Çan Sifon Yağmur Ölçer: 8 Adım (Resimli)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Bunun geliştirilmiş bir versiyonu PiSiphon Rain Gauge'dir.

Geleneksel olarak yağış, manuel bir yağmur ölçer ile ölçülür.

Otomatik hava istasyonları (IoT hava istasyonları dahil) normalde devrilme kovaları, akustik disdrometreler veya lazer disdrometreler kullanır.

Devrilme kovaları, tıkanabilen hareketli parçalara sahiptir. Laboratuvarlarda kalibre edilirler ve şiddetli yağmur fırtınalarında doğru ölçüm yapmayabilirler. Disdrometreler, kar veya sisten küçük damlaları veya yağışları almakta zorlanabilir. Disdrometreler ayrıca damla boyutlarını tahmin etmek ve yağmur, kar ve dolu arasında ayrım yapmak için karmaşık elektronikler ve işleme algoritmaları gerektiriyordu.

Yukarıdaki sorunlardan bazılarının üstesinden gelmek için bir Bell Sifon Yağmur ölçerin yararlı olabileceğini düşündüm. Bell Sifon, normal bir FDM 3d Yazıcıda kolayca basılabilir (RipRaps ve Prusas gibi ekstrüderli ucuz olanlar).

Bell Sifonlar, su seviyesi belirli bir yüksekliğe ulaştığında tankları otomatik olarak boşaltmak için akuaponik ve balık tanklarında sıklıkla kullanılır. Tankı nispeten hızlı boşaltmak için sadece doğal kuvvetler kullanılır. Sifonun hareketli parçası yoktur.

Çan sifonu yağmur göstergesi, çan sifonunun çıkışına birbirine yakın (ancak birbirine temas etmeyen) bağlı iki sonda içerir. Probların diğer uçları ahududu pi'nin GPIO pinlerine bağlanır. Bir pin çıkış pini, diğer pin giriş pini olacaktır. Yağmur göstergesi belirli bir miktar su içerdiğinde, doğal kuvvetler göstergeyi boşaltacaktır. Su, çan sifon çıkışındaki sondaları geçerek akacak ve GPIO giriş pininde yüksek bir değer kaydedilecektir. Bu sifonlama işlemi, benim çan sifon tasarımımı kullanarak yaklaşık 2,95 gram (ml) kayıt yapacaktır. 129 mm huni çapına sahip yağmur ölçerim kullanılırsa 2,8 gram su +/-0,21676 mm yağmura eşit olacaktır. Her sifonlama işleminden sonra (su tahliye olayı) giriş pini çıkış olacak ve çıkış olası elektrolizi önlemek için giriş olacaktır.

Bu projenin amacı, tamircilerin açık donanım hava istasyonlarına takmak için kullanılabilecek bir sensör sağlamaktır. Bu sensör bir ahududu pi üzerinde test edildi, ancak diğer mikro denetleyiciler de çalışmalıdır.

Çan sifonlarını daha iyi anlamak için bunu izleyin

Adım 1: Neye İhtiyacınız Olacak?

1. Bir ahududu pi.
2. 3D Yazıcı-(Çan Sifonunu basmak için. Tasarımımı ben sağlayacağım. Baskı servisine de götürebilirsiniz)
3. Eski yağmur ölçer hunisi (Ya da bir tane yazdırabilirsiniz. Tasarımımı sağlayacağım.)
4. Prob olarak 2 X Pul (benim tasarımım için 5x25x1.5 mm)
5. Breadboard (test için isteğe bağlı).
6. Bazı Python Becerileri yardımcı olacaktır, ancak tüm kodlar sağlanmıştır.
7. Kalibrasyona ince ayar yapmak için elektronik bir terazi. Büyük bir Şırınga (60ml) de kullanılabilir.
8. Ahududu pi için su geçirmez kasa.
9. Süper yapıştırıcı
10. 2 Timsah jumper ve 2 erkekten dişiye jumper
11. 110mm PVC boru, +/-40 cm uzunluğunda

Adım 2: ZİL SİFONUNU TASARIM VE BASKI

Tasarımımı bul'u Autocad123D ve STL formatında ekleyin. Tasarımla oynayabilirsiniz, ancak tasarımı değiştirmek, sızdıran ve işlevsel olmayan bir çan sifonu oluşturabilir. Benimki bir XYZ DaVinci AIO'ya basıldı. Destekler zaten tasarıma dahil edilmiştir, bu nedenle ekstra desteklere ihtiyaç duyulmayabilir. Kalın kabuklar, %90 dolgu, 0,2 mm yüksekliğinde seçtim. PLA dış mekanlarda bozulacağı için ABS Filament kullanılmaktadır. Huniyi yazdırdıktan sonra, dış etkenlerden korumak için üzerine akrilik sprey uygulayın. Akrilik spreyi, sifondaki su akışını engelleyebileceğinden, çan sifonunun içinden uzak tutun. Sifona aseton banyosu vermeyin

Henüz reçine yazıcıları test etmedim. Reçine kullanıyorsanız sifonun deforme olmaması için reçineyi güneşten korumanız gerekir.

