Bell Siphon Rain Gauge: 8 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Подобрена версия на това е PiSiphon Rain Gauge

Традиционно валежите се измерват с ръчен манометър.

Автоматизираните метеорологични станции (включително метеорологичните станции на IoT) обикновено използват кофи за преобръщане, акустични дистрометри или лазерни дистанционномери.

Кофите за преобръщане имат подвижни части, които могат да бъдат запушени. Те са калибрирани в лаборатории и може да не се измерват правилно при силни дъждовни бури. Disdrometers може да се затруднява да вземе малки капки или валежи от сняг или мъгла. Disdrometers също изисква сложна електроника и алгоритми за обработка, за да се оценят размерите на капките и да се прави разлика между дъжд, сняг и градушка.

Мислех, че измервател на дъжд от сифон Bell може да бъде полезен за преодоляване на някои от горните проблеми. Bell Siphon може лесно да се отпечата на нормален FDM 3D принтер (евтините с екструдери, като RipRaps и Prusas).

Сифонът на звънеца често се използва в аквапониката и аквариумите за автоматично изпразване на резервоарите, когато нивото на водата достигне определена височина. Използват се само естествени сили за сравнително бързо изпразване на резервоара. Сифонът няма движещи се части.

Уредът за дъжд от сифон на звънец съдържа две сонди, свързани близо една до друга (но не контактуващи помежду си) към изхода на сифона на камбаната. Другите краища на сондите са свързани към GPIO щифтове на малиновото пи. Единият щифт ще бъде изходен, другият ще бъде входен. Когато дъждомера съдържа определено количество вода, естествените сили ще изпразнят габарита. Водата ще потече през сондите към изхода на сифона на звънеца и ще бъде регистрирана висока стойност на входния щифт на GPIO. Това действие на сифон ще записва приблизително 2,95 грама (ml), използвайки дизайна на моя сифон. 2,8 грама вода ще бъде равно на +/- 0,21676 мм дъжд, ако се използва моят дъждомер с диаметър на фунията 129 мм. След всяко действие на сифон (събитие за изпускане на вода) входният щифт ще стане изход, а изходът ще стане вход, за да се предотврати възможна електролиза.

Моята цел на този проект е да осигуря сензор, който може да се използва от калайджии за прикачване към отворени хардуерни метеорологични станции. Този сензор е тестван на малинов пи, но трябва да работят и други микроконтролери.

За по -добро разбиране на звънените сифони, гледайте това

Стъпка 1: Какво ще ви трябва

1. Едно малиново пи.
2. 3D принтер-(За да отпечатате звънеца Сифон. Ще ви предложа моя дизайн. Можете също да го занесете в печатна служба)
3. Стара фуния с габарит
4. 2 X шайби като сонди (5x25x1,5 mm за моя дизайн)
5. Платформа (по избор за тестване).
6. Някои умения на Python ще ви помогнат, но целият код е предоставен.
7. Електронна скала за фина настройка на калибрирането. Може да се използва и голяма спринцовка (60 ml).
8. Водоустойчив корпус за малиново пи.
9. супер лепило
10. 2 джъмпера от алигатор и 2 джъмпера за мъже
11. 110 мм PVC тръба, дълга +/- 40 см

Стъпка 2: ПРОЕКТИРАЙТЕ И РАЗПЕЧАТЕ СИФОНА НА ЗВУКАТА

Прикачете намерете моя дизайн във формати Autocad123D и STL. Можете да си поиграете с дизайна, но промяната на дизайна може да създаде изтичащ и нефункционален сифон на звънец. Моят беше отпечатан на XYZ DaVinci AIO. Подпорите вече са включени в дизайна, така че може да не са необходими допълнителни опори. Избрах дебели черупки, 90% пълнеж, високо ниво 0,2 мм. Използва се ABS нишка, тъй като PLA ще се разгради на открито. След отпечатване на фунията, нанесете върху нея акрилен спрей, за да я предпазите от елементите. Дръжте акрилния спрей далеч от вътрешната страна на звънеца, тъй като той може да блокира потока на вода в сифона. Не давайте на сифона вана с ацетон

Още не съм тествал принтери за смола. Ако използвате смола, трябва да предпазите смолата от слънцето, за да предотвратите неправилно формиране на сифона.

