Mjerač kiše Bell Siphon: 8 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Poboljšana verzija ovoga je PiSiphon Rain Gauge

Tradicionalno se oborina mjeri ručnim mjeračem kiše.

Automatizirane meteorološke postaje (uključujući IoT meteorološke postaje) obično koriste kante s prevrtanjem, akustične dismetre ili laserske mjerače udaljenosti.

Kante za prevrtanje imaju pokretne dijelove koji se mogu začepiti. Oni su kalibrirani u laboratorijima i možda se neće ispravno mjeriti u jakim kišnim olujama. Diskometri mogu imati poteškoća pri skupljanju malih kapi ili oborina iz snijega ili magle. Disdrometeri su također zahtijevali kompliciranu elektroniku i algoritme obrade za procjenu veličine kapi i za razlikovanje kiše, snijega i tuče.

Mislio sam da bi mjerač kiše Bell Siphon mogao biti koristan za prevladavanje nekih od gore navedenih problema. Bell Sifon se lako može ispisati na normalnom FDM 3d pisaču (oni jeftini s ekstruderima, poput RipRapa i Prusasa).

Zvonasti sifoni često se koriste u akvaponici i akvarijima za automatsko pražnjenje spremnika kada razina vode dosegne određenu visinu. Za relativno brzo pražnjenje spremnika koriste se samo prirodne sile. Sifon nema pokretnih dijelova.

Mjerač kiše sifona za zvono sadrži dvije sonde povezane jedna s drugom (ali ne dodiruju jedna drugu) s izlazom sifona za zvono. Drugi krajevi sondi povezani su s GPIO pinovima maline pi. Jedan pin će biti izlazni pin, drugi pin će biti ulazni pin. Kad mjerač kiše sadrži određenu količinu vode, prirodne sile će isprazniti mjerač. Voda će teći kroz sonde na izlazu zvona sifona, a visoka vrijednost će se registrirati na GPIO ulaznom pinu. Ova radnja sifoniranja zabilježit će približno 2,95 grama (ml) pomoću moje izvedbe zvonastog sifona. 2,8 grama vode bit će jednako +/- 0,21676 mm kiše ako se koristi moj mjerač kiše promjera lijevka 129 mm. Nakon svake akcije sifoniranja (događaj ispuštanja vode), ulazni pin će postati izlaz, a izlaz će postati ulaz kako bi se spriječila moguća elektroliza.

Moj cilj ovog projekta je osigurati senzor koji bi tinkereri mogli koristiti za priključivanje na otvorene hardverske meteo stanice. Ovaj je senzor testiran na malini pi, ali bi trebali raditi i drugi mikrokontroleri.

Da biste bolje razumjeli zvonaste sifone, pogledajte ovaj

Korak 1: Ono što će vam trebati

1. Jedna malina pi.
2. 3D pisač-(Za ispis zvona Sifon. Ja ću dostaviti svoj dizajn. Također ga možete odnijeti u tiskarsku službu)
3. Stari lijevak za mjerač kiše (ili ga možete ispisati. Ja ću vam dati svoj dizajn.)
4. 2 X podloške kao sonde (5x25x1,5 mm za moj dizajn)
5. Oglasna ploča (izborno za testiranje).
6. Neke Python vještine će vam pomoći, ali sav kôd je dostupan.
7. Elektronička vaga za fino podešavanje kalibracije. Također se može koristiti velika štrcaljka (60 ml).
8. Vodootporno kućište za malinu pi.
9. super ljepilo
10. 2 skakača aligatora i 2 muškarca na ženu
11. PVC cijev 110 mm, duga +/- 40 cm

Korak 2: DIZAJNIRAJ I ISPISAJ ZVONSKI SIFON

Priloži pronađi moj dizajn u Autocad123D i STL formatu. Možete se poigrati s dizajnom, ali promjena dizajna može stvoriti sifon zvona koji curi. Moj je tiskan na XYZ DaVinci AIO -u. Nosači su već uključeni u dizajn, pa dodatni nosači možda neće biti potrebni. Odabrao sam debele ljuske, ispune 90%, visine 0,2 mm. ABS vlakna se koriste jer se PLA razgrađuje na otvorenom. Nakon ispisa lijevka nanesite akrilni sprej na njega kako biste ga zaštitili od elemenata. Držite akrilni sprej dalje od sifona zvona jer raspršivanje može blokirati protok vode u sifonu. Ne dajte sifonu acetonsku kupku

Nisam još testirao smole pisače. Ako koristite smolu, morate je zaštititi od sunca kako biste spriječili pogrešno oblikovanje sifona.

