باران سنج سیفون بل: 8 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

نسخه بهبود یافته این دستگاه PiSiphon Rain Gauge است

به طور سنتی میزان بارندگی با یک باران سنج دستی اندازه گیری می شود.

ایستگاه های آب و هوایی خودکار (از جمله ایستگاه های هواشناسی اینترنت اشیا) به طور معمول از سطل های نوک ، دیسدومترهای صوتی یا دیس دی سنج های لیزری استفاده می کنند.

سطل های پر کننده دارای قطعات متحرک هستند که می توانند مسدود شوند. آنها در آزمایشگاه ها کالیبره می شوند و ممکن است در طوفان های شدید باران اندازه گیری مناسبی نداشته باشند. دیسدومترها ممکن است برای برداشتن قطرات کوچک یا بارش از برف یا مه مشکل داشته باشند. دستگاه های اندازه گیری سنج همچنین به الگوریتم های الکترونیکی پیچیده و پردازش برای تخمین اندازه قطرات و تمایز بین باران ، برف و تگرگ نیاز داشتند.

من فکر کردم اندازه گیری باران سیفون بل ممکن است برای غلبه بر برخی از مسائل فوق مفید باشد. بلف سیفون را می توان به راحتی بر روی یک چاپگر معمولی FDM 3D (چاپگرهای ارزان قیمت با اکسترودر ، مانند RipRaps و Prusas) چاپ کرد.

سیفون های بل معمولاً در آکواپونیک و مخازن ماهی برای خالی کردن خودکار مخازن هنگامی که سطح آب به ارتفاع مشخصی می رسد استفاده می شود. برای تخلیه سریع مخزن فقط از نیروهای طبیعی استفاده می شود. سایفون قطعات متحرک ندارد.

باران سنج سیفون زنگ شامل دو پروب است که نزدیک به هم (اما بدون تماس با یکدیگر) به خروجی سیفون زنگ متصل شده اند. انتهای دیگر پروب ها به پایه های GPIO تمشک pi متصل می شوند. یک پین پین خروجی ، پین دیگر پین ورودی خواهد بود. وقتی باران سنج حاوی مقدار مشخصی آب باشد ، نیروهای طبیعی سنج را خالی می کنند. آب از پروب ها در خروجی سیفون زنگ عبور می کند و مقدار بالایی روی پین ورودی GPIO ثبت می شود. این عمل سیفونینگ تقریباً 2.95 گرم (میلی لیتر) با استفاده از طرح سیفون زنگ من ضبط می شود. اگر از باران سنج من با قطر قیف 129 میلی متر استفاده شود ، 2.8 گرم آب برابر +/- 0.21676 میلی متر باران خواهد بود. پس از هر عمل سیفونینگ (رویداد رهاسازی آب) پین ورودی به خروجی تبدیل می شود و خروجی به یک ورودی برای جلوگیری از الکترولیز احتمالی تبدیل می شود.

هدف من از این پروژه ، تهیه سنسوری است که می تواند توسط دستگاه های قلع کار برای اتصال به ایستگاه های هواشناسی سخت افزاری باز استفاده شود. این سنسور روی تمشک pi آزمایش شده است ، اما سایر میکروکنترلرها نیز باید کار کنند.

برای درک بهتر سیفون های زنگ ، این https://www.youtube.com/embed/_vV_z_0lFQ8 را تماشا کنید

