Bell Siphon Rain Gauge: 8 stappe (met prente)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:25

'N Verbeterde weergawe hiervan is die PiSiphon Rain Gauge

Tradisioneel word reënval gemeet met 'n handmatige reënmeter.

Outomatiese weerstasies (insluitend IoT -weerstasies) gebruik gewoonlik kantelbakke, akoestiese dismeters of laserdistometers.

Kantelbakke het bewegende dele wat verstop kan word. Hulle is gekalibreer in laboratoriums en meet moontlik nie korrek in swaar reënstorms nie. Disometers kan sukkel om klein druppels of neerslag uit sneeu of mis op te tel. Disdrometers het ook ingewikkelde elektronika en verwerkingsalgoritmes vereis om die afmetings te bepaal en te onderskei tussen reën, sneeu en hael.

Ek het gedink dat 'n Bell Siphon Rain -meter nuttig kan wees om sommige van die bogenoemde probleme te oorkom. Die Bell Siphon kan maklik op 'n normale FDM 3d -drukker gedruk word (die goedkoop met extruders, soos RipRaps en Prusas).

Bell sifone word gereeld in akwaponika en vistenks gebruik om tenks outomaties leeg te maak wanneer die watervlak 'n sekere hoogte bereik. Slegs natuurlike kragte word gebruik om die tenk relatief vinnig leeg te maak. Die sifon het geen bewegende dele nie.

Die klok sifon reënmeter bevat twee sonde wat naby aan mekaar gekoppel is (maar nie in aanraking kom nie) met die uitlaat van die klok sifon. Die ander ente van die sondes is verbind met GPIO -penne van die framboospi. Een pen sal 'n uitvoerpen wees, die ander pen sal 'n invoerpen wees. As die reënmeter 'n sekere hoeveelheid water bevat, sal die natuurlike kragte die meter leegmaak. Water vloei verby die sondes by die klok sifon uitlaat en 'n hoogtepunt sal op die GPIO invoerpen geregistreer word. Hierdie sifon -aksie bevat ongeveer 2,95 gram (ml) met behulp van my klok sifon ontwerp. Die 2,8 gram water sal gelyk wees aan +/- 0,21676 mm reën as my reënmeter met 'n tregterdeursnee van 129 mm gebruik word. Na elke sifon -aksie (watervoorsieningsgebeurtenis) word die invoerpen die uitset en die uitset word 'n inset om moontlike elektrolise te voorkom.

My doel van hierdie projek is om 'n sensor te voorsien wat deur tinkerers gebruik kan word om aan hardewareweerstasies oop te maak. Hierdie sensor is getoets op 'n framboospi, maar ander mikrobeheerders moet ook werk.

Kyk na hierdie https://www.youtube.com/embed/_vV_z_0lFQ8 vir 'n beter begrip van die sifons

Stap 1: wat u benodig

1. Een framboos pi.
2. 3D-drukker- (Om die sifon te druk, ek gee my ontwerp. U kan dit ook na 'n drukdiens neem)
3. Ou reënmeter -tregter (of u kan een druk, ek gee my ontwerp.)
4. 2 X ringe as probes (5x25x1,5 mm vir my ontwerp)
5. Broodbord (opsioneel vir toetsing).
6. Sommige Python -vaardighede sal u help, maar alle kode word verskaf.
7. 'N Elektroniese skaal om kalibrasie te verfyn. 'N Groot spuit (60 ml) kan ook gebruik word.
8. Waterdigte omhulsel vir die framboos pi.
9. wondergom
10. 2 Alligator springers en 2 manlike tot vroulike springers
11. 110 mm PVC pyp, +/- 40 cm lank

Stap 2: ONTWERP EN DRUKKE DIE KLOKSIFON

Heg vind my ontwerp in Autocad123D en STL formaat. U speel moontlik met die ontwerp, maar as u die ontwerp verander, kan dit 'n lekkende en nie -funksionele klok sifon veroorsaak. Myne is gedruk op 'n XYZ DaVinci AIO. Die stutte is reeds by die ontwerp ingesluit, dus ekstra stutte is miskien nie nodig nie. Ek het dik skulpe gekies, 90% vul, 0,2 mm vlak hoog. ABS -filament word gebruik, aangesien PLA buitenshuis sal afbreek. Nadat u die tregter gedruk het, dien 'n akrielbespuiting daarop toe om dit teen die elemente te beskerm. Hou akrielbespuiting weg van die binnekant van die klok sifon, want dit kan watervloei in die sifon blokkeer. Moenie die sifon 'n asetoonbad gee nie

Ek het nog nie harsdrukkers getoets nie. As u hars gebruik, moet u die hars teen die son beskerm om misvorming van die sifon te voorkom.

