Merač dežja Bell Siphon: 8 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Izboljšana različica tega je PiSiphon Rain Gauge

Tradicionalno se količina padavin meri z ročnim merilnikom dežja.

Avtomatizirane vremenske postaje (vključno z vremenskimi postajami IoT) običajno uporabljajo vedra za prevrnitev, zvočne merilnike razdalje ali laserske merilnike razdalje.

Prekucne žlice imajo gibljive dele, ki jih je mogoče zamašiti. Umerjeni so v laboratorijih in se v močnih deževnih nevihtah morda ne bodo pravilno merili. Disdrometerji se lahko trudijo pobrati majhne kapljice ali padavine iz snega ali megle. Disdrometer je zahteval tudi zapleteno elektroniko in algoritme obdelave za oceno velikosti kapljic in razlikovanje med dežjem, snegom in točo.

Mislil sem, da bo merilnik dežja Bell Siphon lahko koristen za premagovanje nekaterih od zgoraj navedenih težav. Bell Siphon lahko preprosto natisnete na običajnem 3D tiskalniku FDM (cenejši z ekstruderji, kot sta RipRaps in Prusas).

Zvončasti sifoni se pogosto uporabljajo v akvaponiki in akvarijih za samodejno praznjenje rezervoarjev, ko nivo vode doseže določeno višino. Za relativno hitro praznjenje rezervoarja se uporabljajo samo naravne sile. Sifon nima gibljivih delov.

Merilnik dežja za zvončni sifon vsebuje dve sondi, ki sta med seboj povezani (vendar se ne dotikata) z izhodom zvončnega sifona. Drugi konci sond so povezani z zatiči GPIO maline pi. En pin bo izhodni, drugi pa vhodni. Ko merilnik dežja vsebuje določeno količino vode, bodo naravne sile izpraznile merilnik. Voda bo tekla skozi sonde na izhodu sifona za zvonec, na vhodnem zatiču GPIO pa bo zabeležena visoka vrednost. To dejanje sifoniranja bo zabeležilo približno 2,95 grama (ml) z mojo zasnovo zvončnega sifona. 2,8 grama vode bo enako +/- 0,21676 mm dežja, če uporabim moj deževnik s premerom lijaka 129 mm. Po vsakem ukrepu sifoniranja (dogodek izpusta vode) bo vhodni zatič postal izhod, izhod pa vhod za preprečitev možne elektrolize.

Moj cilj tega projekta je zagotoviti senzor, ki ga lahko odlagalci uporabijo za pritrditev na odprte strojne vremenske postaje. Ta senzor je bil preizkušen na maline pi, vendar bi morali delovati tudi drugi mikrokrmilniki.

Če želite bolje razumeti zvončne sifone, si oglejte to

Korak: Kaj boste potrebovali

1. En malin pi.
2. 3D tiskalnik-(Za tiskanje zvonca Sifon. Posredoval bom svoj dizajn. Lahko ga odnesete tudi v tiskarno)
3. Stari lijak za merilnik dežja (ali pa ga natisnete. Poskrbel bom za svoj dizajn.)
4. 2 X podložke kot sonde (5x25x1,5 mm za mojo zasnovo)
5. Ogledna plošča (neobvezno za testiranje).
6. Nekatere Python spretnosti bodo pomagale, vendar je vsa koda na voljo.
7. Elektronska tehtnica za fino nastavitev kalibracije. Uporabite lahko tudi veliko brizgo (60 ml).
8. Vodotesno ohišje za malinovo pi.
9. super lepilo
10. 2 skakalca aligatorja in 2 moška skakalca
11. 110 mm PVC cev, dolga +/- 40 cm

2. korak: OBLIKUJTE IN Natisnite zvončni sifon

Pripni poišči moj dizajn v formatu Autocad123D in STL. Z zasnovo se lahko poigrate, vendar lahko s spremembo zasnove nastane puščajoč in nefunkcionalen zvončni sifon. Moj je bil natisnjen na XYZ DaVinci AIO. Nosilci so že vključeni v zasnovo, zato dodatne podpore morda ne bodo potrebne. Izbral sem debele lupine, 90% polnilo, visoko 0,2 mm. Uporablja se ABS nit, ker se PLA razgradi na prostem. Po tiskanju lijaka nanesite akrilno pršilo, da ga zaščitite pred vremenskimi vplivi. Akrilni razpršilec naj ne bo v notranjosti zvončnega sifona, saj lahko pršilo blokira pretok vode v sifonu. Sifona ne dajte v acetonsko kopel

Tiskalnikov smol še nisem testiral. Če uporabljate smolo, jo morate zaščititi pred soncem, da preprečite napačno obliko sifona.

