Pluviometru Sifon Bell: 8 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

O versiune îmbunătățită a acestui lucru este PiSiphon Rain Gauge

În mod tradițional, precipitațiile sunt măsurate cu un pluviometru manual.

Stațiile meteo automate (inclusiv stațiile meteo IoT) folosesc în mod normal găleți de basculare, disdrometre acustice sau disdrometre laser.

Cupele de basculare au piese mobile care pot fi înfundate. Acestea sunt calibrate în laboratoare și este posibil să nu măsoare corect în cazul furtunilor cu ploi abundente. Disdrometrele se pot lupta pentru a ridica picături mici sau precipitații din zăpadă sau ceață. Disdrometrele au necesitat, de asemenea, electronice complicate și algoritmi de procesare pentru a estima dimensiunile picăturilor și pentru a distinge între ploaie, zăpadă și grindină.

Am crezut că un indicator de ploaie Bell Sifon poate fi util pentru a depăși unele dintre problemele de mai sus. Sifonul Bell poate fi tipărit cu ușurință pe o imprimantă 3D FDM normală (cele ieftine cu extrudere, cum ar fi RipRaps și Prusas).

Sifoanele Bell sunt frecvent utilizate în acvaponică și în tancurile de pești pentru a goli automat tancurile atunci când nivelul apei atinge o anumită înălțime. Doar forțele naturale sunt folosite pentru a goli rezervorul relativ repede. Sifonul nu are părți în mișcare.

Indicatorul de ploaie al sifonului cu clopot conține două sonde conectate aproape una de cealaltă (dar care nu se contactează) la ieșirea sifonului cu clopot. Celelalte capete ale sondelor sunt conectate la pinii GPIO ai zmeurii pi. Un pin va fi un pin de ieșire, celălalt pin va fi un pin de intrare. Când pluviometrul conține o anumită cantitate de apă, forțele naturale vor goli manometrul. Apa va curge să treacă sondele la ieșirea sifonului soneriei și o valoare maximă va fi înregistrată pe pinul de intrare GPIO. Această acțiune de sifonare va înregistra aproximativ 2,95 grame (ml) folosind designul meu sifon clopot. Cele 2,8 grame de apă vor fi egale cu +/- 0,21676 mm ploaie dacă se folosește un pluviometru cu un diametru de pâlnie de 129 mm. După fiecare acțiune de sifonare (eveniment de eliberare a apei) pinul de intrare va deveni ieșire și ieșirea va deveni o intrare pentru a preveni posibila electroliză.

Obiectivul meu al acestui proiect este de a oferi un senzor care să poată fi folosit de jucători pentru a se atașa la stațiile meteo hardware deschise. Acest senzor a fost testat pe un raspberry pi, dar ar trebui să funcționeze și alte microcontrolere.

Pentru a înțelege mai bine sifoanele cu clopote, urmăriți acest

Pasul 1: De ce veți avea nevoie

1. Un pi de zmeură.
2. Imprimantă 3D- (Pentru a imprima clopotul Sifon. Voi furniza designul meu. Puteți, de asemenea, să îl duceți la un serviciu de imprimare)
3. Pâlnie veche de pluviometru (Sau puteți imprima una. Voi oferi designul meu.)
4. 2 X șaibe ca sonde (5x25x1,5 mm pentru designul meu)
5. Panou (opțional pentru testare).
6. Unele abilități Python vă vor ajuta, dar toate codurile sunt furnizate.
7. O balanță electronică pentru reglarea fină a calibrării. Se poate folosi și o seringă mare (60ml).
8. Carcasă impermeabilă pentru pi zmeură.
9. super-lipici
10. 2 săritori de aligator și 2 săritori de la bărbați la femei
11. Țeavă din PVC de 110 mm, lungime de +/- 40 cm

Pasul 2: PROIECTAȚI ȘI IMPRIMAȚI SIFONUL BELL

Atașați-mi designul în format Autocad123D și STL. S-ar putea să vă jucați cu designul, dar schimbarea designului poate crea un sifon cu clopot care nu prezintă scurgeri și nefuncțional. Al meu a fost tipărit pe un XYZ DaVinci AIO. Suporturile sunt deja incluse în proiectare, deci este posibil să nu fie necesare suporturi suplimentare. Am selectat cochilii groase, umplutură de 90%, nivel înalt de 0,2 mm. Filamentul ABS este utilizat deoarece PLA se va degrada în aer liber. După imprimarea pâlniei, aplicați un spray acrilic pe ea pentru a o proteja de elemente. Păstrați spray-ul acrilic departe de interiorul sifonului clopot, deoarece spray-ul poate bloca fluxul de apă în sifon. Nu dați sifonului o baie de acetonă

Nu am testat încă imprimante cu rășină. Dacă utilizați rășină, trebuie să protejați rășina de soare pentru a preveni deformarea sifonului.

