Sisällysluettelo:
2025 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2025-01-13 06:57
Kaupallisesti saatavilla olevat esineiden internetin (Internet of Things) sääasemat ovat kalliita eivätkä saatavilla kaikkialla (kuten Etelä -Afrikassa). Äärimmäiset sääolosuhteet kohtaavat meidät. SA kärsii pahimmasta kuivuudesta vuosikymmeniin, maa lämpenee ja maanviljelijät kamppailevat tuottamaan kannattavaa ilman hallituksen teknistä tai taloudellista tukea kaupallisille viljelijöille.
Ympärillä on muutamia Raspberry Pi -sääasemia, kuten se, jonka Raspberry Pi -säätiö rakentaa Yhdistyneen kuningaskunnan kouluille, mutta se ei ole yleisön saatavilla. Paljon sopivia antureita on olemassa, jotkut analogiset, jotkut digitaaliset, jotkut kiinteät, jotkut liikkuvilla osilla ja jotkut erittäin kalliit anturit, kuten ultraäänianemometrit (tuulen nopeus ja suunta)
Päätin rakentaa avoimen lähdekoodin, avoimen laitteistosääaseman, jossa on Etelä -Afrikassa yleisesti saatavilla olevia osia, voi olla erittäin hyödyllinen projekti, ja minulla on hauskaa (ja haastavaa päänsärkyä).
Päätin aloittaa kiinteän tilan (ei liikkuvia osia) sademittarilla. Perinteinen kippauskauha ei tehnyt minuun vaikutusta siinä vaiheessa (luulin jopa, etten ole koskaan käyttänyt sitä silloin). Joten ajattelin, että sade on vettä ja vesi johtaa sähköä. On olemassa monia analogisia resistiivisiä antureita, joiden vastus pienenee, kun anturi joutuu kosketuksiin veden kanssa. Ajattelin, että tämä on täydellinen ratkaisu. Valitettavasti nämä anturit kärsivät kaikenlaisista poikkeavuuksista, kuten elektrolyysistä ja hapetuksesta, ja näiden antureiden lukemat olivat epäluotettavia. Rakennan jopa omat ruostumattomasta teräksestä valmistetut mittapäät ja pienen piirilevyn, jossa on releet, jotta saadaan aikaan vaihtovirta (vakio 5 volttia, mutta positiivisten ja negatiivisten napojen vuorottelu) elektrolyysin poistamiseksi, mutta lukemat olivat edelleen epävakaita.
Viimeisin valintani on ultraääni -anturi. Tämä anturi, joka on liitetty mittarin yläosaan, voi mitata etäisyyden vedenpintaan. Yllätyksekseni tämä anturi oli erittäin tarkka ja erittäin halpa (alle 50 ZAR tai 4 USD)
Vaihe 1: Tarvittavat osat (vaihe 1)
Tarvitset seuraavaa
1) 1 Vadelma Pi (mikä tahansa malli, käytän Pi 3: ta)
2) 1 leipänauha
3) Jotkut hyppyjohdot
4) Yksi ohmin vastus ja kahden (tai 2,2) ohmin vastus
5) Vanha pitkä kuppi sateen säilyttämiseksi. Tulostin omani (pehmeä kopio saatavilla)
6) Vanha manuaalinen sademittarin sieppausosa (Tai voit suunnitella oman ja tulostaa sen)
7) Mittauslaitteet millilitran tai asteikon mittaamiseen
8) HC-SR04-ultraääni-anturi (eteläafrikkalaiset voivat saada ne Communicasta)
Vaihe 2: Piirin rakentaminen (vaihe 2)
Löysin erittäin hyödyllisen oppaan, joka auttaa minua rakentamaan piirin ja kirjoittamaan tämän projektin python -komentosarjat. Tämä skripti laskee etäisyydet ja lasket sen avulla mittarin säiliön yläosaan asennetun anturin ja vedenpinnan välisen etäisyyden
Löydät sen täältä:
www.modmypi.com/blog/hc-sr04-ultrasonic-range-sensor-on-the-raspberry-pi
Tutki sitä, rakenna piiri, liitä se pi -laitteeseesi ja pelaa python -koodilla. Varmista, että rakennat jännitteenjakajan oikein. Käytin 2,2 ohmin vastusta GPIO 24: n ja GND: n välillä.
Vaihe 3: Rakenna mittari (vaihe 3)
Voit tulostaa mittarin käyttämällä olemassa olevaa mittaria tai kuppia. HC-SR04-anturi kiinnitetään mittarin pääsäiliön yläosaan. On tärkeää varmistaa, että se pysyy kuivana koko ajan.