(Ovaj dizajn je poboljšanje izvornika: Datum verzije 27. lipnja 2019.)

Korak 3: Montirajte sifon

Proučite priložene slike. Za ljepljenje svih predmeta upotrijebite super ljepilo. Zapamtite da super ljepilo nije provodljivo i da sve vaše kontaktne točke trebaju ostati podalje od super ljepila. Koristio sam aligatorske kratkospojnike za spajanje sondi (podloške) na muške na ženske skakače na svom malinu pi. Jedna sonda treba biti spojena na GPIO 20, druga na 21. U ovom krugu nisu potrebni otpornici. Pokušajte učiniti sondu nepropusnom za vodu dok koristite superljepilo. Silicijski gel također može pomoći.

Još uvijek nemojte prekrivati sifon u 110 mm PVC cijevi, prvo ga morate testirati.

Korak 4: Testiranje sonde

Napravite datoteku "rain_log.txt" u svom imeniku u koju želite spremiti svoj python kôd.

Otvorite svoj omiljeni Python IDE i upišite sljedeći kod u njega. Spremite ga kao siphon_rain_gauge2.py. Pokrenite python kod. Dodajte malo umjetne kiše u lijevak. Provjerite postoji li samo jedan broj, svaki put kad sifon ispušta vodu. Ako Sifon pogrešno broji, pogledajte odjeljak za rješavanje problema.

#Mjerač kiše Bell-Siphon

#Developed by JJ Slabbert print ("Mjerač kiše Bell Siphon čeka neke kapi …") uvoz gpiozero vrijeme uvoza r = 0,21676 #Ovo je kalibrirana akcija ispuštanja sifona. t = 0 #Ukupne količine padavina f = otvorene ("rain_log.txt", "a+") n = 0 dok je True: #Nakon svakog sifoniranja pin 20, 21 bi se trebao izmjenjivati kako bi se spriječila moguća elektroliza ako je n/2 == int (n): sifon = gpiozero. Button (21, False) output = gpiozero. LED (20) output.on () else: sifon = 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 ("Ukupno padavina:"+str (float (t))+" mm "+localtime) f.write (str (t)+", "+localtime+" / n ") siphon.close () output.close () time.sleep (1.5)

Korak 5: IZRAČUNI I KALIBRACIJE

Zašto se oborine mjere kao udaljenost? Što znači 1 milimetarska kiša? Ako ste imali kocku 1000 mm X 1000 mm X 1000 mm ili 1 m X 1 m X 1 m, kocka će imati dubinu od 1 mm kišnice ako ste je ostavili vani dok pada kiša. Ako ovu kišu ispraznite u bocu od 1 litre, ona će napuniti bocu 100 %, a voda će također mjeriti 1 kg. Različiti mjerači kiše imaju različita slivna područja.

Također, 1 gram vode uobičajeno je 1 ml.

Ako koristite moje dizajne kao priložene, kalibracija možda neće biti potrebna.

Za kalibriranje mjerača kiše možete koristiti 2 metode. Za obje metode koristite aplikaciju attach python (prethodni korak) za brojanje izdanja (radnje sifoniranja). Provjerite postoji li samo jedan broj, svaki put kad sifon ispušta vodu. Ako Sifon pogrešno broji, pogledajte odjeljak za rješavanje problema

Prva metoda: Upotrijebite postojeći (kontrolni) mjerač kiše

Da bi ova metoda funkcionirala, vaš lijevak za sifon zvona mora biti na istom području kao i kontrolni mjerač kiše. Napravite umjetnu kišu iznad svog lijevka za sifon i izbrojite broj izdanja pomoću pythona. Prikupite svu ispuštenu vodu sifonom. u vašem kontrolnom mjeraču kiše. Nakon otprilike 50 ispuštanja (akcije sifoniranja) izmjerite oborine u kontrolnom mjeraču kiše

