Merač kiše Bell Siphon: 8 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:06

Poboljšana verzija ovoga je PiSiphon Rain Gauge

Tradicionalno se količina padavina mjeri ručnim mjeračem kiše.

Automatizirane meteorološke stanice (uključujući IoT meteorološke stanice) obično koriste kante za prevrtanje, akustične disrometre ili laserske mjerače udaljenosti.

Kante za prevrtanje imaju pokretne dijelove koji se mogu začepiti. Oni su kalibrirani u laboratorijima i možda se neće pravilno mjeriti u jakim kišnim olujama. Diskrometar se može boriti da pokupi male kapi ili padavine iz snijega ili magle. Disdrometeri su također zahtijevali kompliciranu elektroniku i algoritme obrade za procjenu veličine kapi i za razlikovanje kiše, snijega i grada.

Mislio sam da bi mjerač kiše Bell Sifon mogao biti koristan za prevazilaženje nekih od gore navedenih problema. Bell Sifon se može lako odštampati na normalnom FDM 3d štampaču (jeftini oni sa ekstruderima, poput RipRaps i Prusas).

Zvonasti sifoni često se koriste u akvaponici i akvarijumima za automatsko pražnjenje rezervoara kada nivo vode dosegne određenu visinu. Za ispražnjenje rezervoara koriste se samo prirodne sile. Sifon nema pokretnih dijelova.

Mjerač kiše zvona sifona sadrži dvije sonde povezane jedna blizu druge (ali ne dodiruju jedna drugu) sa izlazom sifona za zvono. Drugi krajevi sondi povezani su sa GPIO pinovima maline pi. Jedan pin će biti izlazni pin, drugi pin će biti ulazni pin. Kada mjerač kiše sadrži određenu količinu vode, prirodne sile će isprazniti mjerač. Voda će teći kroz sonde na izlazu zvona sifona, a visok će biti registriran na GPIO ulaznom pinu. Ova radnja sifoniranja snimit će približno 2,95 grama (ml) koristeći moj dizajn 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 pričvršćivanje na otvorene hardverske meteo stanice. Ovaj senzor je testiran na malini pi, ali bi i drugi mikrokontroleri trebali raditi.

Da biste bolje razumjeli zvonaste sifone, pogledajte ovaj

Korak 1: Šta će vam trebati

1. Jedno pi pivo od maline.
2. 3D štampač-(Za štampanje zvona Sifon. Ja ću vam dati svoj dizajn. Možete ga odnijeti i u štamparsku 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 (opcionalno za testiranje).
6. Neke Python vještine će vam pomoći, ali sav kôd je dostupan.
7. Elektronska vaga za fino podešavanje kalibracije. Takođe se može koristiti velika šprica (60 ml).
8. Vodootporno kućište za malinu pi.
9. super ljepilo
10. 2 kratkospojnika od aligatora i 2 kratkospojnika za muškarce
11. 110 mm PVC cijev, duga +/- 40 cm

Korak 2: DIZAJNIRAJTE I ŠTAMPAJTE ZVONSKI SIFON

Priloži pronađi moj dizajn u Autocad123D i STL formatu. Možete se igrati s dizajnom, ali promjena dizajna može stvoriti sifon zvona koji curi. Moj je štampan 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 unutrašnjosti sifona za zvono jer on može blokirati protok vode u sifonu. Ne dajte sifon u acetonsko kupatilo

Nisam još testirao štampače sa smolom. Ako koristite smolu, morate je zaštititi od sunca kako biste spriječili pogrešno oblikovanje sifona.

(Ovaj dizajn je poboljšanje originala: Datum verzije 27. juna 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 i ženske skakače na mom malinu pi. Jedna sonda treba biti spojena na GPIO 20, druga na 21. U ovom krugu nisu potrebni otpornici. Pokušajte da sonda bude nepropusna za vodu kada koristite super ljepilo. Silikonski gel takođe može pomoći.

Još uvijek ne prekrivajte sifon PVC cijevi od 110 mm, prvo ga morate testirati.

Korak 4: Testiranje sonde

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

Otvorite svoj omiljeni Python IDE i unesite sljedeći kod u njega. Sačuvajte ga kao siphon_rain_gauge2.py. Pokrenite python kod. Dodajte malo umjetne kiše u lijevak. Uvjerite se da postoji samo jedan broj, svaki put kada sifon ispušta vodu. Ako Sifon broji pogrešno, pogledajte odjeljak za rješavanje problema.

#Merač kiše Bell-Siphon

#Developed by JJ Slabbert print ("Mjerač kiše Bell Siphon čeka neke padove …") uvoz gpiozero vrijeme uvoza r = 0,21676 #Ovo je kalibrirana akcija ispuštanja sifona. t = 0 #Ukupno padavina f = otvoreno ("rain_log.txt", "a+") n = 0 dok je Tačno: #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: siphon = 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 količine padavina mjere kao udaljenost? Šta znači 1 milimetar kiše? Ako ste imali kocku 1000mm X 1000mm X 1000mm ili 1m X 1m X 1m, kocka će imati dubinu od 1 mm kišnice ako ste je ostavili vani kada pada kiša. Ako ovu kišu ispraznite u bocu od 1 litra, ona će napuniti bocu 100 %, a voda će mjeriti i 1 kg. Različiti mjerači kiše imaju različita slivna područja.

Takođe, 1 gram vode je uobičajen 1 ml.

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

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

Prva metoda: Koristite postojeći (kontrolni) mjerač kiše

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

Neka je R prosječna količina padavina u mm po akciji sifona

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

Druga metoda: Odmjerite količinu padavina (trebat će vam elektronska vaga)

Neka je R prosječna količina padavina u mm po akciji sifona

Neka je W težina vode po sifonu u gramima ili ml

Neka je A slivno područje lijevka

R = (Šx1000)/A

Za kalibraciju upotrijebite špricu za polako ubrizgavanje vode u sifon zvona. Uhvatite vodu u čašu poznate težine. Nastavite ubrizgavati vodu sve 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 elektronsku vagu, možete koristiti samo veliku štrcaljku (60 ml/gram). Samo izbrojite broj ispuštanja vode iz sifona

W = (Zapremina šprica 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. Po opštem pravilu, voda koja ulazi u sifon tokom ispuštanja će također biti ispuštena. To može utjecati na linearnost mjerenja tokom 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 vaše spojeno malinovo pi u vodootpornom kućištu. Moj PI se napaja bankom napajanja u demo svrhe, ali se mora koristiti odgovarajuće vanjsko napajanje ili solarni sistem.

Koristio sam VNC za povezivanje na PI putem tableta. To znači da mogu pratiti padavine 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 je zaglavljena između njih.

2) Problem: Voda kaplje kroz Sifon.

Savjet: Ovo je greška u dizajnu. Poboljšajte dizajn. Izlazni radijus sifona je vjerojatno prevelik. Neka pomoć naučnika 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. Proverite sve kablovske veze. Možda je na vašim sondama ljepilo. uklonite datotekom fine preciznosti.

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

Savjet: Morate ponovo kalibrirati senzor. Ako imate ispod procjene, r (padavine po akciji sifona) potrebno je povećati.

Korak 8: Buduća poboljšanja i testiranje

1. Zlatne ploče sonde (podloške). To će opet 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 zvonasti 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