Bell Siphon Rain Gauge: 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:09

Versi yang lebih baik dari ini adalah PiSiphon Rain Gauge

Hujan secara tradisional diukur dengan alat pengukur hujan manual.

Stesen cuaca automatik (termasuk stesen cuaca IoT) biasanya menggunakan baldi tip, disdrometer akustik atau disrometer laser.

Tember baldi mempunyai bahagian bergerak yang boleh tersumbat. Mereka dikalibrasi di makmal dan mungkin tidak mengukur dengan betul dalam ribut hujan lebat. Disdrometer mungkin sukar untuk mengambil titisan kecil atau hujan dari salji atau kabut. Disdrometer juga memerlukan elektronik dan algoritma pemprosesan yang rumit untuk menganggarkan ukuran penurunan dan membezakan antara hujan, salji dan hujan batu.

Saya fikir alat pengukur Hujan Bell Siphon mungkin berguna untuk mengatasi beberapa masalah di atas. Bell Siphon dapat dicetak dengan mudah pada Printer 3D FDM biasa (Yang murah dengan extruder, seperti RipRaps dan Prusas).

Bell Siphons sering digunakan dalam tangki ikan dan tangki ikan untuk mengosongkan tangki secara automatik apabila paras air mencapai ketinggian tertentu. Hanya daya semula jadi yang digunakan untuk mengosongkan tangki dengan cepat. Siphon tidak mempunyai bahagian yang bergerak.

Alat pengukur hujan loceng siphon mengandungi dua probe yang saling berdekatan antara satu sama lain (tetapi tidak saling bersentuhan) ke saluran keluar sifon loceng. Hujung prob yang lain disambungkan ke pin GPIO pi raspberry. Satu pin akan menjadi pin output, pin yang lain akan menjadi pin input. Apabila alat pengukur hujan mengandungi sejumlah air, kekuatan semula jadi akan mengosongkan alat pengukur. Air akan mengalir melewati probe di outlet siphon loceng dan yang tinggi akan didaftarkan pada pin input GPIO. Tindakan menyedot ini akan merakam sekitar 2.95 gram (ml) menggunakan reka bentuk loceng siphon saya. 2.8 gram air akan sama dengan +/- 0.21676 mm hujan jika alat pengukur hujan saya dengan corong berdiameter 129 mm digunakan. Setelah setiap tindakan menyedot (peristiwa pelepasan air) pin input akan menjadi output dan output akan menjadi input untuk mencegah kemungkinan elektrolisis.

Objektif saya untuk projek ini adalah untuk menyediakan sensor yang dapat digunakan oleh pemakai untuk memasang stesen cuaca perkakasan terbuka. Sensor ini diuji pada raspberry pi, tetapi pengawal mikro lain juga harus berfungsi.

Untuk mempunyai pemahaman yang lebih baik mengenai siphon loceng, tonton https://www.youtube.com/embed/_vV_z_0lFQ8 ini

Langkah 1: Apa yang Anda Perlu

1. Satu raspberry pi.
2. Pencetak 3D- (Untuk mencetak loceng Siphon. Saya akan memberikan reka bentuk saya. Anda juga boleh membawanya ke perkhidmatan percetakan)
3. Corong alat pengukur hujan lama (Atau anda boleh mencetaknya. Saya akan memberikan reka bentuk saya.)
4. 2 X Washers sebagai probe (5x25x1.5 mm untuk reka bentuk saya)
5. Papan roti (pilihan untuk ujian).
6. Beberapa Kemahiran Python akan membantu, tetapi semua kod disediakan.
7. Skala elektronik untuk penentukuran penyesuaian. Jarum suntik besar (60ml) juga boleh digunakan.
8. Sarung kalis air untuk pi raspberry.
9. Lem super
10. 2 penerjun buaya dan 2 penerjun lelaki hingga wanita
11. Paip PVC 110mm, panjang +/- 40 cm

Langkah 2: REKA BENTUK DAN CETAK SIPHON BELL

Lampirkan temukan rekaan saya dalam format Autocad123D dan STL. Anda mungkin bermain-main dengan reka bentuknya, tetapi mengubah reka bentuknya boleh menyebabkan loceng siphon bocor dan tidak berfungsi. Tambang dicetak pada XYZ DaVinci AIO. Sokongan sudah termasuk dalam reka bentuk, jadi sokongan tambahan mungkin tidak diperlukan. Saya memilih cengkerang tebal, 90% isi, tinggi 0.2mm. ABS Filament digunakan kerana PLA akan merosot di luar rumah. Setelah mencetak corong, sapukan semburan akrilik di atasnya untuk melindunginya dari unsur-unsur. Jauhkan semburan akrilik dari bahagian dalam siphon loceng kerana semburannya dapat menyekat aliran air di siphon. Jangan sifon mandi aseton

Saya belum menguji pencetak resin. Sekiranya anda menggunakan resin, anda perlu melindungi resin dari cahaya matahari untuk mengelakkan salah sifon.

