Alat Ukur Hujan Ultrasonik: Stesen Cuaca Terbuka Raspebbery Pi: Bahagian 1: 6 Langkah

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

IoT yang tersedia secara komersial (Internet Of Things) Stesen cuaca mahal dan tidak tersedia di mana sahaja (Seperti di Afrika Selatan). Keadaan cuaca yang melampau melanda kami. SA mengalami kekeringan paling sukar dalam beberapa dekad, bumi semakin panas dan petani berjuang untuk menghasilkan keuntungan, tanpa sokongan teknikal atau kewangan kerajaan untuk petani komersial.

Terdapat beberapa stesen cuaca Raspberry Pi di sekitarnya, seperti yang dibina oleh Raspberry Pi Foundation untuk sekolah-sekolah di UK, tetapi tidak tersedia untuk orang awam. Terdapat banyak sensor yang sesuai, beberapa analog, beberapa digital, beberapa keadaan pepejal, beberapa dengan bahagian bergerak dan beberapa sensor yang sangat mahal seperti anemometer ultrasonik (kelajuan dan arah angin)

Saya memutuskan untuk membina sumber terbuka, Stesen Cuaca perkakasan terbuka, dengan bahagian umum yang terdapat di Afrika Selatan mungkin merupakan projek yang sangat berguna dan saya akan bersenang-senang (dan sakit kepala yang mencabar).

Saya memutuskan untuk memulakan dengan alat ukur hujan keadaan pepejal (tanpa bahagian bergerak). Bucket tip tradisional tidak menarik perhatian saya pada tahap itu (walaupun saya fikir saya tidak pernah menggunakannya satu ketika itu). Jadi, saya fikir, hujan adalah air dan air mengalirkan elektrik. Terdapat banyak sensor resistif analog di mana rintangan menurun apabila sensor bersentuhan dengan air. Saya fikir ini akan menjadi penyelesaian yang sempurna. Malangnya sensor tersebut mengalami pelbagai jenis anomali seperti elektrolisis dan deoksidasi dan pembacaan dari sensor tersebut tidak dapat dipercayai. Saya juga membina probe keluli tahan karat saya sendiri dan papan litar kecil dengan relay untuk membuat arus terus bergantian (5 volt tetap, tetapi mengganti kutub positif dan negatif) untuk menghilangkan elektrolisis, tetapi bacaannya masih tidak stabil.

Pilihan terbaru saya ialah sensor Suara Ultrasonik. Sensor ini disambungkan ke bahagian atas tolok, dapat mengukur jarak ke permukaan air. Yang mengejutkan, sensor ini sangat tepat dan sangat murah (Kurang dari 50 ZAR atau 4 USD)

Langkah 1: Bahagian yang Diperlukan (Langkah 1)

Anda memerlukan perkara berikut

1) 1 Raspberry Pi (Mana-mana model, saya menggunakan Pi 3)

2) 1 Bord Bord

3) Beberapa kabel pelompat

4) Perintang satu Ohms dan perintang dua (atau 2.2) Ohms

5) Cawan lama yang lama untuk menyimpan hujan. Saya mencetak milik saya (salinan lembut ada)

6) Alat pengukur hujan manual lama yang menangkap (Atau anda boleh merancang sendiri dan mencetaknya)

7) Alat pengukur untuk mengukur mililiter atau skala hingga berat air

8) Sensor Ultrasonik HC-SR04 (Afrika Selatan boleh mendapatkannya dari Communica)

Langkah 2: Membina Litar Anda (Langkah 2)

Saya menemui beberapa panduan yang sangat berguna untuk membantu saya membina litar dan menulis skrip python untuk projek ini. Skrip ini mengira jarak dan anda akan menggunakannya untuk mengira jarak antara sensor yang dipasang di bahagian atas tangki tolok anda dan paras air

Anda boleh menemuinya di sini:

www.modmypi.com/blog/hc-sr04-ultrasonic-range-sensor-on-the-raspberry-pi

Mempelajari, membina litar anda, menghubungkannya ke pi anda dan bermain-main dengan kod python. Pastikan anda membina pembahagi voltan dengan betul. Saya menggunakan perintang 2.2 ohm antara GPIO 24 dan GND.

Langkah 3: Bina Tolok Anda (Langkah 3)

Anda boleh mencetak tolok anda, menggunakan alat ukur atau cawan yang ada. Sensor HC-SR04 akan dipasang di bahagian atas tangki utama tolok anda. Penting untuk memastikan ia sentiasa kering sepanjang masa.