(Hierdie ontwerp is 'n verbetering van die oorspronklike: Weergawedatum 27 Junie 2019)

Stap 3: Monteer die sifon

Bestudeer die aangehegte beelde. Gebruik supergom om alle items aan mekaar vas te maak. Onthou dat supergom nie geleidend is nie en dat al u kontakpunte nie van supergom moet bly nie. Ek het alligatorspringers gebruik om die sonde (wassers) aan manlike na vroulike springers op my framboospi te koppel. Die een sonde moet aan GPIO 20 gekoppel word, die ander aan 21. Geen weerstande is nodig in hierdie kring nie. Probeer om die sonde waterdig te maak as u die superlijm gebruik. Silikongel kan ook help.

Bedek u sifon nog nie in die 110 mm PVC -pyp nie; dit moet eers getoets word.

Stap 4: Toets die sonde

Skep 'n lêer "rain_log.txt" in u gids waar u u python -kode wil stoor.

Maak u gunsteling python IDE oop en tik die volgende kode daarin. Stoor dit as sifon_rein_gaas2.py. Begin die python -kode. Voeg kunsmatige reën by u tregter. Maak seker dat daar slegs een telling is, elke keer as die sifon water vrystel. Raadpleeg die afdeling oor die oplos van probleme as die sifon verkeerd tel.

#Bell-sifon reënmeter

#Ontwikkel deur JJ Slabbert -afdruk ("Die Bell Siphon -reënmeter wag op 'n paar druppels …") invoer gpiozero invoer tyd r = 0.21676 #Dit is die geykte reënval per sifon -vrystelling. t = 0 #Totale reënval f = open ("rain_log.txt", "a+") n = 0 terwyl True: #Na elke sifon moet pen 20, 21 afwissel om moontlike elektrolise te voorkom as n/2 == int (n): sifon = gpiozero. Button (21, vals) uitset = gpiozero. LED (20) output.on () anders: sifon = gpiozero. Button (20, onwaar) output = gpiozero. LED (21) output.on () sifon.wag_voor_druk () n = n+1 t = t+r localtime = time.asctime (time.localtime (time.time ())) print ("Totale reënval:"+str (float (t))+" mm "+localtime) f.write (str (t)+", "+localtime+" / n ") sifon.close () output.close () time.sleep (1.5)

Stap 5: BEREKENINGS EN KALIBRASIES

Waarom word reënval as 'n afstand gemeet? Wat beteken 1 millimeter reën? As u 'n kubus van 1000mm X 1000mm X 1000mm of 1m X 1m X 1m gehad het, sal die kubus 'n diepte van 1 mm reënwater hê as u dit buite laat as dit reën. As u hierdie reën in 'n 1 -kruikbottel leegmaak, vul dit die bottel 100 % en die water sal ook 1kg meet. Verskillende reënmeters het verskillende opvanggebiede.

Ook is 1 gram water konvensionele 1 ml.

As u my ontwerpe soos aangeheg gebruik, is kalibrasie moontlik nie nodig nie.

Om u reënmeter te kalibreer, kan u 2 metodes gebruik. Gebruik vir beide metodes die aangehegte luislang -app (vorige stap) om vrystellings (sifonaksies) te tel. Maak seker dat daar slegs een telling is, elke keer as die sifon water vrystel. As die sifon verkeerd tel, raadpleeg die afdeling oor probleemoplossing

Metode Een: Gebruik 'n bestaande (kontrole) reënmeter

Om hierdie metode te laat werk, moet u sifon tregter dieselfde gebied as die kontrolereënmeter hê. Skep kunsmatige reën oor u sifontrechter en tel die aantal vrystellings met luislang. Versamel al die water wat deur die sifon vrygestel word. in u beheer reënmeter. Meet na ongeveer 50 vrystellings (sifonaksies) die reënval in die kontrolereënmeter

