מד גשם בל סיפון: 8 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

גרסה משופרת של זה היא מד הגשם של PiSiphon

באופן מסורתי הגשמים נמדדים בעזרת מד גשם ידני.

תחנות מזג אוויר אוטומטיות (כולל תחנות מזג אוויר IoT) משתמשות בדרך כלל בדליים להטות, במדחפים אקוסטיים או במדדי לייזר.

לדליים להטות יש חלקים נעים שיכולים להיסתם. הם מכוילים במעבדות וייתכן שהם לא נמדדים כראוי בסופות גשם כבדות. מכשירי אקדח עשויים להיאבק כדי לאסוף טיפות קטנות או משקעים משלג או ערפל. מכשירי אקדח נדרשו גם אלקטרוניקה מסובכת ואלגוריתמים לעיבוד כדי לאמוד את גודל הירידות ולהבחין בין גשם, שלג וברד.

חשבתי שמד גשם של Bell Siphon עשוי להיות שימושי כדי להתגבר על כמה מהנושאים שלעיל. ניתן להדפיס בקלות את סיפון הפעמון במדפסת תלת -ממדית רגילה של FDM (הזולות שבהן עם אקסטרודרים, כמו RipRaps ו- Prusas).

סיפוני פעמונים משמשים לעתים קרובות באקוופוניקה ובמיכלי דגים כדי לרוקן מכלים באופן אוטומטי כאשר מפלס המים מגיע לגובה מסוים. רק כוחות טבעיים משמשים לרוקן את המיכל במהירות יחסית. לסיפון אין חלקים נעים.

מד הגשם של סיפון הפעמון מכיל שני בדיקות המחוברות קרוב זו לזו (אך לא יוצרות קשר אחת עם השנייה) לשקע הסיפון הפעמון. הקצוות האחרים של הגששים מחוברים לסיכות GPIO של פטל הפטל. סיכה אחת תהיה סיכת פלט, הסיכה השנייה תהיה סיכת קלט. כאשר מד הגשם מכיל כמות מסוימת של מים, כוחות טבעיים ירוקנו את המד. מים יזרמו ליד הגששים ביציאת הסיפון הפעמון וגבוה יירשם על פין הכניסה של GPIO. בפעולה זו, תיעוד כ -2.95 גרם (מיליליטר) באמצעות עיצוב סיפון הפעמון שלי. 2.8 גרם המים יהיו שווים לגשם +/- 0.21676 מ"מ אם נעשה שימוש במד הגשם שלי בקוטר משפך של 129 מ"מ. לאחר כל פעולת סינון (אירוע שחרור מים) סיכת הכניסה תהפוך לפלט והפלט יהפוך לקלט כדי למנוע אלקטרוליזה אפשרית.

המטרה שלי בפרויקט זה היא לספק חיישן שיוכל להשתמש בו כדי להתעסק עם תחנות מזג אוויר פתוחות לחומרה. חיישן זה נבדק על פי פטל, אך גם מיקרו -בקרים אחרים אמורים לפעול.

כדי להבין טוב יותר את סיפוני הפעמון, צפה כאן

שלב 1: מה שאתה צריך

1. פאי פטל אחד.
2. מדפסת תלת מימד- (להדפסת הפעמון סיפון. אני אספק את העיצוב שלי. אתה יכול גם לקחת אותו לשירות הדפסה)
3. משפך מד גשם ישן (או שאתה יכול להדפיס אחד. אני אספק את העיצוב שלי).
4. 2 מכונות כביסה כמו בדיקות (5x25x1.5 מ"מ לעיצוב שלי)
5. לוח לחם (אופציונלי לבדיקה).
6. כמה מיומנויות פייתון יסייעו, אך כל הקוד מסופק.
7. סולם אלקטרוני לכוונון כיול. ניתן להשתמש גם במזרק גדול (60 מ"ל).
8. מעטפת עמידה למים לפאי הפטל.
9. דבק מגע
10. 2 קופצני תנין ו -2 קופצים מגברים עד נקבות
11. צינור PVC 110 מ"מ, אורך +/- 40 ס"מ

שלב 2: עיצוב והדפסה של שיפון הפעמונים

צרף מצא את העיצוב שלי בפורמט Autocad123D ו- STL. אתה יכול לשחק עם העיצוב, אך שינוי העיצוב עלול ליצור סיפון פעמון דולף ולא מתפקד. שלי הודפס ב- XYZ DaVinci AIO. התמיכות כבר כלולות בעיצוב, ולכן ייתכן שלא יהיה צורך בתמיכות נוספות. בחרתי פגזים עבים, מילוי 90%, גובה 0.2 מ מ. נימה ABS משמשת מכיוון ש- PLA יתדרדר בחוץ. לאחר הדפסת המשפך יש למרוח עליו ספריי אקרילי כדי להגן עליו מפני האלמנטים. יש להרחיק תרסיס אקרילי מבפנים של הסיפון הפעמון מאחר וריסוס עלול לחסום את זרימת המים בסיפון. אל תיתן לסיפון אמבט אצטון

עדיין לא בדקתי מדפסות שרף. אם אתה משתמש בשרף, עליך להגן על השרף מפני השמש בכדי למנוע היווצרות לא תקינה של הסיפון.

