Varpelio sifono lietaus matuoklis: 8 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Patobulinta šios versijos versija yra „PiSiphon Rain Gauge“

Tradiciškai kritulių kiekis matuojamas rankiniu lietaus matuokliu.

Automatizuotose oro stotyse (įskaitant daiktų interneto meteorologines stotis) paprastai naudojami arbatiniai kaušeliai, akustiniai disdometrai arba lazeriniai disometrai.

Arbatiniuose kaušeliuose yra judančių dalių, kurios gali būti užsikimšusios. Jie yra kalibruoti laboratorijose ir gali būti netinkamai išmatuoti stiprių lietaus audrų metu. Disdrometrams gali būti sunku surinkti mažus lašus ar kritulius iš sniego ar rūko. Disdrometrams taip pat reikėjo sudėtingos elektronikos ir apdorojimo algoritmų, kad būtų galima įvertinti lašų dydžius ir atskirti lietų, sniegą ir krušą.

Maniau, kad „Bell Siphon Rain“matuoklis gali būti naudingas kai kurioms aukščiau išvardytoms problemoms įveikti. „Bell Sifhon“galima lengvai atspausdinti įprastu FDM 3D spausdintuvu (pigiausi su ekstruderiais, pvz., „RipRaps“ir „Prusas“).

Varpiniai sifonai dažnai naudojami akvaponikoje ir žuvų talpyklose, kad automatiškai ištuštintų rezervuarus, kai vandens lygis pasiekia tam tikrą aukštį. Palyginti greitai ištuštinti baką naudojamos tik natūralios jėgos. Sifone nėra judančių dalių.

Varpinio sifono lietaus matuoklyje yra du zondai, prijungti arti vienas kito (bet nesiliečiantys) prie varpo sifono išleidimo angos. Kiti zondų galai yra prijungti prie aviečių pi GPIO kaiščių. Vienas kaištis bus išvesties kaištis, kitas - įvesties kaištis. Kai lietaus matuoklyje yra tam tikras vandens kiekis, gamtinės jėgos matuoklį ištuštins. Vanduo tekės pro zondus varpo sifono išleidimo angoje, o GPIO įvesties kaištyje bus užfiksuota aukšta temperatūra. Šis sifonavimo veiksmas įrašys maždaug 2,95 gramo (ml), naudojant mano varpelio sifono dizainą. Jei naudojamas mano lietaus matuoklis, kurio piltuvo skersmuo yra 129 mm, 2,8 gramo vandens bus lygu +/- 0,21676 mm lietui. Po kiekvieno siurbimo veiksmo (vandens išleidimo įvykio) įvesties kaištis taps išvestimi, o išėjimas - įėjimu, kad būtų išvengta galimo elektrolizės.

Šio projekto tikslas yra pateikti jutiklį, kurį tinklininkai galėtų naudoti prie atvirų aparatinės oro stočių. Šis jutiklis buvo išbandytas su aviečių pi, tačiau turėtų veikti ir kiti mikrovaldikliai.

Norėdami geriau suprasti varpų sifonus, žiūrėkite šį

1 žingsnis: ko jums reikės

1. Vienas aviečių pi.
2. 3D spausdintuvas- (Norėdami atspausdinti varpelio sifoną. Pateiksiu savo dizainą. Taip pat galite nunešti į spausdinimo tarnybą)
3. Senas lietaus matuoklio piltuvas (arba galite atspausdinti. Pateiksiu savo dizainą.)
4. 2 X poveržlės kaip zondai (5x25x1.5 mm mano dizainui)
5. Duonos lenta (pasirenkama bandymams).
6. Kai kurie „Python“įgūdžiai padės, tačiau visas kodas yra pateiktas.
7. Elektroninė svarstyklė kalibravimui tiksliai sureguliuoti. Taip pat galima naudoti didelį švirkštą (60 ml).
8. Neperšlampamas korpusas aviečių pi.
9. Super klijai
10. 2 džemperiai iš aligatoriaus ir 2 džemperiai nuo vyrų iki moterų
11. 110 mm PVC vamzdis, +/- 40 cm ilgio

2 veiksmas: suprojektuokite ir atspausdinkite varpo sifoną

Pridėkite rasti mano dizainą Autocad123D ir STL formatu. Galite žaisti su dizainu, tačiau pakeitus dizainą gali atsirasti nesandarus ir neveikiantis varpo sifonas. Mano buvo atspausdintas ant XYZ DaVinci AIO. Atramos jau yra įtrauktos į dizainą, todėl papildomų atramų gali prireikti. Aš pasirinkau storus apvalkalus, 90% užpildo, 0,2 mm aukščio. Naudojamas ABS siūlas, nes PLA suyra lauke. Atspausdinę piltuvą, užtepkite ant jo akrilo purškiklį, kad apsaugotumėte jį nuo elementų. Saugokite akrilo purškiklį nuo varpelio sifono vidinės pusės, nes jis gali užblokuoti vandens srautą sifone. Neduokite sifonui acetono vonios

Dar neišbandžiau dervos spausdintuvų. Jei naudojate dervą, turite apsaugoti dervą nuo saulės, kad išvengtumėte netinkamo sifono formavimosi.

