Bell Sifon -sademittari: 8 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

Parannettu versio tästä on PiSiphon -sademittari

Perinteisesti sademäärä mitataan manuaalisella sademittarilla.

Automaattiset sääasemat (mukaan lukien IoT -sääasemat) käyttävät yleensä kaatopaikkoja, akustisia disdrometrejä tai laserdiskometrejä.

Kippikauhoissa on liikkuvia osia, jotka voivat olla tukossa. Ne on kalibroitu laboratorioissa, eivätkä ne välttämättä mittaa oikein kovissa sateissa. Disdrometrien voi olla vaikeaa kerätä pieniä pisaroita tai sateita lumesta tai sumusta. Disdrometrit vaativat myös monimutkaisia elektroniikka- ja käsittelyalgoritmeja pisarakokojen arvioimiseksi ja sateen, lumen ja rakeiden erottamiseksi toisistaan.

Ajattelin, että Bell Siphon Rain -mittari voi olla hyödyllinen joidenkin edellä mainittujen ongelmien ratkaisemiseksi. Bell Sifon voidaan helposti tulostaa normaalilla FDM 3D -tulostimella (halvat, joissa on ekstruuderit, kuten RipRaps ja Prusas).

Bell Sifoneja käytetään usein aquaponicsissa ja akvaarioissa säiliöiden tyhjentämiseksi automaattisesti, kun vedenpinta saavuttaa tietyn korkeuden. Säiliön tyhjentämiseen suhteellisen nopeasti käytetään vain luonnonvoimia. Sifonissa ei ole liikkuvia osia.

Kelloputken sateen mittari sisältää kaksi anturia, jotka on kytketty lähelle toisiaan (mutta eivät kosketa toisiaan) kellolaitteen ulostuloon. Koettimien muut päät on kytketty vadelmapi: n GPIO -nastoihin. Yksi nasta on lähtönasta, toinen nasta on tulonasta. Kun sademittari sisältää tietyn määrän vettä, luonnonvoimat tyhjentävät mittarin. Vesi virtaa antureiden ohi kellon imuputken ulostulossa ja GPIO -tulotappiin rekisteröidään korkea. Tämä imutoiminto tallentaa noin 2,95 grammaa (ml) käyttämällä kellon sifonisuunnittelua. 2,8 grammaa vettä vastaa +/- 0,21676 mm sadetta, jos käytetään sademittaria, jonka suppilon halkaisija on 129 mm. Jokaisen imuvaiheen (veden vapautustapahtuman) jälkeen tulonasta tulee ulostulona ja lähdöstä tulo mahdollisen elektrolyysin estämiseksi.

Tämän projektin tarkoituksena on tarjota anturi, jota tinkereillä voidaan liittää avoimiin laitteistosääasemiin. Tätä anturia testattiin vadelmapi: llä, mutta myös muiden mikro -ohjaimien pitäisi toimia.

Jos haluat ymmärtää paremmin kellosifoneja, katso tämä

Vaihe 1: Mitä tarvitset

1. Yksi vadelma pi.
2. 3D-tulostin- (Bell Sifonin tulostamiseen. Annan suunnitteluni. Voit myös viedä sen tulostuspalveluun)
3. Vanha sademittarin suppilo (Tai voit tulostaa sellaisen. Annan suunnitteluni.)
4. 2 X aluslevyt koettimina (5 x 25 x 1,5 mm mallissani)
5. Leipälauta (valinnainen testausta varten).
6. Jotkut Python -taidot auttavat, mutta kaikki koodit on annettu.
7. Elektroninen vaaka kalibroinnin hienosäätöön. Voidaan käyttää myös suurta ruiskua (60 ml).
8. Vedenpitävä kotelo vadelmalle pi.
9. pikaliima
10. 2 alligaattorihyppääjää ja 2 uros -naispuolista hyppääjää
11. 110 mm PVC-putki, +/- 40 cm pitkä

Vaihe 2: SUUNNITTELE JA TULOSTA BELL SIPHON

Liitä löydä suunnitteluni Autocad123D- ja STL -muodossa. Voit pelata suunnittelua, mutta mallin muuttaminen voi aiheuttaa vuotavan ja toimimattoman kellon. Omani painettiin XYZ DaVinci AIO -laitteella. Tuet sisältyvät jo suunnitteluun, joten lisätukea ei ehkä tarvita. Valitsin paksut kuoret, 90% täyttö, 0,2 mm korkea. ABS -filamenttia käytetään, koska PLA hajoaa ulkona. Suppilon tulostamisen jälkeen levitä siihen akryylisuihke, joka suojaa sitä elementteiltä. Pidä akryylisuihke poissa kellosifonin sisäpuolelta, koska se voi estää veden virtauksen sifonissa. Älä anna sifonille asetonikylpyä

En ole vielä testannut hartsitulostimia. Jos käytät hartsia, sinun on suojattava hartsi auringolta, jotta estät sifonin väärän muodon.