مرحله 1: آنچه شما نیاز دارید

1. یک عدد تمشک پی.
2. چاپگر سه بعدی-(برای چاپ سایفون زنگ. من طرح خود را ارائه می دهم. همچنین می توانید آن را به خدمات چاپ ببرید)
3. قیف باران سنج قدیمی (یا می توانید یکی را چاپ کنید. من طرح خود را ارائه می دهم.)
4. 2 واشر X به عنوان پروب (5x25x1.5 میلی متر برای طراحی من)
5. تخته نان (اختیاری برای آزمایش).
6. برخی از مهارت های پایتون کمک می کند ، اما همه کد ارائه شده است.
7. مقیاس الکترونیکی برای تنظیم دقیق کالیبراسیون یک سرنگ بزرگ (60 میلی لیتری) نیز می تواند مورد استفاده قرار گیرد.
8. پوشش ضد آب برای تمشک pi.
9. چسب فوق العاده
10. 2 جهنده تمساح و 2 جهنده نر به ماده
11. لوله پی وی سی 110 میلی متری +/- طول 40 سانتی متر

مرحله 2: طراحی و چاپ سیفون زنگدار

ضمیمه کنید طرح من را در قالب Autocad123D و STL بیابید. ممکن است با طرح بازی کنید ، اما تغییر طرح ممکن است یک سیفون ناقل نشتی و غیر کاربردی ایجاد کند. ماین بر روی AYO XYZ DaVinci چاپ شد. پشتیبانی ها از قبل در طرح گنجانده شده اند ، بنابراین ممکن است نیازی به پشتیبانی اضافی نباشد. من پوسته های ضخیم ، 90٪ پر کننده ، سطح 0.2 میلی متر را انتخاب کردم. از رشته ABS استفاده می شود زیرا PLA در خارج از منزل تجزیه می شود. پس از چاپ قیف ، یک اسپری اکریلیک روی آن بمالید تا در برابر عناصر محافظت شود. اسپری اکریلیک را از داخل سیفون زنگدار دور نگه دارید زیرا ممکن است اسپری جریان آب را در سیفون مسدود کند. به سیفون حمام استون ندهید

من هنوز چاپگرهای رزینی را آزمایش نکرده ام. در صورت استفاده از رزین ، باید رزین را در برابر نور خورشید محافظت کنید تا از شکل نادرست سیفون جلوگیری شود.

(این طرح بهبود نسخه اصلی است: تاریخ نسخه 27 ژوئن 2019)

مرحله 3: مونتاژ سیفون

تصاویر ضمیمه را مطالعه کنید. برای چسباندن همه موارد به یکدیگر از چسب فوق العاده استفاده کنید. به یاد داشته باشید که چسب فوق العاده رسانا نیست و تمام نقاط تماس شما باید از چسب فوق العاده پاک باشد. من از پرش تمساح برای اتصال پراب ها (واشرها) به پرش های نر به ماده روی تمشک پای خود استفاده کردم. یک پروب باید به GPIO 20 و دیگری به 21 متصل شود. در این مدار نیازی به مقاومت نیست. سعی کنید هنگام استفاده از چسب فوق العاده آب را محکم کنید. ژل سیلیکون نیز می تواند کمک کننده باشد.

هنوز سیفون خود را در لوله PVC 110 میلیمتری نپوشانید ، ابتدا باید آزمایش شود.

مرحله 4: آزمایش کاوشگر

یک فایل "rain_log.txt" در فهرست خود ایجاد کنید که می خواهید کد پایتون خود را در آن ذخیره کنید.

IDE پایتون مورد علاقه خود را باز کرده و کد زیر را در آن تایپ کنید. آن را به عنوان siphon_rain_gauge2.py ذخیره کنید. کد پایتون را اجرا کنید. مقداری باران مصنوعی به قیف خود اضافه کنید. هر بار که سیفون آب آزاد می کند ، مطمئن شوید که یک و فقط یک عدد وجود دارد. اگر سایفون اشتباه حساب می کند ، به بخش عیب یابی مراجعه کنید.