On tärkeää ymmärtää HC-SR04-anturin mittauskulma. Et voi kiinnittää sitä kartion yläosaan perinteisten sademittarien avulla. Normaali lieriömäinen kuppi tekee. Varmista, että se on riittävän leveä, jotta oikea ääniaalto laskeutuu pohjaan. Luulen, että 75 x 300 mm PVC -putki sopii. Jos haluat testata, kulkeeko signaali sylinterisi läpi ja pomppii takaisin oikein, mittaa etäisyys sensorista sylinterin pohjaan viivaimella, vertaa tätä mittausta anturin TOF (lentoaika) arvioituun etäisyyteen pohjalle.
Vaihe 4: Laskut ja kalibrointi (vaihe 4)
Mitä tarkoittaa 1 millimetrin sade? Yksi millimetri sade tarkoittaa, että 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 litran pullossa, se täyttää pullon 100 % ja vesi mittaa myös 1 kg. Eri sademittarilla on erilaiset valuma -alueet. Jos mittarin valuma -alue oli 1 m x 1 m, se on helppoa.
Lisäksi 1 gramma vettä on tavanomainen 1 ml
Voit laskea sademäärän millimetreinä mittaristasi tekemällä seuraavat toimet sadeveden painottamisen jälkeen:
W on sademäärä grammoina tai millilitroina
A on valuma -alue neliömetreinä
R on kokonaissademäärä millimetreinä
R = L x [(1000 x 1000)/A]
On kaksi mahdollisuutta käyttää HC-SR04: ää W: n arvioimiseen (tarvitset W: n R: n laskemiseen).
Menetelmä 1: Käytä pelkkää fysiikkaa
Mittaa etäisyys HC-SR: stä mittarin alaosaan (teit sen myös edellisessä vaiheessa) anturilla käyttämällä TOF (Time of Flight) -laskelmia python-skriptissä osoitteesta https://www.modmypi. fi/blog/hc-sr04-ultrasonic-range-sensor-on-the-vadelma-pi Soita tämä CD (sylinterin syvyys)
Mittaa sylinterisi pohjan sisäpinta millä tahansa sopivalla neliö millimetreillä. Kutsu tätä IA: ksi.
Heitä nyt 2 ml vettä (tai mikä tahansa sopiva määrä) sylinteriin. Arvioi anturimme avulla etäisyys uuteen vedenpintaan millimetreinä, Cal this Dist_To_Water).
Veden syvyys (WD) millimetreinä on:
WD = CD - Dist_To_Water (tai sylinterin syvyys miinus etäisyys sensorista vedenpintaan)
Ei arvioitu veden paino
L = leveys x syvyys IA millilitroina tai grammoina (muista, että 1 ml vettä painaa 1 gramma)
Nyt voit arvioida sademäärän (R) millimetreinä L x [(1000 x 1000)/A], kuten aiemmin selitettiin.
Menetelmä 2: Kalibroi mittari tilastotietojen avulla
Koska HC-SR04 ei ole täydellinen (virheitä saattaa esiintyä), näyttää siltä, että se on ainakin vakio mittauksessa, jos sylinterisi on sopiva.
Luo lineaarinen malli, jossa anturilukemat (tai anturietäisyydet) ovat riippuvaisia muuttujia ja ruiskutetut vedenpainot riippuvaisia muuttujia.
Vaihe 5: Ohjelmisto (vaihe 5)
Tämän projektin ohjelmistoja kehitetään edelleen.
Python-komentosarjoja osoitteessa https://www.modmypi.com/blog/hc-sr04-ultrasonic-range-sensor-on-the-raspberry-pi tulisi käyttää.
Attach on hyödyllisiä python -sovelluksia (General Public License), jotka olen itse kehittänyt.
Aion kehittää web -käyttöliittymän koko sääasemalle myöhemmin. Attach on joitakin ohjelmiani, joita käytetään mittarin kalibrointiin ja anturilukemien tekemiseen
Kalibroi mittari tilastollisesti liitetyn kalibrointiskriptin avulla. Tuo tiedot laskentataulukkoon analysoitavaksi.
Vaihe 6: Vielä tehtävää (vaihe 6)
Magneettiventtiiliä tarvitaan säiliön tyhjentämiseen, kun se on täynnä (lähellä anturia)
Ensimmäisiä sadepisaroita ei aina mitata oikein, varsinkin jos mittari ei ole oikein vaakasuorassa. Olen parhaillaan kehittämässä disdro -mittaria tämän pudotuksen ottamiseksi oikein. Disdro tulevaisuuteni seuraavaksi.
Lisää toinen ultraäänianturi mittaamaan lämpötilan vaikutus TOF: ään. Julkaisen tästä pian päivityksen.
Löysin seuraavan resurssin, joka voi auttaa
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- Sademittari.pdf