(Bu tasarım, orijinalin geliştirilmiş halidir: Versiyon Tarihi 27 Haziran 2019)

Adım 3: Sifonu Birleştirin

Eklenen resimleri inceleyin. Tüm öğeleri birbirine yapıştırmak için süper yapıştırıcı kullanın. Süper yapıştırıcının iletken olmadığını ve tüm temas noktalarınızın süper yapıştırıcıdan uzak durması gerektiğini unutmayın. Ahududu pi'mdeki probları (rondelaları) erkek-dişi jumperlara bağlamak için timsah jumperları kullandım. Bir prob GPIO 20'ye, diğeri 21'e bağlanmalıdır. Bu devrede direnç gerekmez. Süper yapıştırıcıyı kullanırken probu su geçirmez hale getirmeye çalışın. Silikon jel de yardımcı olabilir.

Sifonunuzu henüz 110 mm PVC borunun içine kapatmayın, önce test edilmesi gerekir.

Adım 4: Probu Test Etme

Python kodunuzu kaydetmek istediğiniz dizininizde bir "rain_log.txt" dosyası oluşturun.

Favori python IDE'nizi açın ve içine aşağıdaki kodu yazın. siphon_rain_gauge2.py olarak kaydedin. Python kodunu çalıştırın. Huninize biraz yapay yağmur ekleyin. Sifonun her su çıkışında bir ve yalnızca bir sayım olduğundan emin olun. Sifon yanlış sayıyorsa sorun giderme bölümüne bakın.

#Çan Sifon Yağmur Göstergesi

#JJ Slabbert tarafından geliştirildi print("Bell Sifon yağmur ölçeri bazı damlalar bekliyor…") import gpiozero import time r=0.21676 #Bu, sifon bırakma eylemi başına kalibre edilmiş yağış miktarıdır. t=0 #Toplam Yağış f=open("rain_log.txt", "a+") n=0 iken True: #Her sifonlamadan sonra, olası elektrolizi önlemek için pin 20, 21 değişmelidir eğer n/2==int(n): sifon=gpiozero. Button(21, Yanlış) çıktı=gpiozero. LED(20) çıktı.on() başka: sifon=gpiozero. Button(20, Yanlış) çıktı=gpiozero. LED(21) çıktı.on() siphon.wait_for_press() n=n+1 t=t+r localtime = time.asctime(time.localtime(time.time())) print("Toplam yağış miktarı: "+str(float(t))+" mm "+localtime) f.write(str(t)+", "+localtime+"\n") sifon.close() output.close() time.sleep(1.5)

Adım 5: HESAPLAMALAR VE KALİBRASYONLAR

Yağışlar neden Mesafe olarak ölçülür? 1 milimetre yağmur ne anlama geliyor? 1000mm X 1000mm X 1000mm veya 1m X 1m X 1m'lik bir küpünüz varsa, yağmur yağarken dışarıda bırakırsanız küpün derinliği 1 mm yağmur suyu olacaktır. Bu yağmuru 1 Litrelik bir şişeye boşaltırsanız şişeyi %100 dolduracak ve su da 1 kg ölçecektir. Farklı yağmur ölçerlerin farklı toplama alanları vardır.

Ayrıca 1 gram su geleneksel 1 ml'dir.

Tasarımlarımı ekteki gibi kullanırsanız kalibrasyona gerek kalmayabilir.

Yağmur ölçerinizi kalibre etmek için 2 yöntem kullanabilirsiniz. Her iki yöntem için de, yayınları (sifonlama eylemleri) saymak için python ekle (önceki adım) uygulamasını kullanın. Sifon her su tahliyesinde bir ve yalnızca bir sayım olduğundan emin olun. Sifon yanlış sayıyorsa sorun giderme bölümüne bakın

Birinci Yöntem: Mevcut bir (kontrol) yağmur ölçeri kullanın

Bu yöntemin çalışması için, çan sifon huninizin kontrol yağmur göstergesi ile aynı alan olması gerekir. Sifon huninizin üzerinde yapay yağmur oluşturun ve python ile serbest bırakma sayısını sayın. Sifondan çıkan tüm suyu toplayın. kontrol yağmur ölçerinizde. Yaklaşık 50 serbest bırakmadan sonra (Sifonlama eylemleri), kontrol yağmur göstergesindeki yağış miktarını ölçün

Sifonlama işlemi başına mm cinsinden ortalama yağış miktarı R olsun

R=(Kontrol göstergesindeki Toplam Yağış)/(Sifonlama eylemi sayısı)

İkinci Yöntem: Yağışınızı tartın (Elektronik Tartıya ihtiyacınız olacak)

Sifonlama işlemi başına mm cinsinden ortalama yağış miktarı R olsun

W, sifonlama işlemi başına suyun gram veya ml cinsinden ağırlığı olsun.