(Reka bentuk ini adalah peningkatan asal: Tarikh Versi 27 Jun 2019)

Langkah 3: Himpunkan Siphon

Kaji gambar lampiran. Gunakan gam super untuk menyatukan semua item. Ingat bahawa lem super tidak konduktif dan semua titik hubungan anda harus menjauhkan diri dari lem super. Saya menggunakan penerjun buaya untuk menyambungkan probe (mesin basuh) ke jumper lelaki ke wanita pada pi raspberry saya. Probe yang satu harus disambungkan ke GPIO 20, yang lain ke 21. Tidak diperlukan perintang dalam litar ini. Cuba jadikan air probe ketat ketika anda menggunakan superglue. Gel silikon juga boleh membantu.

Jangan tutup lagi siphon anda dalam paip PVC 110mm, mesti diuji terlebih dahulu.

Langkah 4: Menguji Probe

Buat fail "rain_log.txt" dalam direktori anda di mana anda ingin menyimpan kod python anda.

Buka python IDE kegemaran anda dan taipkan kod berikut di dalamnya. Simpan sebagai siphon_rain_gauge2.py. Jalankan kod python. Tambahkan sedikit hujan buatan ke corong anda. Pastikan ada satu dan satu kiraan, setiap kali siphon melepaskan air. Sekiranya Siphon salah, lihat bahagian penyelesaian masalah.

# Tolok Hujan Bell-Siphon

#Diperkembangkan oleh cetakan JJ Slabbert ("Alat pengukur hujan Bell Siphon sedang menunggu beberapa tetes …") masa import gpiozero r = 0.21676 #Ini adalah tindakan pengaliran hujan per siphon yang dikalibrasi. t = 0 #Jumlah Hujan f = terbuka ("rain_log.txt", "a +") n = 0 sementara Benar: #Setelah setiap siphoning, pin 20, 21 harus bergantian untuk mengelakkan kemungkinan elektrolisis jika n / 2 == int (n): 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 localtime = time.asctime (time.localtime (time.time ())) print ("Total rain fall:" + str (float (t)) + " mm "+ localtime) f.write (str (t) +", "+ localtime +" / n ") siphon.close () output.close () time.sleep (1.5)

Langkah 5: PENGIRAAN DAN PENGESAHAN

Mengapa hujan diukur sebagai Jarak? Apa maksud hujan 1 milimeter? Sekiranya anda mempunyai kubus 1000mm X 1000mm X 1000mm atau 1m X 1m X 1m, kubus tersebut akan mempunyai kedalaman 1 mm air hujan jika anda meninggalkannya di luar ketika hujan. Sekiranya anda mengosongkan hujan ini dalam botol 1 Litter, ia akan mengisi botol 100% dan air juga akan mengukur 1kg. Alat pengukur hujan yang berbeza mempunyai kawasan tadahan yang berbeza.

Juga, 1 gram air adalah konvensional 1 ml.

Sekiranya anda menggunakan reka bentuk saya seperti yang dilampirkan, penentukuran mungkin tidak diperlukan.

Untuk menentukur alat pengukur hujan anda, anda boleh menggunakan 2 kaedah. Untuk kedua kaedah, gunakan aplikasi attach python (langkah sebelumnya) untuk menghitung pelepasan (tindakan menyedot). Pastikan terdapat satu dan satu kiraan, setiap kali siphon melepaskan air. Sekiranya Siphon salah, lihat bahagian penyelesaian masalah

Kaedah Satu: Gunakan alat pengukur hujan (kawalan) yang ada

Agar kaedah ini berfungsi, corong loceng siphon anda mesti sama dengan alat pengukur hujan. Buat hujan tiruan di corong siphon anda dan hitung jumlah pelepasan dengan python. Kumpulkan semua pembebasan air oleh siphon. di alat kawalan hujan anda. Selepas kira-kira 50 pelepasan (tindakan menyedot), ukur hujan di alat kawalan hujan

Biarkan R menjadi curah hujan rata-rata dalam mm per tindakan menyedot

R = (Jumlah Hujan di tolok kawalan) / (Jumlah tindakan menyedot)

