Srážkoměr Bell Siphon: 8 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Vylepšenou verzí je dešťový měřič PiSiphon

Srážky se tradičně měří pomocí ručního měřiče srážek.

Automatizované meteorologické stanice (včetně meteorologických stanic IoT) běžně používají sklápěcí kbelíky, akustické disdrometry nebo laserové disdrometry.

Překlápěcí lopaty mají pohyblivé části, které se mohou ucpat. Jsou kalibrovány v laboratořích a nemusí správně měřit v silných dešťových bouřích. Disdrometry se mohou snažit zachytit malé kapky nebo srážky ze sněhu nebo mlhy. Disdrometry také vyžadovaly komplikovanou elektroniku a algoritmy zpracování pro odhad velikosti kapek a pro rozlišení mezi deštěm, sněhem a krupobitím.

Myslel jsem, že k překonání některých výše uvedených problémů může být užitečný měřič deště Bell Siphon. Bell Siphon lze snadno vytisknout na běžné 3D tiskárně FDM (levné s extrudery, jako jsou RipRaps a Prusas).

Bell Siphons se často používají v aquaponii a akváriích k automatickému vyprazdňování nádrží, když hladina vody dosáhne určité výšky. K rychlému vyprázdnění nádrže jsou použity pouze přírodní síly. Sifon nemá žádné pohyblivé části.

Srážkoměr zvonového sifonu obsahuje dvě sondy připojené blízko sebe (ale navzájem se nedotýkají) k výstupu zvonového sifonu. Ostatní konce sond jsou připojeny k pinům GPIO malinového pi. Jeden pin bude výstupním pinem, druhý pin bude vstupním pinem. Když srážkoměr obsahuje určité množství vody, přirozené síly měřidlo vyprázdní. Voda protéká sondami na výstupu zvonového sifonu a na vstupním pinu GPIO bude zaregistrována vysoká. Tato sifonová akce bude nahrávat přibližně 2,95 gramů (ml) pomocí designu mého zvonového sifonu. Pokud použiji svůj srážkoměr s průměrem trychtýře 129 mm, bude 2,8 gramů vody odpovídat +/- 0,21676 mm deště. Po každém sifonování (uvolnění vody) se vstupní kolík stane výstupem a výstup se stane vstupem, aby se zabránilo možné elektrolýze.

Mým cílem tohoto projektu je poskytnout senzor, který mohou dráteníci použít k připojení k otevřeným hardwarovým meteorologickým stanicím. Tento senzor byl testován na malinovém pi, ale fungovat by měly i další mikrokontroléry.

Chcete -li lépe porozumět zvonovým sifonům, sledujte toto

Krok 1: Co budete potřebovat

1. Jedna malinová pí.
2. 3D tiskárna-(Chcete-li vytisknout zvonový sifon. Poskytnu svůj návrh. Můžete jej také odnést do tiskové služby)
3. Starý dešťový trychtýř (Nebo si můžete jeden vytisknout. Poskytnu svůj návrh.)
4. 2 X podložky jako sondy (5x25x1,5 mm pro můj design)
5. Breadboard (volitelně pro testování).
6. Některé dovednosti v Pythonu pomohou, ale veškerý kód je k dispozici.
7. Elektronická váha pro jemné doladění kalibrace. Lze také použít velkou stříkačku (60 ml).
8. Vodotěsné pouzdro pro malinový pi.
9. super lepidlo
10. 2 propojky aligátora a 2 propojky mužů a žen
11. PVC trubka 110 mm, +/- 40 cm dlouhá

Krok 2: NAVRHNĚTE A VYTISKNĚTE SIČKU ZVONU

Připojit najdi můj návrh ve formátu Autocad123D a STL. Můžete si pohrát s designem, ale změna designu může vytvořit netěsný a nefunkční zvonový sifon. Můj byl vytištěn na XYZ DaVinci AIO. Podpěry jsou již součástí návrhu, takže další podpěry nemusí být potřeba. Vybral jsem silné skořápky, 90% výplň, výška 0,2 mm. Používá se vlákno ABS, protože PLA se venku degraduje. Po vytištění trychtýře na něj naneste akrylový sprej, který jej ochrání před živly. Udržujte akrylový sprej mimo vnitřek zvonového sifonu, protože může stříkat a blokovat tok vody v sifonu. Nedávejte sifonu acetonovou lázeň

Ještě jsem netestoval pryskyřičné tiskárny. Pokud používáte pryskyřici, musíte pryskyřici chránit před sluncem, abyste zabránili nesprávnému tvarování sifonu.

