Kazalo:
2025 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2025-01-13 06:58
Komercialno na voljo IoT (Internet Of Things) Vremenske postaje so drage in niso na voljo povsod (tako kot v Južni Afriki). Ekstremne vremenske razmere nas prizadenejo. SA doživlja najhujšo sušo v zadnjih desetletjih, zemlja se segreva in kmetje se trudijo, da bi ustvarili dobiček, brez tehnične ali finančne podpore vlade za komercialne kmete.
V okolici je nekaj vremenskih postaj Raspberry Pi, na primer tista, ki jo je fundacija Raspberry Pi zgradila za britanske šole, vendar ni na voljo širši javnosti. Obstaja veliko primernih senzorjev, nekaj analognih, nekaj digitalnih, nekaj trdnih, nekaj z gibljivimi deli in nekaj zelo dragih senzorjev, kot so ultrazvočni anemometri (hitrost in smer vetra)
Odločil sem se, da bo gradnja odprtokodne, odprte strojne vremenske postaje s splošnimi deli, ki so na voljo v Južni Afriki, zelo koristen projekt in imel bom veliko zabave (in zahtevne glavobole).
Odločil sem se, da bom začel z merilnikom dežja v trdnem stanju (brez gibljivih delov). Tradicionalna žlica za prekucvanje me na tisti stopnji ni navdušila (celo mislila sem, da je do takrat še nisem uporabila). Mislil sem torej, da je dež voda in voda prevaja elektriko. Obstaja veliko analognih uporovnih senzorjev, kjer se upor zmanjša, ko senzor pride v stik z vodo. Mislil sem, da bo to popolna rešitev. Na žalost ti senzorji trpijo zaradi vseh vrst anomalij, kot sta elektroliza in deoksidacija, odčitki teh senzorjev pa so bili nezanesljivi. Zgradil sem celo lastne sonde iz nerjavečega jekla in majhno vezje z releji za ustvarjanje izmeničnega enosmernega toka (konstantnih 5 voltov, vendar s spreminjanjem pozitivnega in negativnega pola) za odpravo elektrolize, vendar so bile odčitki še vedno nestabilni.
Moja zadnja izbira je ultrazvočni senzor zvoka. Ta senzor, priključen na vrh merilnika, lahko meri razdaljo do gladine vode. Na moje presenečenje so bili ti senzorji zelo natančni in zelo poceni (manj kot 50 ZAR ali 4 USD)
1. korak: potrebni deli (1. korak)
Potrebovali boste naslednje
1) 1 Raspberry Pi (kateri koli model, uporabljam Pi 3)
2) 1 kruh
3) Nekaj mostičnih kablov
4) En ohmski upor in dva (ali 2,2) ohmska upor
5) Stara dolga skodelica za shranjevanje dežja. Natisnil sem svojega (na voljo mehka kopija)
6) Stari del za zajemanje ročnega merilnika dežja (ali pa ga oblikujete sami in ga natisnete)
7) Merilna oprema za merjenje mililitrov ali tehtnice za tehtanje vode
8) Ultrazvočni senzor HC-SR04 (Južnoafričani jih lahko dobijo pri Communica)
2. korak: Zgradite vezje (2. korak)
Našel sem nekaj zelo uporabnega vodnika, ki mi je pomagal zgraditi vezje in napisati skripte python za ta projekt. Ta skript izračuna razdalje in z njim boste izračunali razdaljo med senzorjem, nameščenim na vrhu rezervoarja, in nivojem vode
Najdete ga tukaj:
www.modmypi.com/blog/hc-sr04-ultrasonic-range-sensor-on-the-raspberry-pi
Preučite ga, sestavite vezje, ga povežite s pi in se poigrajte s kodo python. Prepričajte se, da ste delilnik napetosti pravilno sestavili. Uporabil sem 2,2 ohmski upor med GPIO 24 in GND.
3. korak: Zgradite svoj profil (3. korak)
Lahko natisnete merilnik, uporabite obstoječi merilnik ali skodelico. Senzor HC-SR04 bo pritrjen na vrh glavnega rezervoarja merilnika. Pomembno je, da ves čas ostane suh.