Kaedah Kedua: Timbang hujan anda (Anda Akan Memerlukan Skala Elektronik)

Biarkan R menjadi curah hujan rata-rata dalam mm per tindakan menyedot

Biarkan W menjadi berat air setiap tindakan menyedot dalam gram atau ml

Biarkan A menjadi kawasan tadahan corong

R = (Wx1000) / A

Untuk penentukuran, gunakan picagari untuk menyuntikkan air perlahan-lahan ke dalam siphon loceng. Masukkan air ke dalam gelas dengan berat yang diketahui. Terus menyuntik air sehingga siphon mengosongkan dirinya sekurang-kurangnya 50 kali. Timbang air di dalam gelas. Hitung berat purata (W) air yang dilepaskan setiap kali siphon melepaskan air. Untuk reka bentuk saya, ia kira-kira 2.95 gram (ml). Untuk corong saya dengan diameter 129mm dan jejari 64.5 mm

A = pi * (64.5) ^ 2 = 13609.8108371

R = (2.95 * 1000) /13609.8108371

R = 0.21676

Sekiranya anda tidak mempunyai skala elektronik, anda mungkin hanya menggunakan picagari besar (60 ml / gram). Hitung saja jumlah pelepasan air siphon

W = (Isipadu picagari dalam mm) / (Jumlah pelepasan air siphon)

Kemas kini aplikasi python dengan nilai R yang baru.

Bell Siphon (Reka bentuk saya) mengambil masa sekitar 1 saat untuk melepaskan semua air. Sebagai aturan praktis, air yang memasuki siphon semasa pelepasan juga akan dikeluarkan. Ini boleh mempengaruhi linearitas pengukuran semasa hujan lebat. Model statistik yang lebih baik dapat meningkatkan anggaran.

Langkah 6: Pergi ke Padang

Masukkan sifon dan corong loceng Assembled anda dalam selongsong yang sesuai. Saya menggunakan paip PVC 110 mm. Pastikan juga raspberry pi anda yang tersambung berada dalam selongsong kalis air. PI saya dikuasakan dengan power bank untuk tujuan demo, tetapi bekalan kuasa luaran atau sistem solar yang betul mesti digunakan.

Saya menggunakan VNC untuk menyambung ke PI melalui tablet saya. Ini bermaksud saya dapat memantau hujan di pemasangan saya dari mana sahaja.

Buat hujan buatan dan lihat bagaimana sensor berfungsi.

Langkah 7: Penyelesaian masalah

1) Masalah: Sekiranya saya menghitung pelepasan siphon dengan aplikasi python, aplikasi akan menghitung pelepasan tambahan.

Nasihat: Pemeriksaan anda di loceng siphon mungkin akan ditutup dan titisan air tersekat di antara mereka.

2) Masalah: Air menetes melalui Siphon.

Nasihat: Ini adalah kesilapan reka bentuk. Perbaiki reka bentuk. Radius saluran keluar Siphon mungkin besar. Sebilangan pertolongan dari saintis mungkin dapat membantu. Sekiranya anda merancang sifon loceng anda sendiri, cubalah yang saya sediakan. Anda juga boleh memasang paip tangki ikan pendek (15 cm) ke saluran keluar siphon untuk meningkatkan "daya tarik" pelepasan.

3) Masalah: Probe tidak mengambil semua pelepasan siphon.

Nasihat: Bersihkan probe anda dengan gegendang telinga. Periksa semua sambungan kabel. Mungkin terdapat gam pada siasatan anda. keluarkannya dengan fail ketepatan halus.

4) Masalah: Pelepasan siphon saya dikira dengan betul, tetapi anggaran hujan salah.

Nasihat: Anda perlu menentukur semula sensor anda. Jika anda mempunyai perkiraan r (curah hujan per tindakan menyedot) perlu ditingkatkan.

Langkah 8: Penambahbaikan dan Ujian Masa Depan

1. Plat emas (pencuci). Ini akan membantu pengaratan yang mungkin berlaku.
2. Gantikan probe dengan dioda laser dan perintang foto.
3. Perbaiki model anggaran. Model linier sederhana mungkin tidak sesuai ketika hujan lebat.
4. Bell Siphon kedua yang lebih besar boleh ditambahkan di bawah (di outlet) yang pertama untuk mengukur hujan dengan kepadatan tinggi.
5. Untuk GUI, saya mencadangkan Caynne IOT.

Catatan: Peningkatan besar diterbitkan. Lihat PiSiphon Rain Gauge