Ultrahangos esőmérő: Raspebbery Pi Open Weather Station: 1. rész: 6 lépés

2025 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2025-01-23 14:48

A kereskedelmi forgalomban kapható IoT (Internet of Things) időjárás -állomások drágák, és nem mindenhol érhetők el (például Dél -Afrikában). Szélsőséges időjárási viszonyok érnek minket. SA az elmúlt évtizedek legsúlyosabb aszályát éli, a föld felmelegszik, és a gazdák küzdenek a nyereséges termelésért, a kormány nem nyújt technikai vagy pénzügyi támogatást a kereskedelmi gazdák számára.

A környéken néhány Raspberry Pi időjárás -állomás található, például a Raspberry Pi Foundation az Egyesült Királyság iskolái számára, és ez nem áll rendelkezésre a nagyközönség számára. Sok alkalmas érzékelő létezik, néhány analóg, néhány digitális, néhány szilárdtest, néhány mozgó alkatrészekkel és néhány nagyon drága érzékelő, például ultrahangos anemométerek (szélsebesség és irány)

Úgy döntöttem, hogy egy nyílt forráskódú, nyílt hardveres meteorológiai állomás felépítése, amely Dél -Afrikában általános alkatrészeket kínál, nagyon hasznos projekt lehet, és nagyon szórakoztató leszek (és kihívást jelentő fejfájásom).

Úgy döntöttem, hogy szilárd állapotú (mozgó alkatrészek nélküli) esőmérővel kezdem. A hagyományos billenővödör nem nyűgözött le abban a szakaszban (még azt is gondoltam, hogy addig nem használtam egyet). Szóval, azt hittem, az eső víz, és a víz vezeti az áramot. Sok analóg ellenállás -érzékelő létezik, ahol az ellenállás csökken, ha az érzékelő vízzel érintkezik. Azt hittem, ez lesz a tökéletes megoldás. Sajnos ezek az érzékelők mindenféle rendellenességben szenvednek, például elektrolízisben és dezoxidációban, és az érzékelők leolvasása megbízhatatlan volt. Még saját rozsdamentes acél szondákat és egy kis áramköri lapot is építek relékkel, hogy váltakozó egyenáramot hozzak létre (állandó 5 volt, de váltakozva a pozitív és negatív pólusokkal) az elektrolízis kiküszöbölésére, de a leolvasások még mindig instabilak voltak.

A legújabb választásom az ultrahangos hangérzékelő. Ez a mérőműszer tetejéhez csatlakoztatott érzékelő képes mérni a távolságot a vízszinthez. Meglepetésemre ez az érzékelő nagyon pontos és nagyon olcsó volt (kevesebb, mint 50 ZAR vagy 4 USD)

1. lépés: Szükséges alkatrészek (1. lépés)

A következőkre lesz szüksége

1) 1 Raspberry Pi (Bármilyen modell, Pi 3 -at használok)

2) 1 Bread Bord

3) Néhány áthidaló kábel

4) Egy ohmos ellenállás és két (vagy 2,2 ohmos) ellenállás

5) Egy régi hosszú csésze az eső tárolására. Kinyomtattam az enyémet (elérhető puha példány)

6) Régi kézi esőmérő rögzítő rész (Vagy tervezhet sajátot és kinyomtathatja)

7) Mérőberendezés milliliter vagy vízmérleg mérésére

8) A HC-SR04 ultrahangos érzékelő (a dél-afrikaiak beszerezhetik őket a Communica-tól)

2. lépés: Az áramkör építése (2. lépés)

Találtam néhány nagyon hasznos útmutatót, amelyek segítenek az áramkör felépítésében és a projekthez tartozó python -szkriptek megírásában. Ez a szkript kiszámítja a távolságokat, és ennek segítségével kiszámítja a távolságot a mérőtartály tetejére szerelt érzékelő és a vízszint között

Itt megtalálod:

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

Tanulmányozza, építse fel az áramkört, csatlakoztassa a pi -hez, és játsszon a python kóddal. Győződjön meg arról, hogy a feszültségosztót megfelelően építette fel. 2,2 ohmos ellenállást használtam a GPIO 24 és a GND között.

3. lépés: A mérőeszköz építése (3. lépés)

Kinyomtathatja a mérőt, használhat egy meglévő mérőt vagy csészét. A HC-SR04 érzékelőt a főmérő főtartályának tetejére kell rögzíteni. Fontos, hogy mindig száraz maradjon.