(עיצוב זה הוא שיפור של המקור: תאריך גירסה 27 ביוני 2019)

שלב 3: הרכבת הסיפון

למד את התמונות המצורפות. השתמש בדבק סופר כדי לחבר את כל הפריטים יחד. זכור כי דבק סופר אינו מוליך וכל נקודות המגע שלך צריכות להישאר נקיות מדבק סופר. השתמשתי במגשרים של תנין כדי לחבר את הגששים (מכונות כביסה) לקופצים זכרים לנקבות על פי הפטל שלי. יש לחבר את החללית האחת ל- GPIO 20, השנייה ל- 21. אין צורך בנגדים במעגל זה. נסה להדק את החללית במים כאשר אתה משתמש בדבק העל. ג'ל סיליקון יכול גם לעזור.

עדיין לא מכסים את הסיפון בצינור ה- 110 מ מ PVC, יש לבדוק זאת תחילה.

שלב 4: בדיקת הבדיקה

צור קובץ "rain_log.txt" בספרייה שלך שבו ברצונך לשמור את קוד הפייתון שלך.

פתח את IDE הפייתון האהוב עליך והקלד בו את הקוד הבא. שמור אותו בתור siphon_rain_gauge2.py. הפעל את קוד הפיתון. הוסף קצת גשם מלאכותי למשפך שלך. ודא שיש ספירה אחת ויחידה, בכל פעם שהסיפון משחרר מים. אם הסיפון לא סופר נכון, עיין בסעיף פתרון הבעיות.

#מד גשם בל-סיפון

#פותח על ידי הדפסה של JJ Slabbert ("מד הגשם של בל סיפון מחכה לכמה טיפות …") זמן יבוא gpiozero r = 0.21676 #זהו הגשם המכויל לכל פעולת שחרור סיפון. t = 0 #סך הגשמים f = open ("rain_log.txt", "a+") n = 0 בעוד נכון: #לאחר כל סיפון, סיכה 20, 21 צריכה להתחלף כדי למנוע אלקטרוליזה אפשרית אם n/2 == int (n): סיפון = gpiozero. Button (21, False) פלט = gpiozero. LED (20) output.on () אחר: סיפון = gpiozero. Button (20, False) פלט = gpiozero. LED (21) output.on () siphon.wait_for_press () n = n+1 t = t+r localtime = time.asctime (time.localtime (time.time ())) הדפס ("סה"כ גשם גשם:"+str (float (t))+" מ"מ "+אזור) f.write (str (t)+", "+localtime+" / n ") siphon.close () output.close () time.sleep (1.5)

שלב 5: חישובים וכיולים

מדוע גשמים נמדדים כמרחק? מה המשמעות של גשם של מילימטר אחד? אם הייתה לך קובייה של 1000 מ"מ X 1000 מ"מ X 1000 מ"מ או 1 מ 'X 1 מ' X 1 מ ', לקוביה תהיה עומק של 1 מ"מ מי גשמים אם השארת אותה בחוץ כשיורד גשם. אם תרוקן את הגשם הזה בבקבוק 1 ליטר, הוא ימלא את הבקבוק 100 % והמים גם ימדדו 1 ק"ג. למדדי גשם שונים יש אזורים שונים.

כמו כן, גרם אחד של מים הוא 1 מ ל קונבנציונאלי.

אם אתה משתמש בעיצובים שלי כמצורפים, ייתכן שלא יהיה צורך בכיול.

כדי לכייל את מד הגשם שלך, תוכל להשתמש בשתי שיטות. עבור שתי השיטות, השתמש באפליקציית ה- python המצורפת (שלב קודם) כדי לספור מהדורות (פעולות סינון). ודא שיש ספירה אחת ויחידה, בכל פעם שהסיפון משחרר מים. אם הסיפון לא סופר נכון, עיין בסעיף פתרון הבעיות

שיטה ראשונה: השתמש במד גשם קיים (שליטה)

כדי ששיטה זו תפעל, משפך הסיפון הפעמון שלך חייב להיות באותו אזור כמו מד הגשם הבקרה. צור גשם מלאכותי על משפך הסיפון שלך וספור את מספר המהדורות בעזרת פייתון. אסוף את כל שחרור המים על ידי הסיפון. במד הגשם השליטה שלך. לאחר כ -50 שחרורים (פעולות סיפון), מודדים את כמות הגשמים במד הגשם הבקרה