(Acest design este o îmbunătățire a originalului: Data versiunii 27 iunie 2019)

Pasul 3: Asamblați sifonul

Studiați imaginile atașate. Folosiți super lipici pentru a atașa toate articolele împreună. Amintiți-vă că super lipiciul nu este conductiv și că toate punctele dvs. de contact ar trebui să rămână departe de super lipici. Am folosit jumperi de aligator pentru a conecta sondele (șaibe) la jumperi de sex masculin la femele de pe pi zmeura mea. O sondă ar trebui să fie conectată la GPIO 20, cealaltă la 21. Nu sunt necesare rezistențe în acest circuit. Încercați să faceți sonda etanșă atunci când utilizați superglue. Gelul de siliciu poate ajuta, de asemenea.

Nu acoperiți încă sifonul în țeava de PVC de 110 mm, trebuie mai întâi testat.

Pasul 4: Testarea sondei

Creați un fișier „rain_log.txt” în directorul dvs. unde doriți să salvați codul python.

Deschideți IDE-ul dvs. Python preferat și introduceți următorul cod în el. Salvați-l ca siphon_rain_gauge2.py. Rulați codul python. Adăugați niște ploi artificiale în pâlnie. Asigurați-vă că există un singur număr, de fiecare dată când sifonul eliberează apă. Dacă Sifonul contează greșit, consultați secțiunea de depanare.

# Pluviometru Bell-Sifon

#Dezvoltat de imprimarea JJ Slabbert ("Pluviometrul Bell Sifon așteaptă câteva picături …") import timp de import gpiozero r = 0,21676 # Aceasta este acțiunea calibrată de precipitații pe sifon. t = 0 #Total Rainfall f = open ("rain_log.txt", "a +") n = 0 în timp ce True: # După fiecare sifonare, pinul 20, 21 ar trebui să alterneze pentru a preveni posibila electroliză dacă n / 2 == int (n): sifon = gpiozero. Button (21, False) output = gpiozero. LED (20) output.on () else: sifon = 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 ("Toată ploaia totală:" + str (float (t)) + " mm "+ localtime) f.write (str (t) +", "+ localtime +" / n ") siphon.close () output.close () time.sleep (1.5)

Pasul 5: CALCULE ȘI CALIBRAȚII

De ce se măsoară precipitațiile ca distanță? Ce înseamnă ploaie de 1 milimetru? Dacă ați avut un cub de 1000mm X 1000mm X 1000mm sau 1m X 1m X 1m, cubul va avea o adâncime de 1 mm apă de ploaie dacă l-ați lăsat afară când plouă. Dacă goliți această ploaie într-o sticlă de 1 Litter, aceasta va umple sticla 100%, iar apa va măsura și 1 kg. Diferite aparate de ploaie au zone de captare diferite.

De asemenea, 1 gram de apă este 1 ml convențional.

Dacă utilizați desenele mele ca atașate, este posibil să nu fie necesară calibrarea.

Pentru a vă calibra pluviometrul, puteți utiliza 2 metode. Pentru ambele metode, utilizați aplicația attach python (pasul anterior) pentru a număra lansările (acțiuni de sifonare). Asigurați-vă că există un singur număr, de fiecare dată când sifonul eliberează apă. Dacă Sifonul contează greșit, consultați secțiunea de depanare

Metoda 1: Utilizați un pluviometru (de control) existent

Pentru ca această metodă să funcționeze, pâlnia sifonului dvs. de clopot trebuie să fie aceeași zonă cu ploaia de control. Creați ploaie artificială peste pâlnia sifonului și numărați numărul de degajări cu python. Strângeți toată scurgerea de apă de către sifon. în pluviu. După aproximativ 50 de eliberări (acțiuni de sifonare), măsurați precipitațiile în pluviu de control

Fie R precipitația medie în mm pe acțiune de sifonare

R = (Precipitații totale în manometru) / (Număr de acțiuni de sifonare)