(Ta zasnova je izboljšava izvirnika: Datum različice 27. junij 2019)

Korak: Montirajte sifon

Preučite priložene slike. S super lepilom povežite vse predmete skupaj. Ne pozabite, da super lepilo ni prevodno in da vse kontaktne točke ne smejo biti lepilo. Uporabil sem aligatorske skakalce za priključitev sond (podložk) na moške in ženske skakalce na moji malini pi. Ena sonda mora biti priključena na GPIO 20, druga na 21. V tem vezju niso potrebni upori. Pri uporabi superlepila poskušajte narediti sondo vodotesno. Pomaga lahko tudi silikonski gel.

Še ne pokrivajte sifona v 110 mm PVC cevi, najprej ga morate preizkusiti.

4. korak: Preizkusite sondo

Ustvarite datoteko "rain_log.txt" v svojem imeniku, kamor želite shraniti svojo kodo python.

Odprite svoj najljubši Python IDE in vanj vnesite naslednjo kodo. Shranite ga kot siphon_rain_gauge2.py. Zaženite kodo python. V lijak dodajte nekaj umetnega dežja. Vsakič, ko sifon sprosti vodo, se prepričajte, da obstaja samo eno. Če sifon šteje napačno, si oglejte razdelek za odpravljanje težav.

#Merač dežja Bell-Siphon

#Developed by JJ Slabbert print ("The Bell Siphon deževnik čaka na nekaj padcev …") import gpiozero import time r = 0.21676 #To je umerjeno dejanje sproščanja sifona. t = 0 #Skupno padavin f = odprto ("rain_log.txt", "a+") n = 0 medtem ko je True: #Po vsakem sifoniranju se morata zatiča 20, 21 zamenjati, da se prepreči možna elektroliza, če je n/2 == int (n): sifon = 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 localtime = time.asctime (time.localtime (time.time ())) print ("Skupni dež:"+str (float (t))+" mm "+localtime) f.write (str (t)+", "+localtime+" / n ") siphon.close () output.close () time.sleep (1.5)

5. korak: IZRAČUNI IN KALIBRACIJE

Zakaj se padavine merijo kot razdalja? Kaj pomeni 1 milimetrski dež? Če imate kocko 1000 mm X 1000 mm X 1000 mm ali 1 m X 1 m X 1 m, bo kocka imela globino 1 mm deževnice, če ste jo pustili zunaj, ko dežuje. Če dež izpraznite v steklenico za 1 liter, bo steklenico napolnila 100 %, voda pa bo merila tudi 1 kg. Različni deževniki imajo različna povodja.

Prav tako je 1 gram vode običajnih 1 ml.

Če moje modele uporabljate kot priložene, umerjanje morda ne bo potrebno.

Za umerjanje merilnika dežja lahko uporabite 2 metodi. Za oba načina uporabite aplikacijo attach python (prejšnji korak) za štetje izpustov (dejanja sifoniranja). Vsakič, ko sifon sprosti vodo, se prepričajte, da obstaja samo eno. Če sifon šteje napačno, si oglejte razdelek za odpravljanje težav

Prvi način: Uporabite obstoječi (kontrolni) merilnik dežja

Da bi ta metoda delovala, mora biti vaš lijak zvončnega sifona na istem območju kot kontrolni dežemer. Ustvarite umetni dež nad sifonskim lijakom in preštejte število sprostitev s pythonom. Zberite vse izpuste vode s sifona. v vašem nadzornem merilniku dežja. Po približno 50 izpustih (dejanja sifoniranja) izmerite padavine v merilniku dežja