(Šis dizainas yra originalo patobulinimas: versijos data 2019 m. Birželio 27 d.)

3 žingsnis: Surinkite sifoną

Išstudijuokite pridėtus vaizdus. Naudokite super klijus, kad pritvirtintumėte visus elementus. Atminkite, kad super klijai yra nelaidūs, o visi jūsų kontaktiniai taškai neturėtų likti be super klijų. Aš naudoju aligatoriaus džemperius, kad prijungčiau zondus (poveržles) prie patelių prie moteriškų džemperių savo aviečių pi. Vienas zondas turi būti prijungtas prie GPIO 20, kitas - prie 21. Šioje grandinėje rezistorių nereikia. Stenkitės, kad zondas būtų nepralaidus vandeniui, kai naudojate superklijų. Silicio gelis taip pat gali padėti.

Dar neuždenkite sifono 110 mm PVC vamzdyje, pirmiausia jį reikia išbandyti.

4 žingsnis: zondo testavimas

Sukurkite failą „rain_log.txt“savo kataloge, kuriame norite išsaugoti „Python“kodą.

Atidarykite savo mėgstamą python IDE ir įveskite šį kodą. Išsaugokite jį kaip siphon_rain_gauge2.py. Paleiskite „Python“kodą. Įpilkite šiek tiek dirbtinio lietaus į savo piltuvą. Kiekvieną kartą, kai sifonas išleidžia vandenį, įsitikinkite, kad yra tik vienas skaičius. Jei sifonas skaičiuojamas neteisingai, žr. Trikčių šalinimo skyrių.

#Varpelio-sifono lietaus matuoklis

#Sukurta pagal JJ Slabbert spaudinį („Varpelio sifono lietaus matuoklis laukia kai kurių lašų …“) importuoti gpiozero importo laiką r = 0,21676 #Tai yra kalibruotas kritulių kiekis per sifoną. t = 0 #Bendras kritulių kiekis f = atviras ("rain_log.txt", "a+") n = 0, o tiesa: #Po kiekvieno siurbimo 20, 21 kaiščiai turėtų kaitaliotis, kad būtų išvengta galimo elektrolizės, jei n/2 == int (n): sifonas = 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 lokalinis laikas = laikas.darbo laikas (laikas.localtime (laikas.laikas ()))) print ("Bendras lietaus kritimas:"+str (plūdė (t))+" mm "+vietos laikas) f.write (str (t)+", "+vietos laikas+" / n ") siphon.close () output.close () time.sleep (1.5)

5 žingsnis: Skaičiavimai ir kalibravimai

Kodėl kritulių kiekis matuojamas kaip atstumas? Ką reiškia 1 milimetro lietus? Jei kubas buvo 1000 mm x 1000 mm x 1000 mm arba 1 m x 1 m x 1 m, kubo gylis bus 1 mm lietaus vandens, jei paliksite jį lauke, kai lyja. Jei šį lietų ištuštinsite 1 litro butelyje, jis užpildys butelį 100 %, o vanduo taip pat bus 1 kg. Skirtingi lietaus matuokliai turi skirtingas baseinus.

Taip pat 1 gramas vandens yra įprastas 1 ml.

Jei naudosite mano pateiktą dizainą, gali prireikti kalibravimo.

Norėdami sukalibruoti lietaus matuoklį, galite naudoti 2 metodus. Abiem metodais naudokite programą „Python“(ankstesnis veiksmas), kad suskaičiuotumėte leidimus (sifonavimo veiksmus). Kiekvieną kartą, kai sifonas išleidžia vandenį, įsitikinkite, kad yra tik vienas skaičius. Jei sifonas skaičiuojamas neteisingai, žr. Trikčių šalinimo skyrių

Pirmasis metodas: naudokite esamą (valdymo) lietaus matuoklį

Kad šis metodas veiktų, varpelio sifono piltuvas turi būti tos pačios srities kaip ir kontrolinis lietaus matuoklis. Sukurkite dirbtinį lietų virš sifono piltuvo ir suskaičiuokite išleidimų skaičių naudodami „python“. Surinkite visą išleidžiamą vandenį sifonu. jūsų lietaus matuoklyje. Po maždaug 50 išleidimų (sifono veiksmai) išmatuokite kritulius kontroliniame lietaus matuoklyje

