Ultrasoniese reënmeter: Raspebbery Pi Open Weather Station: Deel 1: 6 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:26

Kommersieel beskikbaar IoT (Internet Of Things) Weerstasies is duur en nie oral beskikbaar nie (soos in Suid -Afrika). Uiterste weersomstandighede tref ons. SA ondervind die swaarste droogte in dekades, die aarde word warm en boere sukkel om winsgewend te produseer, sonder tegniese of finansiële steun van die regering vir kommersiële boere.

Daar is 'n paar Raspberry Pi weerstasies, soos die wat die Raspberry Pi Foundation vir Britse skole bou, maar dit is nie vir die algemene publiek beskikbaar nie. Daar is baie geskikte sensors, sommige analoog, sommige digitaal, sommige in vaste toestand, sommige met bewegende dele en baie duur sensors, soos ultrasoniese anemometers (windspoed en rigting)

Ek het besluit om 'n open source, oop hardeware Weather Station te bou, met onderdele wat algemeen in Suid -Afrika beskikbaar is, kan 'n baie nuttige projek wees, en ek sal baie pret (en uitdagende hoofpyn) hê.

Ek het besluit om te begin met 'n vaste reënmeter (sonder bewegende dele). Die tradisionele kantelbak het my in daardie stadium nie beïndruk nie (het selfs gedink ek het toe nog nooit een gebruik nie). Dus, het ek gedink, reën is water en water lei elektrisiteit. Daar is baie analoog weerstandsensors waar die weerstand afneem wanneer die sensor met water in aanraking kom. Ek het gedink dit sal 'n perfekte oplossing wees. Ongelukkig ly die sensors aan allerhande afwykings, soos elektrolise en deoksidasie, en die lesings van die sensors was onbetroubaar. Ek bou selfs my eie sondes van vlekvrye staal en 'n klein printplaat met relais om wisselstroom (konstante 5 volt, maar die positiewe en negatiewe pole afwisselend) te skep om elektrolise uit te skakel, maar die lesings was steeds onstabiel.

My nuutste keuse is Ultrasoniese klanksensor. Hierdie sensor wat aan die bokant van die meter gekoppel is, kan die afstand tot die watervlak meet. Tot my verbasing was hierdie sensors baie akkuraat en baie goedkoop (Minder as 50 ZAR of 4 USD)

Stap 1: Onderdele benodig (stap 1)

U benodig die volgende

1) 1 Framboos Pi (enige model, ek gebruik 'n Pi 3)

2) 1 broodbord

3) 'n Paar springkabels

4) 'n Een ohm weerstand en 'n twee (of 2.2) ohm weerstand

5) 'n Ou lang koppie om die reën te stoor. Ek het myne gedruk (sagte kopie beskikbaar)

6) 'n Ou handmatige reënmeter wat deel neem (of u kan u eie ontwerp en dit druk)

7) Meetapparaat om milliliter te meet of 'n skaal om water te weeg

8) Die ultrasoniese sensor HC-SR04 (Suid-Afrikaners kan dit by Communica kry)

Stap 2: Bou u stroombaan (stap 2)

Ek het 'n baie nuttige gids gevind om my te help om die kring te bou en om die luislangskrifte vir hierdie projek te skryf. Hierdie rekord bereken afstande en u sal dit gebruik om die afstand te bereken tussen die sensor bo -aan u metertenk en die watervlak

U kan dit hier vind:

www.modmypi.com/blog/hc-sr04-ultrasonic-range-sensor-on-the-raspberry-pi

Bestudeer dit, bou u kring, koppel dit aan u pi en speel met die python -kode. Maak seker dat u die spanningsverdeler korrek bou. Ek het 'n weerstand van 2,2 ohm tussen GPIO 24 en GND gebruik.

Stap 3: Bou u meter (stap 3)

U kan u meter druk, gebruik 'n bestaande meter of koppie. Die HC-SR04-sensor word aan die bokant van u meter se hooftenk vasgemaak. Dit is belangrik om seker te maak dat dit altyd droog bly.

Dit is belangrik om die meethoek van u HC-SR04-sensor te verstaan. U kan dit nie aan die bokant van 'n kegel vasmaak nie, van tradisionele reënmeters. Ek normale silindriese koppie sal doen. Maak seker dat dit breed genoeg is om 'n behoorlike klankgolf tot onder te laat val. Ek dink 'n 75 x 300 mm PVC -pyp sal dit doen. Om te toets of die sein deur u silinder gaan en behoorlik terug te spring, meet die afstand van die sensor na die onderkant van u silinder met 'n liniaal, vergelyk die meting met die afstand wat u van die sensor TOF (tyd van vlug) beraamde afstand kry tot onder.

