Ukazovateľ dažďa Bell Siphon: 8 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

Vylepšenou verziou je Rain Gauge od spoločnosti PiSiphon

Zrážky sa tradične merajú pomocou ručného merača zrážok.

Automatizované meteorologické stanice (vrátane meteorologických staníc internetu vecí) bežne používajú vyklápacie vedrá, akustické disrometre alebo laserové diskometre.

Vyklápacie vedrá majú pohyblivé časti, ktoré sa môžu upchať. Sú kalibrované v laboratóriách a nemusia správne merať v silných dažďových búrkach. Disdrometre sa môžu snažiť zachytiť malé kvapky alebo zrážky zo snehu alebo hmly. Disdrometre tiež vyžadovali komplikovanú elektroniku a algoritmy spracovania na odhad veľkosti kvapiek a na rozlíšenie medzi dažďom, snehom a krupobitím.

Myslel som si, že na prekonanie niektorých z vyššie uvedených problémov môže byť užitočný tlakomer Bell Siphon. Bell Siphon je možné ľahko vytlačiť na bežnej 3D tlačiarni FDM (lacné lacné s extrudérmi, ako sú RipRaps a Prusas).

Zvonové sifóny sa často používajú v akvapónii a akváriách na automatické vyprázdňovanie nádrží, keď hladina vody dosiahne určitú výšku. Na relatívne rýchle vyprázdnenie nádrže sa používajú iba prírodné sily. Sifón nemá žiadne pohyblivé časti.

Zvukomer zvonového sifónu obsahuje dve sondy spojené blízko seba (ale navzájom sa nedotýkajú) k výstupu zvonového sifónu. Ostatné konce sond sú spojené s GPIO kolíkmi malinového pi. Jeden pin bude výstupný, druhý pin bude vstupný. Keď zrážkomer obsahuje určité množstvo vody, prírodné sily ho vyprázdnia. Voda bude pretekať cez sondy na výstupe zvonového sifónu a na vstupnom kolíku GPIO bude zaregistrovaná vysoká hodnota. Táto akcia sifónu bude zaznamenávať približne 2,95 gramov (ml) pomocou konštrukcie môjho zvonového sifónu. Ak použijem zrážkomer s priemerom lievika 129 mm, 2,8 gramu vody sa bude rovnať +/- 0,21676 mm dažďa. Po každom sifónovaní (uvoľnenie vody) sa zo vstupného kolíka stane výstup a z výstupu sa stane vstup, aby sa zabránilo prípadnej elektrolýze.

Cieľom tohto projektu je poskytnúť senzor, ktorý môžu drotári použiť na pripojenie k otvoreným hardvérovým meteorologickým staniciam. Tento senzor bol testovaný na malinovom pi, ale fungovať by mali aj ďalšie mikrokontroléry.

Ak chcete lepšie porozumieť zvonovým sifónom, sledujte toto

Krok 1: Čo budete potrebovať

1. Jedna malinová pi.
2. 3D tlačiareň-(Na vytlačenie zvončeka sifón. Poskytnem svoj návrh. Môžete ho tiež odniesť do tlačovej služby)
3. Starý dažďový lievik (Alebo si ho môžete vytlačiť. Poskytnem svoj návrh.)
4. 2 x podložky ako sondy (podľa môjho návrhu 5x25x1,5 mm)
5. Breadboard (voliteľné na testovanie).
6. Niektoré zručnosti v jazyku Python pomôžu, ale všetok kód je k dispozícii.
7. Elektronická váha na jemné doladenie kalibrácie. Môžete tiež použiť veľkú striekačku (60 ml).
8. Vodotesný obal na malinový pi.
9. super lepidlo
10. 2 prepojky aligátora a 2 prepojky mužov a žien
11. 110 mm PVC rúrka, +/- 40 cm dlhá

Krok 2: NAVRHNITE A VYTLAČTE ZVONKOVÝ SIFÓN

Priložiť nájsť môj návrh vo formáte Autocad123D a STL. Môžete sa pohrať s dizajnom, ale zmena dizajnu môže spôsobiť netesný a nefunkčný zvonový sifón. Ten môj bol vytlačený na XYZ DaVinci AIO. Podpery sú už súčasťou návrhu, takže ďalšie podpery nemusia byť potrebné. Vybral som hrubé škrupiny, 90% výplň, výška 0,2 mm. Používa sa vlákno ABS, pretože PLA sa vonku degraduje. Po vytlačení lievika naň naneste akrylový sprej, aby bol chránený pred živlami. Akrylový sprej držte mimo vnútra zvonového sifónu, pretože môže striekať prúd vody v sifóne. Nedávajte sifónu acetónový kúpeľ

Živicové tlačiarne som ešte netestoval. Ak používate živicu, musíte ju chrániť pred slnkom, aby ste predišli nesprávnemu tvaru sifónu.