Pomembno je razumeti merilni kot vašega senzorja HC-SR04. Ne morete ga pritrditi na vrh stožca iz tradicionalnih merilnikov dežja. Meni bo ustrezala običajna cilindrična skodelica. Prepričajte se, da je dovolj širok, da se ustrezen zvočni val spusti do dna. Mislim, da bo PVC cev 75 x 300 mm primerna. Če želite preveriti, ali signal teče skozi valj in se pravilno odbiti, z ravnilom izmerite razdaljo od cenzorja do dna valja, to meritev primerjajte z razdaljo, ki jo dobite od ocenjene razdalje senzorja TOF (čas leta) do dna.
4. korak: Izračuni in kalibracija (4. korak)
Kaj pomeni 1 milimetrski dež? En mm dežja pomeni, da če ima kocka 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 1 -litrsko steklenico, bo steklenico napolnila 100 %, voda pa bo merila tudi 1 kg. Različni deževniki imajo različna povodja. Če je bila vaša zajetna površina merila 1m X 1m, je to enostavno.
Prav tako je 1 gram vode običajnih 1 ml
Za izračun količine padavin v mm po merilniku lahko po tehtanju deževnice naredite naslednje:
W je masa padavin v gramih ali mililitrih
A je vaša površina zajetja v kvadratnih mm
R je vaša skupna količina padavin v mm
R = Š x [(1000 x 1000)/A]
Za oceno W lahko uporabite HC-SR04 (za izračun R potrebujete W).
1. metoda: Uporabite navadno fiziko
Izmerite razdaljo od HC-SR do dna merilnika (to ste počeli tudi v prejšnjem koraku) s senzorjem z izračuni TOF (Time of Flight) v skriptu python iz https://www.modmypi. com/blog/hc-sr04-ultrasonic-range-sensor-on-the-raspberry-pi Pokliči ta CD (globina valja)
Izmerite površino notranjega dna valja z vsemi primernimi kvadratnimi mm. Pokličite to IA.
Zdaj v valj vrzite 2 ml vode (ali katero koli primerno količino). Z našim senzorjem ocenite razdaljo do novega vodostaja v mm, Cal this Dist_To_Water).
Globina vode (WD) v mm je:
WD = CD - Dist_To_Water (Ali globina cilindra, minus razdalja od cenzorja do vodostaja)
Ocenjena teža vode ni
W = WD x IA v ml ali gramih (ne pozabite, da 1 ml vode tehta 1 gram)
Sedaj lahko ocenite padavine (R) v mm z W x [(1000 x 1000)/A], kot je bilo že pojasnjeno.
2. način: Umerite merilnik s statistiko
Ker HC-SR04 ni popoln (lahko pride do napak), se zdi, da je vsaj konstantno pri merjenju, ali je vaš valj primeren.
Zgradite linearni model z odčitki senzorjev (ali razdaljami senzorjev) kot odvisno spremenljivko in vbrizgano težo vode kot odvisno spremenljivko.
5. korak: Programska oprema (5. korak)
Programska oprema za ta projekt je še v razvoju.
Skripti python na https://www.modmypi.com/blog/hc-sr04-ultrasonic-range-sensor-on-the-raspberry-pi bi morali biti uporabni.
Attach je nekaj uporabnih aplikacij python (Splošna javna licenca), ki sem jih razvil sam.
Kasneje nameravam razviti spletni vmesnik za celotno vremensko postajo. Attach je nekaj mojih programov, ki se uporabljajo za umerjanje merilnika in odčitavanje senzorjev
Za pripravo merilnika uporabite statistični kalibracijski skript. Uvozite podatke v preglednico za analizo.
Korak 6: Še je treba storiti (korak 6)
Za izpraznitev rezervoarja, ko je poln, je potreben elektromagnetni ventil (blizu senzorja)
Prvih nekaj kapljic dežja ni vedno pravilno izmerjeno, še posebej, če merilnik ni pravilno izravnan. Trenutno razvijam merilnik števila vode, ki bo pravilno zajel te kapljice. Sledi moja prihodnost.
Dodajte drugi ultrazvočni senzor za merjenje učinka temperature na TOF. Kmalu bom objavil posodobitev o tem.
Našel sem naslednji vir, ki bi lahko pomagal
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