(Този дизайн е подобрение на оригинала: Дата на версията 27 юни 2019 г.)

Стъпка 3: Сглобете сифона

Проучете прикачените изображения. Използвайте супер лепило, за да свържете всички елементи заедно. Не забравяйте, че супер лепилото не е проводимо и всичките ви точки за контакт трябва да стоят далеч от супер лепило. Използвах джъмпери от алигатор, за да свържа сондите (шайби) към джъмпери от мъжки към женски на моето малиново пи. Едната сонда трябва да бъде свързана към GPIO 20, а другата към 21. Не са необходими резистори в тази схема. Опитайте се да направите сондата водонепроницаема, когато използвате суперлепилото. Силиконовият гел също може да помогне.

Все още не покривайте сифона си в 110 мм PVC тръба, първо трябва да се тества.

Стъпка 4: Тестване на сондата

Създайте файл "rain_log.txt" във вашата директория, където искате да запишете вашия python код.

Отворете любимата си IDE на python и въведете следния код в нея. Запазете го като siphon_rain_gauge2.py. Стартирайте кода на python. Добавете малко изкуствен дъжд към фунията си. Уверете се, че има един и само един брой, всеки път, когато сифонът изпуска вода. Ако Siphon брои неправилно, вижте раздела за отстраняване на неизправности.

#Bell-Siphon Rain Gauge

#Разработено от JJ Slabbert print ("Измервателят на дъждовни камъни Bell Siphon чака някои капки …") импортиране gpiozero време за импортиране r = 0,21676 #Това е калибрираното действие за освобождаване на валежите за сифон. t = 0 #Общо валежи f = отворен ("rain_log.txt", "a+") n = 0, докато True: #След всяко сифониране щифт 20, 21 трябва да се редуват, за да се предотврати възможна електролиза, ако n/2 == int (n): siphon = 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 ("Общо дъжд:"+str (float (t))+" mm "+localtime) f.write (str (t)+", "+localtime+" / n ") siphon.close () output.close () time.sleep (1.5)

Стъпка 5: ИЗЧИСЛЕНИЯ И КАЛИБРОВКИ

Защо валежите се измерват като разстояние? Какво означава 1 милиметров дъжд? Ако сте имали куб от 1000 мм х 1000 мм х 1000 мм или 1 м х 1 м х 1 м, кубът ще има дълбочина 1 мм дъждовна вода, ако сте го оставили навън, когато вали. Ако изпразните този дъжд в бутилка от 1 литър, тя ще напълни бутилката на 100 %, а водата също ще измери 1 кг. Различните дъгомери имат различни водосбори.

Също така, 1 грам вода е конвенционален 1 мл.

Ако използвате моите дизайни като приложени, може да не е необходимо калибриране.

За да калибрирате вашия дъждомер, можете да използвате 2 метода. И за двата метода използвайте приложението python (предишна стъпка), за да преброите изданията (действия за сифон). Уверете се, че има един и само един брой, всеки път, когато сифонът изпуска вода. Ако Siphon брои неправилно, вижте раздела за отстраняване на неизправности

Метод първи: Използвайте съществуващ (контролен) дъждомер

За да работи този метод, фунията на сифонния ви звънец трябва да е в същата област като контролния дъждомер. Създайте изкуствен дъжд над сифонната си фуния и пребройте броя на изданията с python. Съберете цялото изпускане на вода от сифона. във вашия контролен дъждомер. След около 50 изпускания (действия за отваряне), измерете валежите в контролния дъждомер