(Tento design je vylepšením originálu: Verze Datum 27. června 2019)

Krok 3: Sestavte sifon

Prostudujte si připojené obrázky. Pomocí super lepidla spojte všechny položky dohromady. Pamatujte, že super lepidlo je nevodivé a všechny vaše kontaktní body by měly zůstat mimo super lepidlo. Na svém malinovém pi jsem použil aligátorové propojky k připojení sond (podložek) k propojkám mezi muži a ženami. Jedna sonda by měla být připojena k GPIO 20, druhá k 21. V tomto obvodu nejsou vyžadovány žádné odpory. Při použití lepidla se pokuste provést sondu vodotěsnou. Pomoci může i silikonový gel.

Ještě nezakrývejte sifon v 110mm PVC trubce, musí být nejprve testován.

Krok 4: Testování sondy

Vytvořte ve svém adresáři soubor „rain_log.txt“, kam chcete uložit kód pythonu.

Otevřete své oblíbené IDE pythonu a zadejte do něj následující kód. Uložte jej jako siphon_rain_gauge2.py. Spusťte kód pythonu. Přidejte do svého trychtýře umělý déšť. Ujistěte se, že existuje pouze jeden počet, pokaždé, když sifon uvolní vodu. Pokud sifon počítá špatně, přečtěte si část o řešení potíží.

#Srážkoměr Bell-Siphon

#Vyvinuto tiskem JJ Slabberta („Srážkoměr Bell Siphon čeká na nějaké kapky…“) čas importu gpiozero r = 0,21676 #Toto je kalibrované množství srážek na akci uvolnění sifonu. t = 1): sifon = gpiozero. Button (21, False) výstup = gpiozero. LED (20) output.on () else: sifon = gpiozero. Button (20, False) výstup = 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 rain:"+str (float (t))+" mm "+localtime) f.write (str (t)+", "+localtime+" / n ") siphon.close () output.close () time.sleep (1.5)

Krok 5: VÝPOČTY A KALIBRACE

Proč se srážky měří jako vzdálenost? Co znamená 1 milimetr deště? Pokud jste měli kostku 1 000 mm X 1 000 mm X 1 000 mm nebo 1 m X 1 m X 1 m, bude mít krychle hloubku 1 mm dešťové vody, pokud ji necháte venku, když prší. Pokud tento déšť vyprázdníte v 1litrové láhvi, naplní láhev 100 % a voda bude také měřit 1 kg. Různé srážkoměry mají různé spádové oblasti.

Také 1 gram vody je konvenční 1 ml.

Pokud použijete moje návrhy v příloze, nemusí být kalibrace nutná.

Ke kalibraci vašeho srážkoměru můžete použít 2 metody. Pro obě metody použijte aplikaci attach python (předchozí krok) k počítání vydání (akce sifonování). Ujistěte se, že existuje pouze jeden počet, pokaždé, když sifon uvolní vodu. Pokud sifon počítá špatně, přečtěte si část o řešení potíží

Metoda jedna: Použijte stávající (kontrolní) srážkoměr

Aby tato metoda fungovala, musí být trychtýř se sifonem ve stejné oblasti jako kontrolní srážkoměr. Vytvořte umělý déšť nad trychtýřem sifonu a spočítejte počet vydání s pythonem. Sbírejte veškerou únik vody sifonem. ve vašem kontrolním srážkoměru. Asi po 50 vypuštění (akce Sifonování) změřte srážky v kontrolním srážkoměru