(Tento dizajn je vylepšením originálu: Verzia Dátum 27. júna 2019)

Krok 3: Zostavte sifón

Preštudujte si priložené obrázky. Na pripevnenie všetkých predmetov k sebe použite super lepidlo. Pamätajte si, že super lepidlo je nevodivé a všetky vaše kontaktné body by nemali obsahovať super lepidlo. Na svojom malinovom pí som použil aligátorové prepojky na pripojenie sond (podložiek) k prepojkám medzi mužmi a ženami. Jedna sonda by mala byť pripojená k GPIO 20, druhá k 21. V tomto obvode nie sú potrebné žiadne odpory. Pri použití lepidla sa pokúste zaistiť vodotesnosť sondy. Pomôcť môže aj silikónový gél.

Váš sifón ešte nezakrývajte v 110 mm rúre z PVC, musí byť najskôr testovaný.

Krok 4: Testovanie sondy

Vytvorte vo svojom adresári súbor „rain_log.txt“, kam chcete uložiť kód pythonu.

Otvorte svoje obľúbené IDE pythonu a zadajte doň nasledujúci kód. Uložte ho ako siphon_rain_gauge2.py. Spustite kód pythonu. Pridajte do svojho lievika umelý dážď. Uistite sa, že existuje jeden a iba jeden počet, zakaždým, keď sifón pustí vodu. Ak sifón počíta zle, pozrite si časť o riešení problémov.

#Bell-Siphon Rain Gauge

#Vyvinutý tlačou JJ Slabberta („Dažďový merač Bell Siphon čaká na nejaké kvapky …“) čas importu gpiozero r = 0,21676 #Toto sú kalibrované zrážky na akciu uvoľnenia sifónu. t = 0 #Celkové zrážky f = otvorené ("rain_log.txt", "a+") n = 0, zatiaľ čo True: #Po každom sifónovaní by sa mali kolíky 20 a 21 striedať, aby sa zabránilo prípadnej elektrolýze, ak n/2 == int (n): sifón = gpiozero. Button (21, False) výstup = gpiozero. LED (20) výstup.on () else: sifón = gpiozero. Button (20, False) výstup = gpiozero. LED (21) výstup.on () siphon.wait_for_press () n = n+1 t = t+r localtime = time.asctime (time.localtime (time.time ())) print ("Total rain rain:"+str (float (t))+" mm "+miestny čas) f.write (str (t)+", "+miestny čas+" / n ") siphon.close () output.close () time.sleep (1,5)

Krok 5: VÝPOČTY A KALIBRÁCIE

Prečo sa zrážky merajú ako vzdialenosť? Čo znamená 1 milimetrový dážď? Ak máte kocku s rozmermi 1 000 mm x 1 000 mm x 1 000 mm alebo 1 m x 1 m x 1 m, bude mať kocka hĺbku 1 mm, ak ju necháte vonku, keď prší. Pokiaľ tento dážď vyprázdnite vo 1 litrovej fľaši, naplní fľašu na 100 % a voda bude merať aj 1 kg. Rôzne zrážkomery majú rôzne spádové oblasti.

1 gram vody je tiež bežný 1 ml.

Ak použijete moje návrhy v prílohe, kalibrácia nemusí byť potrebná.

Na kalibráciu zrážkomeru môžete použiť 2 metódy. Pri oboch metódach použite aplikáciu attach python (predchádzajúci krok) na počítanie vydaní (akcie sifónu). Uistite sa, že existuje jeden a iba jeden počet, zakaždým, keď sifón pustí vodu. Ak sifón počíta zle, pozrite si časť o riešení problémov

Prvá metóda: Použite existujúci (kontrolný) zrážkomer

Aby táto metóda fungovala, váš lievik zvonového sifónu musí mať rovnakú plochu ako kontrolný zrážkomer. Vytvorte umelý dážď nad svojim lievikom sifónu a spočítajte počet vydaní s pythonom. Pozbierajte všetky úniky vody sifónom. vo vašom kontrolnom zrážkomere. Asi po 50 vypusteniach (akcie sifónovania) zmerajte zrážky v kontrolnom zrážkomere