(Tämä malli on parannus alkuperäiseen: Version päivämäärä 27. kesäkuuta 2019)

Vaihe 3: Asenna imuputki

Tutki liitteenä olevat kuvat. Kiinnitä kaikki esineet yhteen superliimalla. Muista, että superliima ei ole johtava ja kaikkien kosketuspisteidesi tulisi pysyä poissa superliimasta. Käytin alligaattorihyppyjä yhdistämään koettimet (aluslevyt) urospuolisiin naaraspuolisiin puseroihin minun vadelma pi. Toinen mittapää on kytkettävä GPIO 20: een, toinen liittimeen 21. Tässä piirissä ei tarvita vastuksia. Yritä tehdä anturista vesitiivis, kun käytät liimaa. Silikonigeeli voi myös auttaa.

Älä vielä peitä sifoniasi 110 mm: n PVC -putkessa, se on ensin testattava.

Vaihe 4: Mittapään testaus

Luo hakemistoosi tiedosto "rain_log.txt", johon haluat tallentaa python -koodisi.

Avaa suosikki python IDE ja kirjoita seuraava koodi siihen. Tallenna se nimellä siphon_rain_gauge2.py. Suorita python -koodi. Lisää kanavaan keinotekoista sadetta. Varmista, että lasku on yksi ja vain yksi joka kerta, kun vesilukko vapauttaa vettä. Jos lappo laskee väärin, katso vianetsintäosio.

#Bell-Sifon-sademittari

#JJ Slabbert -julkaisun kehittämä ("Bell Siphon -sademittari odottaa pieniä pudotuksia …") tuonti gpiozero -tuonti aika r = 0,21676 #Tämä on kalibroitu sademäärä per lappo -vapautus. t = 0 #Kokonaissademäärä): siphon = 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 paikallinen aika = aika.asctime (aika.localtime (aika.aika ())) print ("Sateen kokonaismäärä:"+str (float (t))+" mm "+paikallinen aika) f.write (str (t)+", "+paikallisaika+" / n ") siphon.close () output.close () time.sleep (1.5)

Vaihe 5: LASKENNAT JA KALIBROINNIT

Miksi sademäärä mitataan etäisyytenä? Mitä tarkoittaa 1 millimetrin sade? Jos sinulla oli kuutio 1000 mm X 1000 mm X 1000 mm tai 1 m X 1 m X 1 m, kuution syvyys on 1 mm, jos jätät sen ulos sateen sattuessa. Jos tyhjennät tämän sateen 1 pentueen pullossa, se täyttää pullon 100 % ja vesi mittaa myös 1 kg. Eri sademittarilla on erilaiset valuma -alueet.

Lisäksi 1 gramma vettä on tavanomainen 1 ml.

Jos käytät malliani liitteenä, kalibrointia ei ehkä tarvita.

Voit kalibroida sademittarin käyttämällä kahta tapaa. Käytä molempien menetelmien liittämiseen python -sovellusta (edellinen vaihe), jotta voit laskea julkaisut (salaustoiminnot). Varmista, että lasku on yksi ja vain yksi joka kerta, kun vesilukko vapauttaa vettä. Jos lappo laskee väärin, katso vianetsintäosio

Menetelmä 1: Käytä olemassa olevaa (säätö) sademittaria

Jotta tämä menetelmä toimisi, kellosuppilon suppilon on oltava sama kuin ohjaussateen mittari. Luo keinotekoinen sade sifonisuppilosi päälle ja laske python -julkaisujen määrä. Kerää kaikki vedenpoisto imuputkeen. säätimessäsi. Noin 50 julkaisun jälkeen (Siphoning -toiminnot), mittaa sateet säätösateen mittarissa

Olkoon R keskimääräinen sademäärä millimetreinä imuvaihetta kohden

R = (Kokonaissademäärä säätömittarissa)/(Poistotoimien määrä)