Stap 4: Berekeninge en kalibrasie (stap 4)

Wat beteken 1 millimeter reën? Een mm reën beteken dat as jy 'n kubus van 1000mm X 1000mm X 1000mm of 1m X 1m X 1m het, die kubus 'n diepte van 1 mm reënwater sal hê as jy dit buite laat as dit reën. As u hierdie reën in 'n 1 liter -bottel leegmaak, sal dit die bottel 100 % vol maak en die water ook 1 kg. Verskillende reënmeters het verskillende opvanggebiede. As u opvanggebied van u meter 1m x 1m was, is dit maklik.

Ook is 1 gram water konvensionele 1 ml

Om u reënval in mm van u meter te bereken, kan u die volgende doen nadat u die reënwater geweeg het:

W is die reënval in gram of mililiter

A is u opvanggebied in vierkante mm

R is jou totale reënval in mm

R = B x [(1000 x 1000)/A]

Daar is twee moontlikhede om die HC-SR04 te gebruik om W te skat (U benodig W om R te bereken).

Metode 1: Gebruik gewone fisika

Meet die afstand van die HC-SR tot die onderkant van u meter (u het dit ook in 'n vorige stap gedoen) met die sensor met behulp van die TOF (Time of Flight) berekeninge in die python script van https://www.modmypi. com/blog/hc-sr04-ultrasonic-range-sensor-on-the-framboos-pi Bel hierdie CD (silinderdiepte)

Meet die oppervlakte van die binnekant van u silinder met enigiets wat in vierkante mm pas. Noem dit IA.

Gooi nou 2 ml water (of enige geskikte hoeveelheid) in u silinder. Skat die afstand tot die nuwe watervlak in mm met ons sensor, bereken hierdie Dist_To_Water).

Die waterdiepte (WD) in mm is:

WD = CD - Dist_To_Water (of silinderdiepte minus die afstand van die sensor tot die watervlak)

Nee, die beraamde gewig van die water is

W = WD x IA in ml of gram (Onthou 1 ml watergewigte 1 gram)

Nou kan u reënval (R) in mm bereken met B x [(1000 x 1000)/A] soos voorheen verduidelik.

Metode 2: Kalibreer u meter met statistieke

Aangesien die HC-SR04 nie perfek is nie (foute kan ontstaan), lyk dit asof dit ten minste konstant is om te meet of u silinder geskik is.

Bou 'n lineêre model met sensorlesings (of sensorafstande) as afhanklike veranderlike en ingespuit gewigte van water as afhanklike veranderlike.

Stap 5: sagteware (stap 5)

Sagteware vir hierdie projek word nog ontwikkel.

Die python-skrifte op https://www.modmypi.com/blog/hc-sr04-ultrasonic-range-sensor-on-the-raspberry-pi moet bruikbaar wees.

Hier is 'n paar nuttige python -toepassings (General Public License) wat deur myself ontwikkel is.

Ek is van plan om later 'n webkoppelvlak vir die volledige weerstasie te ontwikkel. Hier is 'n paar van my programme wat gebruik word om die meter te kalibreer en sensorlesings te doen

Gebruik die aangehegte kalibrasieskrip om die meter statisties te kalibreer. Voer die data in 'n sigblad in om dit te ontleed.

Stap 6: nog te doen (stap 6)

'N Magneetklep is nodig om die tenk vol te maak (naby die sensor)

Die eerste paar reëndruppels word nie altyd korrek gemeet nie, veral as die meter nie behoorlik gelyk is nie. Ek is besig om 'n disdro -meter te ontwikkel om hierdie druppels korrek op te vang. Die disdro my toekoms volgende.

Gee 'n tweede ultrasoniese sensor om die effek van temp op die TOF te meet. Ek sal binnekort 'n opdatering hieroor plaas.

Ek het die volgende bron gevind wat kan help

www.researchgate.net/profile/Zheng_Guilin3/publication/258745832_An_Innovative_Principle_in_Self-Calibration_by_Dual_Ultrasonic_Sensor_and_Application_in_Rain_Gauge/links/540d53e00cf2f2b29a38392b/An-Innovative-Principle-in-Self-Calibration-by-Dual-Ultrasonic-Sensor-and-Application-in- Rain-Gauge.pdf