Metoda a doua: Pondereați-vă precipitațiile (veți avea nevoie de o cântare electronică)

Fie R precipitația medie în mm pe acțiune de sifonare

Fie W greutatea apei pe acțiune de sifonare în grame sau ml

Fie A zona de captare a pâlniei

R = (Lx1000) / A

Pentru calibrare, utilizați o seringă pentru a injecta apă încet în sifonul soneriei. Prindeți apa într-un pahar cu o greutate cunoscută. Continuați să injectați apa până când sifonul s-a golit de cel puțin 50 de ori. Cântărește apa din pahar. Calculați greutatea medie (W) a apei eliberate de fiecare dată când sifonul eliberează apă. Pentru proiectarea mea a fost de aproximativ 2,95 grame (ml). Pentru pâlnia mea cu diametrul de 129 mm și raza de 64,5 mm

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

R = (2,95 * 1000) /13609.8108371

R = 0,21676

Dacă nu aveți un cântar electronic, puteți utiliza doar o seringă mare (60 ml / gram). Numai numărați numărul de ape de sifon

W = (Volumul seringii în mm) / (Numărul de degajări de apă sifon)

Actualizați aplicația python cu noua valoare R.

Sifonul Bell (designul meu) durează aproximativ 1 secundă pentru a elibera toată apa. De regulă, apa care intră în sifon în timpul eliberării va fi, de asemenea, eliberată. Acest lucru poate afecta liniaritatea măsurătorilor, în timpul ploilor abundente. Un model statistic mai bun poate îmbunătăți estimările.

Pasul 6: Mergeți pe câmp

Puneți sifonul și pâlnia asamblate într-o carcasă adecvată. Am folosit o țeavă din PVC de 110 mm. De asemenea, asigurați-vă că raspberry pi conectat este în carcasă impermeabilă. PI-ul meu este alimentat cu o bancă de energie pentru scopuri demonstrative, dar trebuie utilizată o sursă de alimentare externă adecvată sau un sistem solar.

Am folosit VNC pentru a mă conecta la PI prin tableta mea. Acest lucru înseamnă că pot monitoriza precipitațiile la instalarea mea de oriunde.

Creați ploi artificiale și vedeți cum funcționează senzorul.

Pasul 7: Depanare

1) Problemă: dacă număr versiunile sifon cu aplicația python, aplicația numără versiunile suplimentare.

Sfat: Sondele dvs. din sifonul clopotului se pot închide și o picătură de apă este blocată între ele.

2) Problemă: Apa picură prin sifon.

Sfat: Aceasta este o eroare de proiectare. Îmbunătățiți designul. Raza de ieșire a sifonului este probabil prea mare. Un ajutor din partea oamenilor de știință poate ajuta. Dacă ți-ai proiectat propriul sifon cu clopot, încearcă-l pe cel pe care l-am furnizat. De asemenea, puteți atașa o conductă scurtă (15 cm) pentru rezervorul de pește la ieșirea sifonului pentru a îmbunătăți "forța de tragere" a eliberării.

3) Problemă: Sondele nu ridică toate eliberările sifonului.

Sfat: Curățați-vă sondele cu un stick pentru urechi. Verificați toate conexiunile cablului. Este posibil să existe lipici pe sondele dvs. scoateți-l cu un fișier de precizie fină.

4) Problemă: versiunile mele de sifon sunt contorizate corect, dar estimarea precipitațiilor este greșită.

Sfat: trebuie să vă calibrați din nou senzorul. Dacă aveți sub estimări, r (precipitațiile pe acțiune de sifonare) trebuie crescute.

Pasul 8: îmbunătățiri viitoare și testare

1. Placă de aur sonde (șaibe). Acest lucru va ajuta din nou la posibila coroziune.
2. Înlocuiți sondele cu o diodă laser și un rezistor foto.
3. Îmbunătățiți modelul de estimare. Este posibil ca modelul liniar simplu să nu fie potrivit în cazul ploilor abundente.
4. Un al doilea sifon clopot mai mare poate fi adăugat sub (la ieșire) din primul pentru a măsura ploaia cu densitate ridicată.
5. Pentru o interfață grafică, sugerez Caynne IOT.

Notă: Se publică o îmbunătățire majoră. A se vedea gabaritul de ploaie PiSiphon