Huninin toplama alanı A olsun

R=(Gx1000)/A

Kalibrasyon için, çan sifonuna yavaşça su enjekte etmek için bir şırınga kullanın. Suyu bilinen bir ağırlığa sahip bir bardakta yakalayın. En az 50 kez sifon boşalana kadar suyu enjekte etmeye devam edin. Suyu bardakta tartın. Sifonun suyu her serbest bıraktığında salınan suyun ortalama ağırlığını (W) hesaplayın. Benim tasarımım için yaklaşık 2,95 gram (ml) idi. 129 mm çapında ve 64,5 mm yarıçaplı hunim için

A=pi*(64.5)^2=13609.8108371

R=(2.95*1000) /13609.8108371

R=0.21676

Elektronik tartınız yoksa büyük (60 ml/gram) bir şırınga kullanabilirsiniz. Sadece sifon su çıkışlarının sayısını sayın

W=(Mm cinsinden şırınga hacmi)/(Sifon suyu çıkış sayısı)

Python uygulamasını yeni R değeriyle güncelleyin.

Çan Sifonunun (Benim tasarımım) tüm suyu boşaltması yaklaşık 1 saniye sürer. Kural olarak, tahliye sırasında sifona giren su da tahliye edilecektir. Bu, şiddetli yağmur sırasında ölçümlerin doğrusallığını etkileyebilir. Daha iyi bir istatistiksel model, tahminleri iyileştirebilir.

Adım 6: Sahaya Git

Montajlı çan sifonunuzu ve huninizi uygun kasaya koyunuz. 110 mm PVC boru kullandım. Ayrıca bağlı ahududu pi'nizin su geçirmez kasada olduğundan emin olun. PI'm demo amacıyla bir güç bankasıyla çalışır, ancak uygun bir harici güç kaynağı veya güneş enerjisi sistemi kullanılmalıdır.

Tabletim aracılığıyla PI'ye bağlanmak için VNC kullandım. Bu, kurulumumdaki yağışları her yerden izleyebileceğim anlamına geliyor.

Yapay yağmur oluşturun ve sensörün nasıl çalıştığını görün.

7. Adım: Sorun Giderme

1) Sorun: Python uygulamasıyla sifon çıkışlarını sayarsam, uygulama fazladan çıkışları sayar.

Tavsiye: Çan sifonundaki sondalarınız kapanıyor olabilir ve aralarına su damlası sıkışmış olabilir.

2) Sorun: Sifondan su damlıyor.

Tavsiye: Bu bir tasarım hatasıdır. Tasarımı geliştirin. Sifon çıkış yarıçapı muhtemelen çok büyüktür. Bilim adamlarından bazı yardımlar yardımcı olabilir. Kendi çan sifonunuzu tasarladıysanız, verdiğim sifonu deneyin. Serbest bırakmanın "sürükleme kuvvetini" iyileştirmek için sifon çıkışına kısa (15 cm) bir akvaryum borusu da takabilirsiniz.

3) Sorun: Problar tüm sifon çıkışlarını almıyor.

Tavsiye: Problarınızı kulak çubuğu ile temizleyin. Tüm kablo bağlantılarını kontrol edin. Problarınızda yapıştırıcı olabilir. ince bir hassas dosya ile çıkarın.

4) Sorun: Sifon çıkışlarımın hepsi doğru sayılıyor, ancak yağış tahmini yanlış.

Tavsiye: Sensörünüzü yeniden kalibre etmeniz gerekir. Tahminlerin altındaysanız r (sifonlama eylemi başına yağış) artırılmalıdır.

8. Adım: Gelecekteki İyileştirmeler ve Test

1. Problar (rondelalar) Altın Plakalı. Bu, olası korozyona tekrar yardımcı olacaktır.
2. Probları bir lazer diyot ve bir foto rezistör ile değiştirin.
3. Tahmin modelini iyileştirin. Basit doğrusal model, şiddetli yağmurda uygun olmayabilir.
4. Yüksek yoğunluklu yağmuru ölçmek için birincinin altına (çıkışta) daha büyük ikinci bir Çan Sifonu eklenebilir.
5. Bir GUI için Caynne IOT'u öneririm.

Not: Önemli bir iyileştirme yayınlandı. PiSiphon Yağmur Göstergesine bakın