Нека R е средният валеж в mm за действие на сифон

R = (Общи валежи в контролния габарит)/(Брой действия на сифон)

Метод втори: Претеглете валежите си (ще ви трябва електронна везна)

Нека R е средният валеж в mm за действие на сифон

Нека W е теглото на водата за сифонно действие в грамове или мл

Нека А е водосборната зона на фунията

R = (Wx1000)/A

За калибриране използвайте спринцовка, за да инжектирате бавно вода в сифона на звънеца. Хванете водата в чаша с известно тегло. Продължете да инжектирате водата, докато сифонът се изпразни поне 50 пъти. Претеглете водата в чашата. Изчислете средното тегло (W) на водата, отделяна всеки път, когато сифонът изпуска вода. За моя дизайн това беше около 2,95 грама (ml). За фунията ми с диаметър 129 мм и радиус 64,5 мм

A = pi*(64.5)^2 = 13609.8108371

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

R = 0,21676

Ако нямате електронна везна, можете просто да използвате голяма спринцовка (60 ml/грам). Просто пребройте броя на изпусканите от сифона вода

W = (Обем на спринцовката в мм)/(Брой изпускания на вода от сифон)

Актуализирайте приложението python с новата стойност R.

Сифонът на звънеца (Моят дизайн) отнема около 1 секунда, за да освободи цялата вода. Като общо правило, водата, постъпваща в сифона по време на освобождаването, също ще бъде освободена. Това може да повлияе на линейността на измерванията по време на силен дъжд. По -добрият статистически модел може да подобри оценките.

Стъпка 6: Отидете на полето

Поставете сглобения сифон на звънеца и фунията в подходящ корпус. Използвах 110 мм PVC тръба. Също така се уверете, че свързаният ви малинов пи е във водоустойчив корпус. Моят PI се захранва с power bank за демонстрационни цели, но трябва да се използва подходящо външно захранване или слънчева система.

Използвах VNC за свързване към PI чрез моя таблет. Това означава, че мога да наблюдавам валежите при моята инсталация отвсякъде.

Създайте изкуствен дъжд и вижте как функционира сензорът.

Стъпка 7: Отстраняване на неизправности

1) Проблем: Ако преброя изданията на сифона с приложението python, приложението брои допълнителни издания.

Съвет: Вашите сонди в сифона на звънеца може да се затворят и капка вода е заседнала между тях.

2) Проблем: Водата капе през Сифона.

Съвет: Това е грешка в дизайна. Подобрете дизайна. Радиусът на изхода на сифона вероятно е твърде голям. Някаква помощ от учен може да помогне. Ако сте проектирали свой собствен сифон за звънец, опитайте този, който предоставих. Можете също така да прикрепите къса (15 см) тръба за аквариум към изхода на сифона, за да подобрите "силата на плъзгане" на освобождаването.

3) Проблем: Сондите не вземат всички освобождавания на сифона.

Съвет: Почистете сондите си с клечка за уши. Проверете всички кабелни връзки. Възможно е върху вашите сонди да има лепило. премахнете го с прецизен файл.

4) Проблем: Всичките ми изпускания от сифона се броят правилно, но оценката на валежите е грешна.

Съвет: Трябва да калибрирате отново сензора си. Ако имате под оценки r (валежите за изсмукващо действие) трябва да се увеличи.

Стъпка 8: Бъдещи подобрения и тест

1. Златни плочи сондите (шайби). Това ще помогне отново за възможна корозия.
2. Сменете сондите с лазерен диод и фоторезистор.
3. Подобрете модела за оценка. Простият линеен модел може да не е подходящ при силен дъжд.
4. Втори по -голям Bell Siphon може да бъде добавен под (на изхода) на първия за измерване на дъжд с висока плътност.
5. За GUI предлагам Caynne IOT.

Забележка: Публикувано е значително подобрение. Вижте PiSiphon Rain Gauge