Tegul R yra vidutinis kritulių kiekis milimetrais per sifono veiksmą

R = (bendras kritulių kiekis matuoklyje)/(siurbimo veiksmų skaičius)

Antrasis metodas: pasverti kritulių kiekį (jums reikės elektroninės svarstyklės)

Tegul R yra vidutinis kritulių kiekis milimetrais per sifono veiksmą

Tegul W yra vandens svoris per siurbimo veiksmą gramais arba ml

Tegul A yra piltuvo baseinas

R = (Wx1000)/A

Norėdami atlikti kalibravimą, švirkštu lėtai įšvirkškite vandens į varpo sifoną. Supilkite vandenį į žinomo svorio stiklinę. Tęskite vandens įpurškimą, kol sifonas ištuštės mažiausiai 50 kartų. Pasverkite vandens stiklinėje svorį. Apskaičiuokite vidutinį išleidžiamo vandens svorį (W) kiekvieną kartą, kai sifonas išleidžia vandenį. Mano dizainui tai buvo apie 2,95 gramo (ml). Mano piltuvui, kurio skersmuo 129 mm ir spindulys 64,5 mm

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

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

R = 0,21676

Jei neturite elektroninių svarstyklių, galite tiesiog naudoti didelį (60 ml/gramo) švirkštą. Tiesiog suskaičiuokite sifono vandens išleidimo skaičių

W = (švirkšto tūris mm)/(sifono vandens išleidimo skaičius)

Atnaujinkite „python“programą naudodami naują R reikšmę.

Varpelio sifonas (mano dizainas) užtrunka apie 1 sekundę, kad išleistų visą vandenį. Kaip taisyklė, išleidimo metu į sifoną patekęs vanduo taip pat bus išleistas. Tai gali turėti įtakos matavimų tiesiškumui stipraus lietaus metu. Geresnis statistinis modelis gali pagerinti įverčius.

6 žingsnis: Eikite į lauką

Įdėkite surinktą varpelio sifoną ir piltuvą į tinkamą korpusą. Aš naudoju 110 mm PVC vamzdį. Taip pat įsitikinkite, kad prijungtas „Raspberry pi“yra vandeniui atspariame korpuse. Mano PI yra maitinamas maitinimo banku demonstraciniais tikslais, tačiau reikia naudoti tinkamą išorinį maitinimo šaltinį arba saulės sistemą.

Aš naudoju VNC, kad prisijungčiau prie PI per savo planšetinį kompiuterį. Tai reiškia, kad galiu stebėti kritulius savo įrenginyje iš bet kurios vietos.

Sukurkite dirbtinį lietų ir pažiūrėkite, kaip veikia jutiklis.

7 žingsnis: trikčių šalinimas

1) Problema: jei skaičiuoju sifono leidimus su „python“programa, programa skaičiuoja papildomus leidimus.

Patarimas: jūsų zondai varpo sifone gali būti uždaryti ir tarp jų įstrigo vandens lašas.

2) Problema: per sifoną varva vanduo.

Patarimas: tai projektavimo klaida. Pagerinkite dizainą. Sifono išleidimo spindulys tikriausiai yra per didelis. Tam tikra mokslininko pagalba gali padėti. Jei sukūrėte savo varpo sifoną, išbandykite mano pateiktą. Prie sifono išleidimo angos taip pat galite pritvirtinti trumpą (15 cm) žuvų rezervuaro vamzdį, kad pagerintumėte paleidimo „tempimo jėgą“.

3) Problema: zondai nerenka visų sifono išleidimų.

Patarimas: nuvalykite zondus ausų lazdele. Patikrinkite visas kabelių jungtis. Ant zondų gali būti klijų. nuimkite jį smulkia tikslumo dilde.

4) Problema: visi mano sifono išmetimai yra skaičiuojami teisingai, tačiau kritulių įvertinimas yra neteisingas.

Patarimas: turite iš naujo kalibruoti jutiklį. Jei turite mažesnius įvertinimus r (kritulių kiekis per siurbimo veiksmą), reikia padidinti.

8 žingsnis: būsimi patobulinimai ir bandymai

1. Aukso plokštelės zondai (poveržlės). Tai vėl padės galimai korozijai.
2. Pakeiskite zondus lazeriniu diodu ir foto rezistoriumi.
3. Patobulinkite įvertinimo modelį. Paprastas linijinis modelis gali netikti esant stipriam lietui.
4. Antrasis didesnis varpinis sifonas gali būti pridėtas po pirmuoju (prie išleidimo angos), kad būtų galima išmatuoti didelio tankio lietų.
5. GUI siūlau Caynne IOT.

Pastaba: paskelbtas esminis patobulinimas. Žiūrėkite „PiSiphon“lietaus matuoklį