תן ל- R להיות כמות המשקעים הממוצעת במ מ לכל פעולה

R = (סה כ כמות גשמים במד הבקרה)/(מספר פעולות ההעברה)

שיטה שניה: שקלו את כמות הגשמים שלכם (תזדקקו לסולם אלקטרוני)

תן ל- R להיות כמות המשקעים הממוצעת במ מ לכל פעולה

תן W להיות משקל המים לכל פעולת סילוק בגרמים או מ ל

תן A להיות אזור ההיקף של המשפך

R = (Wx1000)/א

לכיול, השתמש במזרק כדי להזריק מים לאט לתוך סיפון הפעמון. תפוס את המים בכוס עם משקל ידוע. המשך להזריק את המים עד שהסיפון מתרוקן לפחות 50 פעמים. שקלו את המים בכוס. חשב את המשקל הממוצע (W) של המים המשתחררים בכל פעם ששחרור המים. לעיצוב שלי זה היה בערך 2.95 גרם (מ"ל). למשפך שלי בקוטר 129 מ"מ ורדיוס 64.5 מ"מ

A = pi*(64.5)^2 = 13609.8108371

R = (2.95*1000) /13609.8108371

R = 0.21676

אם אין לך משקל אלקטרוני, אתה יכול פשוט להשתמש במזרק גדול (60 מ ל/גרם). רק ספר את מספר שחרור מי הסיפון

W = (נפח מזרק במ מ)/(מספר שחרור מי הסיפון)

עדכן את אפליקציית python עם ערך ה- R החדש.

סיפון הפעמון (העיצוב שלי) לוקח כשניה לשחרור כל המים. ככלל אצבע, גם מים שנכנסים לסיפון במהלך השחרור ישוחררו. זה יכול להשפיע על הליניאריות של המדידות, במהלך גשם כבד. מודל סטטיסטי טוב יותר עשוי לשפר את האומדנים.

שלב 6: עבור לשדה

שים את סיפון הפעמון והמשפך שלך במארז מתאים. השתמשתי בצינור PVC 110 מ מ. כמו כן וודא שהפי פטל המחובר שלך נמצא במעטפת עמידה למים. ה- PI שלי מופעל באמצעות בנק חשמל למטרות הדגמה, אך יש להשתמש באספקת חשמל חיצונית מתאימה או במערכת סולארית.

השתמשתי ב- VNC כדי להתחבר ל- PI באמצעות הטאבלט שלי. המשמעות היא שאני יכול לעקוב אחר גשמים בהתקנה שלי מכל מקום.

צור גשם מלאכותי וראה כיצד החיישן מתפקד.

שלב 7: פתרון בעיות

1) בעיה: אם אני סופר את מהדורות הסיפון באפליקציית הפייתון, האפליקציה סופרת מהדורות נוספות.

עצה: הגששים שלך בסיפון הפעמון עשויים להיות לסגירה וטיפת מים תקועה ביניהם.

2) בעיה: מים מטפטפים דרך הסיפון.

עצה: זוהי טעות בעיצוב. שפר את העיצוב. רדיוס יציאת הסיפון כנראה גדול. קצת עזרה של מדען עשויה לעזור. אם עיצבת סיפון פעמון משלך, נסה את זה שסיפקתי. ניתן גם לחבר צינור מיכל דגים קצר (15 ס"מ) לשקע הסיפון כדי לשפר את "כוח הגרירה" של השחרור.

3) בעיה: בדיקות לא קולטות את כל מהדורות הסיפון.

עצה: נקו את הגששים בעזרת מקל אוזניים. בדוק את כל חיבורי הכבלים. ייתכן שיש דבק על הגששים שלך. הסר אותו עם קובץ דיוק עדין.

4) בעיה: שחרורי הסיפון שלי כולם נספרים נכון, אך אומדן הגשמים אינו נכון.

עצה: עליך לכייל מחדש את החיישן שלך. אם יש לך לפי הערכות r (כמות הגשמים לכל פעולת סיפוח) צריכה להיות מוגברת.

שלב 8: שיפורים עתידיים ובדיקה

1. לוח זהב את הגששים (מכונות כביסה). זה יעזור שוב לקורוזיה אפשרית.
2. החלף את הגששים עם דיודת לייזר ונגד צילום.
3. שפר את מודל ההערכה. המודל הליניארי הפשוט לא יתאים בגשם כבד.
4. ניתן להוסיף עוד סיפון בל גדול מתחת (ביציאה) של הראשון למדידת גשם בצפיפות גבוהה.
5. עבור ממשק משתמש, אני מציע ל- Caynne IOT.

הערה: שיפור משמעותי מתפרסם. עיין במד הגשם של PiSiphon