Sadržaj:
2025 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2025-01-13 06:57
Komercijalno dostupni IoT (Internet of Things) meteorološke stanice su skupe i nisu dostupne svugdje (kao u Južnoj Africi). Ekstremni vremenski uvjeti nas pogađaju. SA doživljava najtežu sušu u desetljećima, zemlja se zagrijava i poljoprivrednici se bore za proizvodnju profitabilne, bez tehničke ili financijske podrške vlade komercijalnim poljoprivrednicima.
U blizini je nekoliko Raspberry Pi meteoroloških postaja, poput one koju je Zaklada Raspberry Pi izgradila za škole u Velikoj Britaniji, ali nije dostupna široj javnosti. Postoji mnogo prikladnih senzora, neki analogni, neki digitalni, neki čvrsti, neki s pokretnim dijelovima i neki vrlo skupi senzori poput ultrazvučnih anemometara (brzina i smjer vjetra)
Odlučio sam da izgradnja open source, hardverske meteorološke stanice s općim dijelovima dostupnim u Južnoj Africi može biti vrlo koristan projekt i da ću se jako zabaviti (i izazvati glavobolje).
Odlučio sam početi s polumjerom za kišu (bez pokretnih dijelova). Tradicionalna kanta za prevrtanje me u toj fazi nije impresionirala (čak sam mislila da je do tada nisam ni koristila). Dakle, mislio sam, kiša je voda, a voda provodi struju. Postoji mnogo analognih otpornih senzora kod kojih se otpor smanjuje pri kontaktu senzora s vodom. Mislio sam da će ovo biti savršeno rješenje. Nažalost, ti senzori pate od svih vrsta anomalija poput elektrolize i deoksidacije, a očitanja tih senzora bila su nepouzdana. Čak sam i izgradio vlastite sonde od nehrđajućeg čelika i malu ploču s relejima za stvaranje izmjenične istosmjerne struje (konstantnih 5 volti, ali naizmjenično pozitivnih i negativnih polova) kako bih uklonio elektrolizu, ali očitanja su i dalje bila nestabilna.
Moj posljednji izbor je ultrazvučni senzor zvuka. Ovaj senzor spojen na vrh mjerača može mjeriti udaljenost do razine vode. Na moje iznenađenje, ti su senzori bili vrlo precizni i vrlo jeftini (Manje od 50 ZAR ili 4 USD)
Korak 1: Potrebni dijelovi (Korak 1)
Trebat će vam sljedeće
1) 1 Raspberry Pi (bilo koji model, koristim Pi 3)
2) 1 Bord Bord
3) Neki kratkospojni kablovi
4) Otpornik od jednog Ohma i otpornik od dva (ili 2.2) Ohma
5) Stara duga čaša za spremanje kiše. Ja sam svoje ispisao (dostupna mekana kopija)
6) Stari dio za hvatanje ručnim mjeračem kiše (ili možete sami dizajnirati i ispisati ga)
7) Mjerna oprema za mjerenje mililitara ili vaga za mjerenje težine vode
8) HC-SR04 ultrazvučni senzor (Južnoafrikanci ih mogu nabaviti od Communica)
2. korak: Izgradite svoj krug (2. korak)
Pronašao sam vrlo koristan vodič koji će mi pomoći u izgradnji sklopa i pisanju python skripti za ovaj projekt. Ovaj skript izračunava udaljenosti i pomoću njega ćete izračunati udaljenost između senzora montiranog na vrhu spremnika mjerača i razine vode
Možete ga pronaći ovdje:
www.modmypi.com/blog/hc-sr04-ultrasonic-range-sensor-on-the-raspberry-pi
Proučite ga, sastavite svoj krug, spojite ga na svoj pi i igrajte se s python kodom. Provjerite jeste li ispravno izgradili razdjelnik napona. Koristio sam otpornik od 2,2 ohma između GPIO 24 i GND.
Korak 3: Izgradite svoj mjerač (korak 3)
Možete ispisati svoj mjerač, upotrijebiti postojeći mjerač ili čašu. Senzor HC-SR04 bit će pričvršćen na vrh glavnog spremnika vašeg mjerača. Važno je paziti da uvijek ostane suho.
