Zvana sifona lietus mērītājs: 8 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:55

Uzlabota versija ir PiSiphon lietus mērītājs

Tradicionāli nokrišņu daudzumu mēra ar manuālu lietus mērītāju.

Automatizētās meteostacijās (ieskaitot IoT meteoroloģiskās stacijas) parasti tiek izmantoti apgāšanās spaiņi, akustiskie disdrometri vai lāzera disdrometri.

Izgāšanas spaiņiem ir kustīgas daļas, kuras var aizsprostot. Tie ir kalibrēti laboratorijās un var nebūt pareizi izmērīti spēcīgās lietusgāzēs. Disdrometriem var būt grūtības savākt nelielus pilienus vai nokrišņus no sniega vai miglas. Disdrometriem bija nepieciešama arī sarežģīta elektronika un apstrādes algoritmi, lai novērtētu pilienu izmērus un atšķirtu lietus, sniegu un krusu.

Es domāju, ka Bell Sifhon Rain mērītājs var būt noderīgs, lai pārvarētu dažas no iepriekš minētajām problēmām. Zvanu sifonu var viegli izdrukāt ar parastu FDM 3D printeri (lētākos ar ekstrūderiem, piemēram, RipRaps un Prusas).

Zvanu sifonus bieži izmanto akvaponikā un zivju tvertnēs, lai automātiski iztukšotu tvertnes, kad ūdens līmenis sasniedz noteiktu augstumu. Tvertnes salīdzinoši ātrai iztukšošanai tiek izmantoti tikai dabas spēki. Sifonam nav kustīgu daļu.

Zvana sifona lietus mērītājs satur divas zondes, kas cieši savienotas viena ar otru (bet nesaskaras) ar zvana sifona izeju. Pārējie zondes gali ir savienoti ar aveņu pi GPIO tapām. Viena tapa būs izejas tapa, otra - ievades tapa. Ja lietus mērītājs satur noteiktu ūdens daudzumu, dabas spēki mērierīci iztukšo. Ūdens plūdīs caur zondēm pie zvana sifona izejas, un GPIO ievades tapā tiks reģistrēts augsts līmenis. Šī sifonēšanas darbība ierakstīs aptuveni 2,95 gramus (ml), izmantojot manu zvanveida sifona dizainu. 2,8 grami ūdens būs vienāds ar +/- 0,21676 mm lietus, ja tiks izmantots mans lietus mērītājs ar piltuves diametru 129 mm. Pēc katras sifonēšanas darbības (ūdens izplūdes notikums) ieejas tapa kļūs par izeju, un izeja kļūs par ieeju, lai novērstu iespējamo elektrolīzi.

Mans šī projekta mērķis ir nodrošināt sensoru, ko pielīmētāji var izmantot, lai piestiprinātu pie atvērtām aparatūras laika stacijām. Šis sensors tika pārbaudīts uz aveņu pi, bet arī citiem mikrokontrolleriem vajadzētu strādāt.

Lai labāk izprastu zvanu sifonus, skatieties šo vietni

1. darbība. Kas jums būs nepieciešams

1. Viens aveņu pi.
2. 3D printeris- (Lai izdrukātu zvana sifonu. Es sniegšu savu dizainu. Jūs varat arī nogādāt to drukas pakalpojumā)
3. Veca lietus mērītāja piltuve (Vai arī varat to izdrukāt. Es sniegšu savu dizainu.)
4. 2 X paplāksnes kā zondes (5x25x1.5 mm manam dizainam)
5. Maizes dēlis (pēc izvēles testēšanai).
6. Dažas Python prasmes palīdzēs, taču viss kods ir nodrošināts.
7. Elektroniska skala kalibrēšanas precizēšanai. Var izmantot arī lielu šļirci (60 ml).
8. Ūdensnecaurlaidīgs korpuss aveņu pi.
9. Super līme
10. 2 džemperi no aligatora un 2 džemperi no vīriešiem līdz sievietēm
11. 110 mm PVC caurule, +/- 40 cm gara

2. solis: IZVEIDOJIET UN IESPIEDZIET Zvanu sifonu

Pievienojiet atrast manu dizainu Autocad123D un STL formātā. Jūs varat spēlēties ar dizainu, bet, mainot dizainu, var tikt izveidots zvana sifons, kas nefunkcionē. Manējais tika izdrukāts uz XYZ DaVinci AIO. Atbalsti jau ir iekļauti dizainā, tāpēc papildu balsti var nebūt nepieciešami. Es izvēlējos biezas čaulas, 90% pildījumu, 0,2 mm augstu. Tiek izmantots ABS pavediens, jo PLA noārdās ārā. Pēc piltuves drukāšanas uzklājiet uz tās akrila aerosolu, lai pasargātu to no elementiem. Turiet akrila aerosolu prom no zvana sifona iekšpuses, jo tas var izsmidzināt ūdens plūsmu sifonā. Nedodiet sifonam acetona vannu

Es vēl neesmu pārbaudījis sveķu printerus. Ja izmantojat sveķus, sveķi ir jāaizsargā no saules, lai novērstu sifona nepareizu veidošanos.