Fontos megérteni a HC-SR04 érzékelő mérési szögét. Nem rögzítheti a kúp tetejére hagyományos esőmérők segítségével. Én normál hengeres csésze megteszem. Győződjön meg arról, hogy elég széles ahhoz, hogy a megfelelő hanghullám lejusson az aljára. Azt hiszem, egy 75 x 300 mm -es PVC cső megteszi. Annak teszteléséhez, hogy a jel átmegy -e a hengeren, és megfelelően visszapattan -e, mérje meg a vonalzóval a cenzortól a henger aljáig mért távolságot, hasonlítsa össze ezt a mérést a TOF (repülési idő) érzékelőtől kapott távolsággal az aljára.

4. lépés: Számítások és kalibrálás (4. lépés)

Mit jelent az 1 milliméteres eső? Az 1 mm eső azt jelenti, hogy 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 esővíz mélységű lesz, ha kint hagyja eső esetén. Ha ezt az esőt 1 literes palackba üríti, az 100 % -ig megtelik, és a víz is 1 kg -ot mér. A különböző esőmérők különböző vízgyűjtő területekkel rendelkeznek. Ha a mérőművének vonzáskörzete 1 m x 1 m volt, akkor könnyű.

Továbbá 1 gramm víz hagyományos 1 ml

A csapadék mm -ben történő kiszámításához a műszerből a következőket teheti az esővíz súlyozása után:

W a csapadék súlya grammban vagy milliliterben

A a vízgyűjtő területe négyzet mm -ben

R a teljes csapadék mm -ben

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

Két lehetőség van a HC-SR04 használatával a W becslésére (W kell az R kiszámításához).

1. módszer: Használjon egyszerű fizikát

Mérje meg a távolságot a HC-SR és a mérő alja között (ezt az előző lépésben is megtette) az érzékelővel a TOF (repülési idő) számítások segítségével a https://www.modmypi webhelyen található python szkriptben. com/blog/hc-sr04-ultrahangos tartomány-érzékelő-on-the-málna-pi Hívja ezt a CD-t (hengermélység)

Mérje meg a henger belső aljának területét bármilyen alkalmas négyzet mm -rel. Ezt hívják IA -nak.

Most öntsön 2 ml vizet (vagy bármilyen megfelelő mennyiséget) a palackba. Érzékelőnk segítségével becsülje meg az új vízszint távolságát mm -ben, kalkulálja ezt a Dist_To_Water).

A vízmélység (WD) mm -ben:

WD = CD - Dist_To_Water (Vagy a henger mélysége mínusz a cenzortól a vízszintig mért távolság)

Nem a víz becsült súlya

W = WD x IA ml -ben vagy grammban (ne feledje, hogy 1 ml víz súlya 1 gramm)

Most megbecsülheti a csapadékmennyiséget (R) mm -ben W x [(1000 x 1000)/A] -val, a korábban leírtak szerint.

2. módszer: Kalibrálja a mérőt a Statistics segítségével

Mivel a HC-SR04 nem tökéletes (hibákat szerezhet), úgy tűnik, hogy legalább állandó mérésben van, ha a palack megfelelő.

Készítsen lineáris modellt az érzékelő leolvasásával (vagy az érzékelőtávolságokkal) függő változóként, és a befecskendezett vízsúlyokkal függő változóként.

5. lépés: Szoftver (5. lépés)

A projekt szoftvere még fejlesztés alatt áll.

A https://www.modmypi.com/blog/hc-sr04-ultrasonic-range-sensor-on-the-raspberry-pi címen található python-szkripteknek használhatóknak kell lenniük.

A Attach néhány saját fejlesztésű python -alkalmazás (General Public License).

Később tervezem egy webes felület fejlesztését a teljes meteorológiai állomáshoz. Az Attach néhány programom a mérő kalibrálására és az érzékelő leolvasására szolgál

A mellékelt kalibrációs szkripttel kalibrálja a mérőt statisztikailag. Az elemzéshez importálja az adatokat egy táblázatba.

6. lépés: Még tennivaló (6. lépés)

Mágnesszelep szükséges a tartály kiürítéséhez, amikor tele van (közel az érzékelőhöz)

Az első néhány esőcseppet nem mindig mérik helyesen, különösen akkor, ha a mérőeszköz nincs megfelelően kiegyenlítve. Egy disdro mérő kifejlesztésén dolgozom, hogy helyesen rögzítsem ezeket a cseppeket. A disdro a jövőm.

Adjon hozzá egy második ultrahangos érzékelőt a hőmérséklet TOF -re gyakorolt hatásának mérésére. Hamarosan közzéteszek egy frissítést erről.

A következő forrást találtam, amely segíthet

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- Esőmérő.pdf