باران سنج #بل-سیفون

#توسعه یافته توسط JJ Slabbert print ("باران سنج بلفون منتظر چند قطره است …") واردات gpiozero زمان واردات r = 0.21676 #این میزان بارش کالیبره شده در هر بار خروج سیفون است. t = 0 #بارش کلی f = open ("rain_log.txt" ، "a+") n = 0 while True: #بعد از هر بار سیفون ، پین 20 ، 21 باید متناوباً برای جلوگیری از الکترولیز احتمالی در صورت n/2 == int (n): siphon = gpiozero. دکمه (21 ، غلط) خروجی = gpiozero. LED (20) خروجی. در () دیگر: siphon = gpiozero. دکمه (20 ، کاذب) خروجی = gpiozero. LED (21) خروجی. در () siphon.wait_for_press () n = n+1 t = t+r localtime = time.asctime (time.localtime (time.time ())) print ("کل بارش باران:"+str (float (t))+" mm "+localtime) f.write (str (t)+"، "+localaltime+" / n ") siphon.close () output.close () time.sleep (1.5)

مرحله 5: محاسبات و کالیبراسیون ها

چرا میزان بارندگی به عنوان فاصله اندازه گیری می شود؟ باران 1 میلی متری به چه معناست؟ اگر یک مکعب 1000mm X 1000mm X 1000mm یا 1m X 1m X 1m داشتید ، اگر آن را هنگام باران بیرون بگذارید ، 1 متر عمق آب باران خواهد داشت. اگر این باران را در یک بطری 1 لیتری خالی کنید ، بطری را 100 fill پر می کند و آب آن نیز 1 کیلوگرم است. باران سنج های مختلف دارای حوضه های آبریز متفاوت است.

همچنین ، 1 گرم آب معمولی 1 میلی لیتر است.

اگر از طرح های من به عنوان ضمیمه استفاده می کنید ، ممکن است نیازی به کالیبراسیون نباشد.

برای کالیبراسیون باران سنج خود می توانید از 2 روش استفاده کنید. برای هر دو روش ، از برنامه ضمیمه پایتون (مرحله قبل) برای شمارش نسخه ها (اقدامات سیفونینگ) استفاده کنید. هر بار که سیفون آب آزاد می کند ، مطمئن شوید که یک و فقط یک عدد وجود دارد. اگر سایفون اشتباه حساب می کند ، به بخش عیب یابی مراجعه کنید

روش اول: از یک باران سنج موجود (کنترلی) استفاده کنید

برای کارکرد این روش ، قیف سیفون زنگ شما باید مساوی با باران سنج کنترل باشد. باران مصنوعی را بر روی قیف سیفون خود ایجاد کنید و تعداد انتشارات را با پایتون بشمارید. تمام خروجی آب را با سیفون جمع کنید. در باران سنج کنترل شما پس از حدود 50 انتشار (اقدامات سایفونینگ) ، میزان بارندگی را در باران سنج کنترل اندازه گیری کنید

اجازه دهید R میانگین بارندگی در میلی متر در هر عمل سیفون باشد

R = (بارندگی کل در اندازه گیری کنترل)/(تعداد اقدامات سیفونینگ)

روش دوم: بارندگی خود را وزن کنید (به ترازوی الکترونیکی نیاز دارید)

اجازه دهید R متوسط بارندگی بر حسب میلی متر در هر عمل سیفون باشد

اجازه دهید W وزن آب در هر عمل سیفون در گرم یا میلی لیتر باشد

اجازه دهید A منطقه حوضه قیف باشد

R = (Wx1000)/A

برای کالیبراسیون ، از سرنگ برای تزریق آرام آب در سیفون زنگ استفاده کنید. آب را در یک لیوان با وزن مشخص بگیرید. تزریق آب را تا زمانی ادامه دهید که سیفون حداقل 50 بار خود را خالی کند. آب موجود در لیوان را وزن کنید. هر بار که سیفون آب آزاد می کند ، وزن متوسط (W) آب آزاد شده را محاسبه کنید. برای طراحی من حدود 2.95 گرم (میلی لیتر) بود. برای قیف من با قطر 129 میلی متر و شعاع 64.5 میلی متر

A = pi*(64.5)^2 = 13609.8108371

R = (2.95*1000) /13609.8108371

R = 0.21676

اگر مقیاس الکترونیکی ندارید ، فقط می توانید از یک سرنگ بزرگ (60 میلی لیتر/گرم) استفاده کنید. فقط تعداد ترشحات آب سیفون را بشمارید

W = (حجم سرنگ در میلی متر)/(تعداد ترشحات آب سیفون)

برنامه پایتون را با مقدار R جدید به روز کنید.