Naj bo R povprečna količina padavin v mm na sifon

R = (Skupne količine padavin v nadzornem merilniku)/(Število ukrepov sifona)

Drugi način: Utežite padavine (potrebovali boste elektronsko tehtnico)

Naj bo R povprečna količina padavin v mm na sifon

Naj bo W teža vode na sifonsko delovanje v gramih ali ml

Naj bo A povodje lijaka

R = (Šx1000)/A

Za kalibracijo z brizgo počasi vbrizgajte vodo v sifon zvonca. Ujemite vodo v kozarec z znano težo. Še naprej vbrizgavajte vodo, dokler se sifon vsaj 50 -krat ne izprazni. Utežite vodo v kozarcu. Izračunajte povprečno težo (W) vode, ki se sprosti ob vsakem izpustu vode iz sifona. Za moj dizajn je bilo približno 2,95 grama (ml). Za moj lijak s premerom 129 mm in polmerom 64,5 mm

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

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

R = 0,21676

Če nimate elektronske tehtnice, lahko uporabite samo veliko (60 ml/gram) brizgo. Samo preštejte število izpustov vode iz sifona

W = (prostornina brizge v mm)/(število izpustov vode iz sifona)

Posodobite aplikacijo python z novo vrednostjo R.

Bell Siphon (moj dizajn) traja približno 1 sekundo, da sprosti vso vodo. Splošno pravilo je, da se bo sproščala tudi voda, ki vstopa v sifon med sproščanjem. To lahko vpliva na linearnost meritev med močnim dežjem. Boljši statistični model lahko izboljša ocene.

6. korak: Pojdite na polje

Sestavljen sifon in lijak za zvonec postavite v ustrezno ohišje. Uporabil sem 110 mm PVC cev. Prepričajte se tudi, da je priključeni malinov pi v vodotesnem ohišju. Moj PI ima napajalni vir za demo namene, vendar je treba uporabiti ustrezno zunanje napajanje ali sončni sistem.

Uporabil sem VNC za povezavo s PI prek tabličnega računalnika. To pomeni, da lahko spremljam padavine v svoji napravi od koder koli.

Ustvarite umetni dež in si oglejte, kako deluje senzor.

7. korak: Odpravljanje težav

1) Težava: Če štejem izdaje sifona z aplikacijo python, aplikacija šteje dodatne izdaje.

Nasvet: Vaše sonde v zvončnem sifonu se lahko zaprejo in med njimi je zataknjena kapljica vode.

2) Težava: Voda kaplja skozi Sifon.

Nasvet: To je napaka pri načrtovanju. Izboljšajte oblikovanje. Polmer izhoda sifona je verjetno prevelik. Nekaj pomoči znanstvenikov bi lahko pomagalo. Če ste sami oblikovali zvončni sifon, poskusite s tistim, ki sem ga dal. Na izhod sifona lahko pritrdite tudi kratko (15 cm) cev za rezervoar za ribe, da izboljšate "silo vlečenja" sprostitve.

3) Težava: Sonde ne poberejo vseh izpustov sifona.

Nasvet: Sonde očistite z ušesno palico. Preverite vse kabelske povezave. Na sondah je lahko lepilo. odstranite ga s fino natančno datoteko.

4) Težava: Vsi moji izpusti sifona so pravilno prešteti, vendar je ocena padavin napačna.

Nasvet: Senzor morate znova umeriti. Če imate pod ocene, je treba r (padavine na sifon) povečati.

8. korak: Prihodnje izboljšave in preizkus

1. Zlate plošče sonde (podložke). To bo ponovno pomagalo pri možni koroziji.
2. Sonde zamenjajte z lasersko diodo in fotografskim uporom.
3. Izboljšajte model ocenjevanja. Preprost linearni model morda ni primeren v močnem dežju.
4. Drugi večji zvončasti sifon se lahko doda pod (na izhodu) prvega za merjenje dežja z visoko gostoto.
5. Za grafični vmesnik predlagam Caynne IOT.

Opomba: Objavljeno je veliko izboljšanje. Oglejte si PiSiphon Rain Gauge