Menetelmä kaksi: Sateen paino (tarvitset sähköisen vaa'an)

Olkoon R keskimääräinen sademäärä millimetreinä imuvaihetta kohden

Olkoon W veden paino painetta kohti grammoina tai millilitroina

Olkoon A suppilon valuma -alue

R = (Lx1000)/A

Kalibrointiin ruiskutetaan ruiskuttamalla vettä hitaasti kelloputkeen. Ota vesi lasiin, jonka paino on tunnettu. Jatka veden ruiskuttamista, kunnes imuputki on tyhjentynyt vähintään 50 kertaa. Punnitse vesi lasissa. Laske vapautuneen veden keskimääräinen paino (W) joka kerta, kun vesilukko vapauttaa vettä. Suunnittelussa se oli noin 2,95 grammaa (ml). Suppilolle, jonka halkaisija on 129 mm ja säde 64,5 mm

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

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

R = 0,21676

Jos sinulla ei ole elektronista vaakaa, voit käyttää vain suurta (60 ml/gramma) ruiskua. Laske vain vesivuotojen määrä

W = (ruiskun tilavuus millimetreinä)/(vesiputkien vesilukkojen lukumäärä)

Päivitä python -sovellus uudella R -arvolla.

Bell Sifon (Oma suunnittelu) kestää noin 1 sekunnin kaiken veden vapauttamiseksi. Nyrkkisääntönä on myös, että sifoniin tuleva vesi vapautuu vapautuksen aikana. Tämä voi vaikuttaa mittausten lineaarisuuteen rankkasateen aikana. Parempi tilastollinen malli voi parantaa arvioita.

Vaihe 6: Siirry kentälle

Aseta koottu kello -imuputki ja suppilo sopivaan koteloon. Käytin 110 mm PVC -putkea. Varmista myös, että liitetty vadelma pi on vedenpitävässä kotelossa. PI: n virtalähteenä on demopankki, mutta asianmukaista ulkoista virtalähdettä tai aurinkokuntaa on käytettävä.

Käytin VNC: tä yhteyden muodostamiseen PI: hen tabletin kautta. Tämä tarkoittaa, että voin seurata sateita asennuksessani mistä tahansa.

Luo keinotekoinen sade ja katso, miten anturi toimii.

Vaihe 7: Vianetsintä

1) Ongelma: Jos lasken sifonin julkaisut python -sovelluksella, sovellus laskee ylimääräisiä julkaisuja.

Vihje: Kellon sifonin anturit saattavat sulkeutua ja vesipisara on juuttunut niiden väliin.

2) Ongelma: Vettä tippuu vesiputken läpi.

Ohje: Tämä on suunnitteluvirhe. Paranna muotoilua. Lampun ulostulon säde on todennäköisesti liian suuri. Osa tiedemiehen avusta voi auttaa. Jos olet suunnitellut oman kellosifonin, kokeile tarjoamaani. Voit myös kiinnittää lyhyen (15 cm) kalasäiliön putken imuputkeen poiston "vetovoiman" parantamiseksi.

3) Ongelma: Mittapäät eivät poimi kaikkia sifoniputkia.

Neuvoja: Puhdista anturit korvatikulla. Tarkista kaikki kaapeliliitännät. Koettimissa voi olla liimaa. poista se hienolla tarkkuustiedostolla.

4) Ongelma: Kaikki sifonini päästöt lasketaan oikein, mutta sademäärän arvio on väärä.

Vinkki: Sinun on kalibroitava anturi uudelleen. Jos olet aliarvioinut r (sademäärä per imutoiminto), on lisättävä.

Vaihe 8: Tulevat parannukset ja testi

1. Kultalevy anturit (aluslevyt). Tämä auttaa jälleen mahdollista korroosiota.
2. Vaihda anturit laserdiodiin ja valovastaukseen.
3. Paranna arviointimallia. Yksinkertainen lineaarinen malli ei välttämättä sovellu rankkasateeseen.
4. Toinen suurempi Bell Siphon voidaan lisätä ensimmäisen (ulostulon) alapuolelle suuren tiheyden sateen mittaamiseksi.
5. Käyttöliittymäksi ehdotan Caynne IOT: a.

Huomautus: Merkittävä parannus on julkaistu. Katso PiSiphon -sademittari