbelül 2,95 gramm (ml) volt. 129 mm átmérőjű és 64,5 mm sugarú tölcsérhez

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

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

R = 0,21676

Ha nincs elektronikus mérlege, akkor használjon egy nagy (60 ml/gramm) fecskendőt. Csak számolja a szifonvíz -kibocsátás számát

W = (fecskendő térfogata mm -ben)/(szifonvíz -kibocsátások száma)

Frissítse a python alkalmazást az új R értékkel.

A harangszifon (az én tervezésem) körülbelül 1 másodpercet vesz igénybe, hogy minden vizet felszabadítson. Alapszabályként a szifonba belépő víz is felszabadul a felszabadítás során. Ez befolyásolhatja a mérések linearitását heves esőzések idején. Egy jobb statisztikai modell javíthatja a becsléseket.

6. lépés: Menjen a mezőre

Helyezze az összeszerelt harangszifont és tölcsért megfelelő burkolatba. 110 mm -es PVC csövet használtam. Győződjön meg arról is, hogy a csatlakoztatott málna pi vízálló burkolatban van. Az én PI -m demo célokra tápegységgel van ellátva, de megfelelő külső tápegységet vagy napelemes rendszert kell használni.

A VNC -vel táblagépemen keresztül csatlakoztam a PI -hez. Ez azt jelenti, hogy bárhonnan figyelemmel kísérhetem a csapadékot a telepítés során.

Hozzon létre mesterséges esőt, és nézze meg, hogyan működik az érzékelő.

7. lépés: Hibaelhárítás

1) Probléma: Ha a python alkalmazással számolom a szifonkiadásokat, akkor az alkalmazás további kiadásokat számol.

Tanács: A harangszifonban lévő szondái záródhatnak, és vízcsepp ragadt közöttük.

2) Probléma: Víz csöpög a szifonon.

Tanács: Ez tervezési hiba. Javítsa a dizájnt. A szifon kimeneti sugara valószínűleg túl nagy. Néhány tudós segítség segíthet. Ha saját harangszifont tervezett, próbálja ki az általam megadottat. Rövid (15 cm) haltartály csövet is csatlakoztathat a szifon kimenethez, hogy javítsa a kioldó "húzóerőt".

3) Probléma: A szondák nem veszik fel az összes szifonkioldót.

Tanács: Fülpálcával tisztítsa meg a szondákat. Ellenőrizze az összes kábelcsatlakozást. Lehet, hogy ragasztó van a szondákon. távolítsa el finom precíziós reszelővel.

4) Probléma: A szifonkibocsátásaim mindegyike helyesen van számlálva, de a csapadék becslése helytelen.

Tanács: Újra kell kalibrálni az érzékelőt. Ha a becslések szerint alacsonyabb az r (csapadék egy szifonozási műveletre), akkor növelni kell.

8. lépés: Jövőbeli fejlesztések és tesztelés

1. Aranylemezes szondák (alátétek). Ez ismét elősegíti az esetleges korróziót.
2. Cserélje ki a szondákat lézerdiódára és fotóellenállásra.
3. Javítsa a becslési modellt. Előfordulhat, hogy az egyszerű lineáris modell nem alkalmas nagy esőben.
4. Egy második nagyobb Bell szifont lehet hozzáadni az első alá (a kimenetnél) a nagy sűrűségű eső mérésére.
5. GUI -ként a Caynne IOT -ot javaslom.

Megjegyzés: Jelentős javulás jelent meg. Lásd a PiSiphon esőmérőt