سیفون بل (طراحی من) حدود 1 ثانیه طول می کشد تا تمام آب آزاد شود. به عنوان یک قاعده کلی ، آب ورودی به سیفون در حین رهاسازی نیز آزاد می شود. این می تواند بر خطی بودن اندازه گیری ها در زمان باران شدید تأثیر بگذارد. یک مدل آماری بهتر ممکن است برآوردها را بهبود بخشد.

مرحله 6: به میدان بروید

سیفون و قیف مونتاژ شده خود را در یک پوشش مناسب قرار دهید. من از لوله PVC 110 میلیمتری استفاده کردم. همچنین مطمئن شوید تمشک پی متصل شده شما در محفظه ای ضد آب قرار دارد. PI من با پاوربانک برای اهداف نمایشی تغذیه می شود ، اما باید از منبع تغذیه خارجی مناسب یا سیستم خورشیدی استفاده شود.

من از VNC برای اتصال به PI از طریق رایانه لوحی خود استفاده کردم. این بدان معناست که من می توانم بارش را در محل نصب خود از هر نقطه نظارت کنم.

باران مصنوعی ایجاد کنید و نحوه عملکرد سنسور را ببینید.

مرحله 7: عیب یابی

1) مشکل: اگر تعداد انتشارات سیفون را با برنامه python بشمارم ، برنامه تعداد بیشتری نسخه دیگر را شمارش می کند.

توصیه: پروب های شما در سیفون زنگوله بسته می شوند و قطره آب بین آنها گیر کرده است.

2) مشکل: آب از طریق سیفون می چکد.

توصیه: این یک خطای طراحی است. طراحی را بهبود بخشید. شعاع خروجی سایفون احتمالاً زیاد است. برخی از کمک های دانشمندان ممکن است کمک کند. اگر شما سیفون زنگ خود را طراحی کرده اید ، از آنچه من ارائه دادم استفاده کنید. همچنین می توانید یک لوله مخزن ماهی کوتاه (15 سانتی متر) را به خروجی سیفون وصل کنید تا "نیروی کشش" رهاسازی را بهبود بخشد.

3) مشکل: پروب ها همه ترشحات سیفون را جمع نمی کنند.

توصیه: پروب های خود را با چوب گوش تمیز کنید. تمام اتصالات کابل را بررسی کنید. ممکن است چسب روی پروب های شما وجود داشته باشد. آن را با یک فایل دقیق دقیق حذف کنید.

4) مشکل: انتشار سیفون من همه به درستی محاسبه شده است ، اما برآورد بارندگی اشتباه است.

توصیه: شما باید سنسور خود را مجدداً کالیبره کنید. اگر تخمین زده اید که r (بارندگی در هر عمل سیفونینگ) باید افزایش یابد.

مرحله 8: پیشرفت ها و آزمایش های آینده

1. صفحه طلا پروب (واشر). این دوباره به خوردگی احتمالی کمک می کند.
2. پروب ها را با یک دیود لیزری و یک مقاومت عکس جایگزین کنید.
3. بهبود مدل تخمین مدل خطی ساده ممکن است در باران شدید مناسب نباشد.
4. برای اندازه گیری باران با چگالی بالا ، ممکن است دومین سایفون بزرگتر در زیر (در خروجی) اولین مورد اضافه شود.
5. برای رابط کاربری گرافیکی ، Caynne IOT را پیشنهاد می کنم.

توجه: پیشرفت عمده ای منتشر شده است. باران سنج PiSiphon را ببینید