Neka je R prosječna količina oborina u mm po akciji sifona

R = (Ukupne količine padalina u kontrolnom mjeraču)/(Broj radnji sifona)

Druga metoda: Odvagnite oborine (trebat će vam elektronička vaga)

Neka je R prosječna količina oborina u mm po akciji sifona

Neka je W težina vode po sifonu u gramima ili ml

Neka je A slivno područje lijevka

R = (Wx1000)/A

Za kalibraciju upotrijebite štrcaljku za polako ubrizgavanje vode u sifon zvona. Ulovite vodu u čašu poznate težine. Nastavite s ubrizgavanjem vode dok se sifon ne isprazni najmanje 50 puta. Odvažite vodu u čaši. Izračunajte prosječnu težinu (W) vode ispuštene svaki put kada sifon ispušta vodu. Za moj dizajn to je bilo oko 2,95 grama (ml). Za moj lijevak promjera 129 mm i radijusa 64,5 mm

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

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

R = 0,21676

Ako nemate elektroničku vagu, možete koristiti samo veliku štrcaljku (60 ml/gram). Samo izbrojite broj ispuštanja vode iz sifona

W = (volumen štrcaljke u mm)/(broj ispuštanja vode iz sifona)

Ažurirajte aplikaciju python novom vrijednošću R.

Zvonastom sifonu (moj dizajn) potrebno je oko 1 sekundu da oslobodi svu vodu. Zlatno pravilo također će ispuštati vodu koja ulazi u sifon tijekom ispuštanja. To može utjecati na linearnost mjerenja tijekom jake kiše. Bolji statistički model može poboljšati procjene.

Korak 6: Idite na polje

Sklopljeni sifon i lijevak za zvono stavite u odgovarajuće kućište. Koristio sam 110 mm PVC cijev. Također provjerite je li vaša spojena malina pi u vodootpornom kućištu. Moj PI se napaja pomoću banke napajanja u demo svrhe, ali se mora koristiti odgovarajuće vanjsko napajanje ili solarni sustav.

Koristio sam VNC za spajanje na PI putem tableta. To znači da mogu pratiti oborine u svojoj instalaciji s bilo kojeg mjesta.

Napravite umjetnu kišu i pogledajte kako senzor funkcionira.

Korak 7: Rješavanje problema

1) Problem: Ako brojim izdanja sifona s aplikacijom python, aplikacija broji dodatna izdanja.

Savjet: Vaše sonde u sifonu zvona mogu se zatvoriti i kap vode zaglavljena je između njih.

2) Problem: Voda kaplje kroz Sifon.

Savjet: Ovo je greška u dizajnu. Poboljšajte dizajn. Radijus izlaza sifona vjerojatno je prevelik. Neka pomoć znanstvenika može pomoći. Ako ste sami dizajnirali sifon za zvono, isprobajte onaj koji sam vam dao. Na izlaz sifona možete pričvrstiti i kratku (15 cm) cijev za akvarij kako biste poboljšali "silu povlačenja" otpuštanja.

3) Problem: Sonde ne preuzimaju sva izdanja sifona.

Savjet: Očistite sonde štapićem za uši. Provjerite sve kabelske spojeve. Možda je na vašim sondama ljepilo. uklonite datotekom fine preciznosti.

4) Problem: Svi moji ispuštanja sifona pravilno su prebrojani, ali procjena padalina je pogrešna.

Savjet: Morate ponovno kalibrirati senzor. Ako imate ispod procjena, r (padaline po sifonu) potrebno je povećati.

Korak 8: Buduća poboljšanja i test

1. Zlatne ploče sonde (podloške). To će ponovno pomoći u mogućoj koroziji.
2. Zamijenite sonde laserskom diodom i foto otpornikom.
3. Poboljšati model procjene. Jednostavni linearni model možda neće biti prikladan po jakoj kiši.
4. Drugi veći Bell Sifon može se dodati ispod (na izlazu) prvog za mjerenje kiše velike gustoće.
5. Za grafičko sučelje predlažem Caynne IOT.

Napomena: Objavljeno je veliko poboljšanje. Pogledajte PiSiphon mjerač kiše