(Šis dizains ir oriģināla uzlabojums: Versijas datums - 2019. gada 27. jūnijs)

3. darbība: montējiet sifonu

Izpētiet pievienotos attēlus. Izmantojiet super līmi, lai visus priekšmetus savienotu kopā. Atcerieties, ka superlīme ir nevadoša, un visiem kontaktpunktiem nedrīkst būt superlīmes. Es izmantoju aligatora džemperus, lai savienotu zondes (paplāksnes) ar vīriešu un sieviešu džemperiem manā aveņu pi. Vienai zondei jābūt savienotai ar GPIO 20, otrai - pie 21. Šajā ķēdē nav nepieciešami rezistori. Izmantojot superlīmi, mēģiniet padarīt zondi ūdensnecaurlaidīgu. Var palīdzēt arī silīcija gēls.

Vēl neaizsedziet savu sifonu 110 mm PVC caurulē, vispirms tas ir jāpārbauda.

4. darbība. Zondes pārbaude

Izveidojiet failu "rain_log.txt" savā direktorijā, kurā vēlaties saglabāt savu python kodu.

Atveriet savu iecienīto python IDE un ierakstiet tajā šādu kodu. Saglabājiet to kā siphon_rain_gauge2.py. Palaidiet pitona kodu. Pievienojiet piltuvei nedaudz mākslīgā lietus. Katru reizi, kad sifons izlaiž ūdeni, pārliecinieties, ka ir tikai viens skaitlis. Ja sifons tiek skaitīts nepareizi, skatiet problēmu novēršanas sadaļu.

#Zvanu sifona lietus mērītājs

#Izstrādāja JJ Slabbert izdruka ("Bell Sifhon lietus mērītājs gaida dažus pilienus …") importēt gpiozero importa laiku r = 0.21676 #Šis ir kalibrētais nokrišņu daudzums vienā sifona izlaišanas darbībā. t = 0 #Kopējais nokrišņu daudzums f = atvērts ("rain_log.txt", "a+") n = 0, kamēr patiess: #Pēc katras sifonēšanas 20., 21. tapa jāmaina, lai novērstu iespējamu elektrolīzi, ja n/2 == int (n): sifons = 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 vietējais laiks = laiks.aktiskais laiks (laiks.localtime (laiks.laiks ()))) print ("Kopējais lietus kritums:"+str (pludiņš (t))+" mm "+vietējais laiks) f.write (str (t)+", "+vietējais laiks+" / n ") sifons.cloise () output.close () time.sleep (1.5)

5. solis: APRĒĶINI UN KALIBRĒŠANA

Kāpēc nokrišņu daudzums tiek mērīts kā attālums? Ko nozīmē 1 milimetru lietus? Ja jūsu kubs būtu 1000 mm X 1000 mm X 1000 mm vai 1 m X 1 m X 1 m, kuba dziļums būs 1 mm lietus ūdens, ja to atstāsit ārā lietus laikā. Ja iztukšosiet šo lietu 1 litra pudelē, tas piepildīs pudeli par 100 %, un ūdens mērīs arī 1 kg. Dažādiem lietus mērītājiem ir dažādi sateces baseini.

Arī 1 g ūdens ir parasts 1 ml.

Ja jūs izmantojat manu dizainu, kā pievienots, kalibrēšana var nebūt nepieciešama.

Lai kalibrētu lietus mērītāju, varat izmantot divas metodes. Abām metodēm izmantojiet lietotni Python (iepriekšējā darbība), lai uzskaitītu laidienus (sifonēšanas darbības). Katru reizi, kad sifons izlaiž ūdeni, pārliecinieties, ka ir tikai viens skaitlis. Ja sifons tiek skaitīts nepareizi, skatiet problēmu novēršanas sadaļu

Pirmā metode: izmantojiet esošu (kontroles) lietus mērītāju

Lai šī metode darbotos, zvana sifona piltuvei jābūt tādai pašai zonai kā vadības lietus mērītājam. Izveidojiet mākslīgu lietus virs sifona piltuves un saskaitiet izlaidumu skaitu, izmantojot python. Savāc visu ūdens izplūdi pie sifona. jūsu vadības lietus mērierīcē. Pēc aptuveni 50 izlaišanas (sifonēšanas darbības) mēra nokrišņu daudzumu lietus mērierīcē