Važno je razumjeti mjerni kut vašeg senzora HC-SR04. Ne možete ga pričvrstiti na vrh konusa s tradicionalnih mjerača kiše. Ja normalna cilindrična šalica će to učiniti. Provjerite je li dovoljno širok da se pravi zvučni val spusti do dna. Mislim da će PVC cijev 75 x 300 mm biti dovoljna. Da biste provjerili prolazi li signal kroz vaš cilindar i pravilno se odskočio, izmjerite udaljenost od cenzora do dna cilindra ravnalom, usporedite to mjerenje s udaljenošću koju dobivate od osjetnika TOF (vrijeme leta) procijenjene udaljenosti prema dnu.
Korak 4: Proračuni i kalibracija (Korak 4)
Što znači 1 milimetarska kiša? Kiša od 1 mm znači da 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 kad pada kiša. Ako ovu kišu ispraznite u bocu od 1 litre, ona će napuniti bocu 100 %, a voda će mjeriti i 1 kg. Različiti mjerači kiše imaju različita slivna područja. Ako je vaše slivno područje vašeg gabarita bilo 1m X 1m, to je lako.
Također, 1 gram vode uobičajeno je 1 ml
Da biste izračunali svoje količine oborina u mm iz vašeg mjerača, možete učiniti sljedeće nakon vaganja kišnice:
W je masa oborina u gramima ili mililitrima
A je vaše slivno područje u kvadratnim mm
R je vaša ukupna količina oborina u mm
R = Š x [(1000 x 1000)/A]
Postoje dvije mogućnosti korištenja HC-SR04 za procjenu W (trebate W za izračun R).
Metoda 1: Koristite običnu fiziku
Izmjerite udaljenost od HC-SR do dna vašeg mjerača (radili ste to i u prethodnom koraku) pomoću senzora koristeći izračune TOF-a (Vrijeme leta) u python skripti sa https://www.modmypi. com/blog/hc-sr04-ultrazvučni senzor dometa-na-malini-pi Nazovite ovaj CD (dubina cilindra)
Izmjerite površinu unutarnjeg dna vašeg cilindra bilo čime prikladnim u kvadratnim mm. Nazovite ovo interne revizijom.
Sada bacite 2 ml vode (ili bilo koju odgovarajuću količinu) u svoj cilindar. Pomoću našeg senzora procijenite udaljenost do nove razine vode u mm, izračunajte ovu Dist_To_Water).
Dubina vode (WD) u mm je:
WD = CD - Dist_To_Water (Ili dubina cilindra minus minus udaljenost od cenzora do razine vode)
Ne, procijenjena težina vode je
W = WD x IA u ml ili gramima (Zapamtite 1 ml vode težine 1 gram)
Sada možete procijeniti količinu padalina (R) u mm s W x [(1000 x 1000)/A] kao što je prethodno objašnjeno.
Metoda 2: Kalibrirajte svoj mjerač pomoću statistike
Budući da HC-SR04 nije savršen (mogu se pojaviti pogreške), čini se da je barem konstantan u mjerenju je li vaš cilindar prikladan.
Izgradite linearni model s očitanjima senzora (ili udaljenostima senzora) kao ovisnom varijablom i ubrizganom težinom vode kao ovisnom varijablom.
Korak 5: Softver (korak 5)
Softver za ovaj projekt još je u razvoju.
Python skripte na https://www.modmypi.com/blog/hc-sr04-ultrasonic-range-sensor-on-the-raspberry-pi trebale bi biti upotrebljive.
Attach su neke korisne aplikacije za Python (Opća javna licenca) koje sam razvio.
Kasnije planiram razviti web sučelje za kompletnu meteorološku postaju. Attach je neki od mojih programa koji se koriste za kalibriranje mjerača i očitavanje senzora
Za skriptiranje mjerača upotrijebite skriptu za kalibriranje. Uvezite podatke u proračunsku tablicu za analizu.
Korak 6: Još je potrebno učiniti (Korak 6)
Elektromagnetni ventil je potreban za pražnjenje rezervoara kada je pun (blizu senzora)
Prvih nekoliko kapi kiše nije uvijek pravilno izmjereno, osobito ako mjerač nije pravilno izravnan. Upravo razvijam mjerač za mjerenje količine vode kako bi ispravno zabilježio te kapi. Slijedi moja budućnost.
Dodajte drugi ultrazvučni senzor za mjerenje učinka temperature na TOF. Uskoro ću objaviti ažuriranje o ovome.
Pronašao sam sljedeći izvor koji bi mogao pomoći
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- Rain-Gauge.pdf