Nechť R je průměrný úhrn srážek v mm na sifon

R = (celkový úhrn srážek v kontrolním měřidle)/(počet sifonových akcí)

Metoda dvě: Zvažte srážky (budete potřebovat elektronickou váhu)

Nechť R je průměrný úhrn srážek v mm na sifon

Nechť W je hmotnost vody na sifon v gramech nebo ml

Nechť A je spádová oblast trychtýře

R = (Šx1000)/A

Ke kalibraci použijte stříkačku k pomalému vstřikování vody do zvonového sifonu. Chytněte vodu do sklenice se známou hmotností. Pokračujte ve vstřikování vody, dokud se sifon nevyprázdní alespoň 50krát. Zvažte vodu ve sklenici. Vypočítejte průměrnou hmotnost (W) vody uvolněné pokaždé, když sifon uvolní vodu. Pro můj návrh to bylo asi 2,95 gramů (ml). Pro můj trychtýř o průměru 129 mm a poloměru 64,5 mm

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

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

R = 0,21676

Pokud nemáte elektronickou váhu, můžete použít pouze velkou (60 ml/gram) stříkačku. Stačí spočítat počet vypuštění vody sifonu

W = (objem stříkačky v mm)/(počet vypuštění sifonové vody)

Aktualizujte aplikaci python novou hodnotou R.

Bell Siphon (můj design) trvá asi 1 sekundu, než vypustí veškerou vodu. Zpravidla se také uvolní voda vstupující do sifonu během vypouštění. To může ovlivnit linearitu měření během silného deště. Odhady může zlepšit lepší statistický model.

Krok 6: Přejděte do pole

Vložte svůj smontovaný zvonový sifon a trychtýř do vhodného pouzdra. Použil jsem PVC trubku 110 mm. Ujistěte se také, že je váš připojený malinový pi ve vodotěsném pouzdře. Můj PI je napájen z powerbanky pro demo účely, ale musí být použit vhodný externí napájecí zdroj nebo solární systém.

Použil jsem VNC pro připojení k PI přes můj tablet. To znamená, že mohu sledovat dešťové srážky při mé instalaci odkudkoli.

Vytvořte umělý déšť a podívejte se, jak senzor funguje.

Krok 7: Odstraňování problémů

1) Problém: Pokud počítám vydání sifonu s aplikací python, aplikace počítá další vydání.

Rada: Vaše sondy v zvonovém sifonu se možná zavřou a mezi nimi uvízne kapka vody.

2) Problém: Sifonem kape voda.

Rada: Toto je konstrukční chyba. Vylepšete design. Poloměr výstupu sifonu je pravděpodobně příliš velký. Může pomoci nějaká pomoc vědců. Pokud jste si navrhli vlastní zvonový sifon, vyzkoušejte ten, který jsem poskytl. K vyústění sifonu můžete také připojit krátkou (15 cm) trubku z rybí nádrže, abyste zlepšili „tažnou sílu“vypouštění.

3) Problém: Sondy nezachytily všechna vydání sifonu.

Rada: Vyčistěte sondy ušní tyčinkou. Zkontrolujte všechna kabelová připojení. Na vašich sondách může být lepidlo. odstraňte jej jemným přesným souborem.

4) Problém: Vypouštění mého sifonu jsou počítána správně, ale odhad srážek je špatný.

Rada: Senzor musíte znovu kalibrovat. Pokud máte pod odhady r (srážky na sifonovou akci) je třeba zvýšit.

Krok 8: Budoucí vylepšení a testování

1. Zlatá deska sondy (podložky). To opět pomůže možné korozi.
2. Vyměňte sondy za laserovou diodu a fotoodpor.
3. Vylepšete model odhadu. Jednoduchý lineární model nemusí být vhodný za silného deště.
4. Druhý větší Bell Siphon může být přidán pod (na výstupu) prvního k měření deště s vysokou hustotou.
5. Pro GUI navrhuji Caynne IOT.

Poznámka: Je zveřejněno zásadní vylepšení. Podívejte se na dešťový měřič PiSiphon