Lai R būtu vidējais nokrišņu daudzums mm vienā sifonēšanas darbībā

R = (Kopējais nokrišņu daudzums mērinstrumentā)/(Sifonēšanas darbību skaits)

Otrā metode: nosvērt nokrišņu daudzumu (jums būs nepieciešama elektroniskā skala)

Lai R būtu vidējais nokrišņu daudzums mm vienā sifonēšanas darbībā

Lai W būtu ūdens svars vienā sifonēšanas darbībā gramos vai ml

Ļaujiet A būt piltuves sateces zonai

R = (Wx1000)/A

Kalibrēšanai izmantojiet šļirci, lai lēni ievadītu ūdeni zvana sifonā. Ielieciet ūdeni glāzē ar zināmu svaru. Turpiniet ūdens injicēšanu, līdz sifons iztukšojas vismaz 50 reizes. Nosveriet glāzē esošo ūdeni. Aprēķiniet vidējo ūdens svaru (W) katru reizi, kad sifons izlaiž ūdeni. Manam dizainam tas bija aptuveni 2,95 grami (ml). Manai piltuvei ar diametru 129mm un rādiusu 64,5 mm

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

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

R = 0,21676

Ja jums nav elektronisko svaru, varat vienkārši izmantot lielu (60 ml/gramu) šļirci. Vienkārši saskaitiet sifona ūdens izplūdes skaitu

W = (šļirces tilpums mm)/(sifona ūdens izplūdes skaits)

Atjauniniet python lietotni ar jauno R vērtību.

Zvanu sifons (mans dizains) aizņem apmēram 1 sekundi, lai atbrīvotu visu ūdeni. Kā īkšķis, tiks atbrīvots arī ūdens, kas sifonā nokļūst atbrīvošanas laikā. Tas var ietekmēt mērījumu linearitāti stipra lietus laikā. Labāks statistikas modelis var uzlabot aplēses.

6. solis: dodieties uz lauku

Ievietojiet salikto zvana sifonu un piltuvi piemērotā apvalkā. Es izmantoju 110 mm PVC cauruli. Pārliecinieties arī, vai pievienotais aveņu pi ir ūdensnecaurlaidīgā korpusā. Mans PI tiek darbināts ar strāvas banku demonstrācijas nolūkos, taču ir jāizmanto pareizs ārējais barošanas avots vai saules sistēma.

Es izmantoju VNC, lai izveidotu savienojumu ar PI, izmantojot planšetdatoru. Tas nozīmē, ka es varu uzraudzīt nokrišņus savā instalācijā no jebkuras vietas.

Izveidojiet mākslīgo lietu un uzziniet, kā darbojas sensors.

7. darbība: problēmu novēršana

1) Problēma: ja es uzskaita sifona izlaidumus, izmantojot lietotni python, lietotne uzskaita papildu izlaidumus.

Padoms: zondes zvana sifonā var tikt aizvērtas, un starp tām ir iestrēdzis ūdens piliens.

2) Problēma: ūdens izplūst caur sifonu.

Padoms: šī ir dizaina kļūda. Uzlabojiet dizainu. Sifona izvades rādiuss, iespējams, ir pārāk liels. Var palīdzēt zināma zinātnieka palīdzība. Ja jūs izveidojāt savu zvanu sifonu, izmēģiniet to, ko es piedāvāju. Jūs varat arī piestiprināt īsu (15 cm) zivju tvertnes cauruli pie sifona izplūdes atveres, lai uzlabotu izlaišanas "vilkšanas spēku".

3) Problēma: zondes neuztver visas sifona izplūdes.

Padoms: notīriet zondes ar ausu kociņu. Pārbaudiet visus kabeļu savienojumus. Uz zondēm var būt līme. noņemiet to ar smalku precizitātes failu.

4) Problēma: visi mani sifona izplūdes skaitīti pareizi, bet nokrišņu aprēķins ir nepareizs.

Padoms: Jums ir nepieciešams atkārtoti kalibrēt sensoru. Ja jums ir zemākas aplēses, r (nokrišņu daudzums vienā sifonēšanas darbībā) ir jāpalielina.

8. darbība. Turpmākie uzlabojumi un pārbaude

1. Zelta plāksnes zondes (paplāksnes). Tas atkal palīdzēs iespējamai korozijai.
2. Nomainiet zondes ar lāzera diode un foto rezistoru.
3. Uzlabot novērtēšanas modeli. Vienkāršs lineārs modelis var nebūt piemērots lietus laikā.
4. Zem pirmā (pie izejas) var pievienot otru lielāku zvanu sifonu, lai izmērītu augsta blīvuma lietus.
5. GUI iesaku Caynne IOT.

Piezīme. Ir publicēts būtisks uzlabojums. Skatiet PiSiphon lietus mērītāju