Nech R je priemerný úhrn zrážok v mm na akciu sifónu

R = (celkové zrážky v kontrolnom rozchode)/(počet akcií sifónu)

Metóda druhá: Zvážte množstvo zrážok (budete potrebovať elektronickú váhu)

Nech R je priemerný úhrn zrážok v mm na akciu sifónu

Nech W je hmotnosť vody na jeden sifón v gramoch alebo ml

Nech A je spádová oblasť zúženia

R = (Šx1000)/A

Pri kalibrácii pomocou striekačky pomaly vstrekujte vodu do zvonového sifónu. Chyťte vodu do pohára známej hmotnosti. Pokračujte v vstrekovaní vody, kým sa sifón nevyprázdni najmenej 50 -krát. Odvážte vodu v pohári. Vypočítajte priemernú hmotnosť (W) vody uvoľnenej vždy, keď sifón uvoľní vodu. Pre môj návrh to bolo asi 2,95 gramov (ml). Pre môj lievik s priemerom 129 mm a polomerom 64,5 mm

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

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

R = 0,21676

Ak nemáte elektronickú váhu, môžete použiť veľkú striekačku (60 ml/gram). Stačí spočítať počet uvoľnení sifónovej vody

W = (objem striekačky v mm)/(počet vypustení sifónovej vody)

Aktualizujte aplikáciu python o novú hodnotu R.

Bell Siphon (môj dizajn) uvoľní všetku vodu asi 1 sekundu. Ako všeobecné pravidlo sa uvoľní aj voda vstupujúca do sifónu počas vypúšťania. Počas silného dažďa to môže ovplyvniť lineárnosť meraní. Odhady môže zlepšiť lepší štatistický model.

Krok 6: Choďte do poľa

Vložte svoj zmontovaný zvonový sifón a lievik do vhodného obalu. Použil som PVC rúrku 110 mm. Uistite sa tiež, že váš pripojený malinový pi je vo vodotesnom puzdre. My PI je napájaný z powerbanky na demo účely, ale musí byť použitý vhodný externý zdroj energie alebo solárny systém.

Na pripojenie k PI prostredníctvom tabletu som použil VNC. To znamená, že môžem monitorovať zrážky pri mojej inštalácii odkiaľkoľvek.

Vytvorte umelý dážď a uvidíte, ako senzor funguje.

Krok 7: Riešenie problémov

1) Problém: Ak počítam vydania sifónu s aplikáciou python, aplikácia počíta ďalšie vydania.

Rada: Vaše sondy v zvonovom sifóne sa môžu zavrieť a medzi nimi uviazla kvapka vody.

2) Problém: Sifónom kvapká voda.

Rada: Ide o konštrukčnú chybu. Vylepšite dizajn. Polomer výstupu sifónu je pravdepodobne príliš veľký. Pomôcť môže pomoc vedcov. Ak ste si navrhli vlastný zvonový sifón, vyskúšajte ten, ktorý som poskytol. Na vyústenie sifónu môžete tiež pripevniť krátku (15 cm) rúrku z rybej nádrže, aby ste zlepšili „silu ťahu“uvoľnenia.

3) Problém: Sondy nezachytia všetky uvoľnenia sifónu.

Rada: Vyčistite sondy tyčinkou do ucha. Skontrolujte všetky káblové pripojenia. Na vašich sondách môže byť lepidlo. odstráňte ho pomocou súboru s jemnou presnosťou.

4) Problém: Všetky vypúšťania sifónu sú správne počítané, ale odhad zrážok je nesprávny.

Rada: Senzor musíte znova nakalibrovať. Ak máte pod odhadmi r (zrážky na akciu sifónu) je potrebné zvýšiť.

Krok 8: Budúce zlepšenia a test

1. Sondy (podložky) zlatej platne. To opäť pomôže prípadnej korózii.
2. Vymeňte sondy za laserovú diódu a fotoodpor.
3. Vylepšiť model odhadu. Jednoduchý lineárny model nemusí byť vhodný v silnom daždi.
4. Na meranie dažďa s vysokou hustotou môže byť pod (na výstupe) prvého pridaný druhý väčší zvonový sifón.
5. Ako GUI navrhujem Caynne IOT.

Poznámka: Je zverejnené zásadné zlepšenie. Pozrite sa na dažďový merač PiSiphon