Laat R die gemiddelde reënval in mm per sifonaksie wees

R = (Totale reënval in kontrolemeter)/(Aantal sifingsaksies)

Metode twee: weeg u reënval (u benodig 'n elektroniese weegskaal)

Laat R die gemiddelde reënval in mm per sifonaksie wees

Laat W die gewig van die water per sifonwerking in gram of ml wees

Laat A die opvanggebied van die tregter wees

R = (Bx1000)/A

Vir kalibrasie, gebruik 'n spuit om water stadig in die sifon te spuit. Vang die water in 'n glas met 'n bekende gewig. Gaan voort met die inspuiting van die water totdat die sifon ten minste 50 keer leeggemaak is. Weeg die water in die glas. Bereken die gemiddelde gewig (W) van water wat vrygestel word elke keer as die sifon water vrystel. Vir my ontwerp was dit ongeveer 2,95 gram (ml). Vir my tregter met 'n deursnee van 129 mm en 'n radius van 64,5 mm

A = pi*(64.5)^2 = 13609.8108371

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

R = 0,21676

As u nie 'n elektroniese weegskaal het nie, kan u 'n groot spuit (60 ml/gram) gebruik. Tel net die aantal sifonwater vrystellings

W = (Spuitvolume in mm)/(Aantal sifonwater vrystellings)

Dateer die python -app op met die nuwe R -waarde.

Die Bell Siphon (my ontwerp) neem ongeveer 1 sekonde om al die water vry te laat. As 'n duimreël word ook water wat tydens die vrylating in die sifon kom, vrygelaat. Dit kan die lineariteit van die metings tydens swaar reën beïnvloed. 'N Beter statistiese model kan die ramings verbeter.

Stap 6: Gaan na die veld

Plaas u gemonteerde klok sifon en tregter in die geskikte omhulsel. Ek het 'n 110 mm PVC -pyp gebruik. Maak ook seker dat u gekoppelde framboospi in 'n waterdigte omhulsel is. My PI word met 'n kragbank vir demonstrasiedoeleindes aangedryf, maar 'n behoorlike eksterne kragtoevoer of sonnestelsel moet gebruik word.

Ek het VNC gebruik om via my tablet aan die PI te koppel. Dit beteken dat ek reënval by my installasie oral kan monitor.

Skep kunsmatige reën en kyk hoe die sensor funksioneer.

Stap 7: Probleemoplossing

1) Probleem: as ek die sifonvrystellings met die python -app tel, tel die app ekstra uitgawes.

Advies: u sondes in die sifon kan sluit, en 'n waterdruppel sit tussen hulle vas.

2) Probleem: Water drup deur die sifon.

Advies: Dit is 'n ontwerpfout. Verbeter die ontwerp. Die sifon -uitlaatradius is waarskynlik te groot. Sommige hulp van 'n wetenskaplike kan help. As u u eie sifon ontwerp het, probeer die een wat ek verskaf het. U kan ook 'n kort (15 cm) vistenkpyp aan die sifonuitlaat heg om die 'sleepkrag' van die vrystelling te verbeter.

3) Probleem: Sondes haal nie al die sifonvrystellings op nie.

Advies: Maak u sonde skoon met 'n oorstokkie. Kontroleer alle kabelverbindings. Daar kan gom op u sonde wees. verwyder dit met 'n fyn presisie lêer.

4) Probleem: my sifonvrystellings word almal korrek getel, maar die raming van reënval is verkeerd.

Advies: U moet u sensor herkalibreer. As u onder ramings r (reënval per sifonaksie) het, moet dit verhoog word.

Stap 8: Toekomstige verbeterings en toets

1. Goudplaat die sondes (ringe). Dit sal weer moontlike roes help.
2. Vervang die sondes met 'n laserdiode en 'n fotoweerstand.
3. Verbeter die skattingsmodel. Die eenvoudige lineêre model is moontlik nie geskik in swaar reën nie.
4. 'N Tweede groter Bell sifon kan onder (by die uitlaat) van die eerste een bygevoeg word om reën met 'n hoë digtheid te meet.
5. Vir 'n GUI stel ek Caynne IOT voor.

Nota: 'n Groot verbetering word gepubliseer. Sien die PiSiphon -reënmeter