Penting untuk memahami sudut pengukuran sensor HC-SR04 anda. Anda tidak boleh memasangkannya ke bahagian atas kerucut bentuk alat pengukur hujan tradisional. Cawan silinder biasa akan saya lakukan. Pastikan cukup lebar agar gelombang suara yang tepat turun ke bawah. Saya fikir paip PVC 75 x 300 mm akan berjaya. Untuk menguji sama ada isyarat melalui silinder anda dan bangkit kembali dengan betul, ukur jarak dari sensor ke bahagian bawah silinder anda dengan pembaris, bandingkan pengukuran itu dengan jarak yang anda peroleh dari jarak anggaran TOF (Masa penerbangan) sensor ke dasar.

Langkah 4: Pengiraan dan Penentukuran (Langkah 4)

Apa maksud hujan 1 milimeter? Hujan satu mm bermaksud bahawa jika 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 Liter, ia akan mengisi botol 100% dan air juga akan mengukur 1kg. Alat pengukur hujan yang berbeza mempunyai kawasan tadahan yang berbeza. Sekiranya kawasan tangkapan pengukur anda adalah 1m X 1m adalah mudah.

Juga, 1 gram air adalah konvensional 1 ml

Untuk mengira hujan anda dalam mm dari tolok ukur, anda boleh melakukan perkara berikut setelah menimbang air hujan:

W adalah berat hujan dalam gram atau mililiter

A adalah kawasan tadahan anda dalam mm persegi

R adalah jumlah hujan anda dalam mm

R = W x [(1000 x 1000) / A]

Terdapat dua kemungkinan dalam menggunakan HC-SR04 untuk mengira W (Anda memerlukan W untuk Mengira R).

Kaedah 1: Gunakan Fizik biasa

Ukur jarak dari HC-SR ke bahagian bawah alat pengukur anda (Anda melakukannya juga pada langkah sebelumnya) dengan sensor menggunakan pengiraan TOF (Time of Flight) dalam skrip python dari https://www.modmypi. com / blog / hc-sr04-ultrasonik-range-sensor-on-the-raspberry-pi Panggil CD Ini (Kedalaman Silinder)

Ukur luas bahagian bawah silinder anda dengan apa-apa yang sesuai dalam mm persegi. Panggil IA ini.

Sekarang masukkan 2 ml air (atau kuantiti yang sesuai) ke dalam silinder anda. Dengan menggunakan sensor kami, anggarkan jarak ke paras air baru dalam mm, Cal Dist_To_Water ini).

Kedalaman air (WD) dalam mm adalah:

WD = CD - Dist_To_Water (Atau Kedalaman Silinder Tolak Jarak dari sensor ke paras air)

Tiada anggaran Berat air itu

W = WD x IA dalam ml atau gram (Ingat 1 ml berat air 1 gram)

Sekarang anda boleh mengira Hujan (R) dalam mm dengan W x [(1000 x 1000) / A] seperti yang dijelaskan sebelumnya.

Kaedah 2: Kalibrasi meter anda dengan Statistik

Oleh kerana HC-SR04 tidak sempurna (ralat mungkin berlaku), nampaknya sekurang-kurangnya malar dalam mengukur jika silinder anda sesuai.

Bina model linear dengan bacaan sensor (atau jarak sensor) sebagai pemboleh ubah bersandar dan berat air yang disuntik sebagai pemboleh ubah bersandar.

Langkah 5: Perisian (Langkah 5)

Perisian untuk projek ini masih dalam pembangunan.

Skrip python di https://www.modmypi.com/blog/hc-sr04-ultrasonic-range-sensor-on-the-raspberry-pi harus boleh digunakan.

Lampirkan adalah beberapa aplikasi python yang berguna (General Public License) yang dikembangkan oleh saya sendiri.

Saya merancang untuk membangunkan antara muka web untuk stesen cuaca yang lengkap kemudian. Lampirkan adalah beberapa program saya yang digunakan untuk menentukur meter dan melakukan pembacaan sensor

Gunakan skrip penentukuran lampiran untuk menentukur tolok secara statistik. Import data dalam hamparan untuk dianalisis.

Langkah 6: Masih Perlu Dilakukan (Langkah 6)

Injap Solenoid diperlukan untuk mengosongkan tangki apabila penuh (Dekat dengan sensor)

Beberapa titisan hujan pertama tidak selalu diukur dengan betul, terutamanya jika alat pengukur tidak diratakan dengan betul. Saya sedang dalam proses mengembangkan meter disk untuk menangkap titisan ini dengan betul. Disdro masa depan saya seterusnya.

Gunakan sensor ultrasonik kedua untuk mengukur kesan suhu pada TOF. Saya akan segera menghantar kemas kini mengenai perkara ini.

Saya menemui sumber berikut yang boleh membantu

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- Hujan-Gauge.pdf