מד גשם אולטראסוני: Raspebbery Pi תחנת מזג אוויר פתוחה: חלק 1: 6 שלבים

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

תחנות מזג אוויר זולות מסחריות זמינות (Internet Of Things) יוקרתיות ואינן זמינות בכל מקום (כמו בדרום אפריקה). תנאי מזג אוויר קיצוניים פוגעים בנו. SA חווה את הבצורת הקשה ביותר מזה עשרות שנים, כדור הארץ מתחמם והחקלאים נאבקים לייצר רווחים, ללא תמיכה טכנית או כספית של הממשלה בחקלאים מסחריים.

יש כמה תחנות מזג אוויר של Raspberry Pi בסביבה, כמו זו שקרן הקרן Raspberry Pi בונה לבתי ספר בבריטניה, אך היא אינה זמינה לציבור הרחב. קיימים הרבה חיישנים מתאימים, חלקם אנלוגיים, חלקם דיגיטליים, חלקם במצב מוצק, חלקם עם חלקים נעים וחלקם חיישנים יקרים מאוד כמו מד -מד קולי (מהירות הרוח וכיוון)

החלטתי לבנות קוד פתוח, תחנת מזג אוויר פתוחה לחומרה, עם חלקים כלליים בדרום אפריקה עשוי להיות פרוייקט שימושי מאוד ויהיה לי הרבה כיף (וכאבי ראש מאתגרים).

החלטתי להתחיל במד גשם במצב מוצק (ללא חלקים נעים). דלי הטיפ המסורתי לא הרשים אותי בשלב זה (אפילו חשבתי שמעולם לא השתמשתי באחד אז). אז, חשבתי, גשם הוא מים ומים מוליכים חשמל. ישנם חיישני התנגדות אנלוגיים רבים בהם ההתנגדות יורדת כאשר החיישן בא במגע עם מים. חשבתי שזה יהיה פתרון מושלם. לרוע המזל אותם חיישנים סובלים מכל מיני חריגות כמו אלקטרוליזה ודה -חמצון והקריאות מהחיישנים האלה לא היו מהימנות. אני אפילו בונה בדיקות נירוסטה משלי ולוח מעגלים קטן עם ממסרים ליצירת זרם ישיר לסירוגין (5 וולט קבוע, אך לסירוגין את הקטבים החיוביים והשליליים) לחיסול האלקטרוליזה, אך הקריאות עדיין לא היו יציבות.

הבחירה האחרונה שלי היא חיישן סאונד קולי. חיישן זה המחובר לחלק העליון של המד, יכול למדוד את המרחק למפלס המים. להפתעתי חיישנים אלה היו מאוד מדויקים וזולים מאוד (פחות מ 50 ZAR או 4 USD)

שלב 1: חלקים הדרושים (שלב 1)

תזדקק לדברים הבאים

1) 1 פטל פטל (כל דגם, אני משתמש ב- Pi 3)

2) 1 לוח לחם

3) כמה כבלי מגשר

4) נגד אחד אוהם ונגד שני (או 2.2) אוהם

5) כוס ארוכה ישנה לאחסון הגשם. הדפסתי את שלי (יש עותק רך)

6) חלק ישן מד גשם ללכוד חלק (או שאתה יכול לעצב משלך ולהדפיס אותו)

7) ציוד מדידה למדידת מיליליטר או סולם למשקל מים

8) חיישן האולטרסאונד HC-SR04 (דרום אפריקאים יכולים להשיג אותם מקומוניקה)

שלב 2: בניית המעגל שלך (שלב 2)

מצאתי מדריך שימושי מאוד שיעזור לי לבנות את המעגל ולכתיבת סקריפטים של פייתון לפרויקט זה. סקריפט זה מחשב מרחקים ותשתמש בו כדי לחשב את המרחק בין החיישן המותקן בחלק העליון של מיכל המד שלך לבין מפלס המים.

אתה יכול למצוא אותו כאן:

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

למד אותו, בנה את המעגל שלך, חבר אותו ל- pi שלך ושחק עם קוד הפיתון. הקפד לבנות את מחלק המתח נכון. השתמשתי בנגד של 2.2 אוהם בין GPIO 24 ל- GND.

שלב 3: בנה את המד שלך (שלב 3)

אתה יכול להדפיס את המד שלך, להשתמש במד או בכוס קיימים. חיישן HC-SR04 יוצמד לחלק העליון של המיכל הראשי של המד שלך. חשוב לוודא שהוא יישאר יבש בכל עת.

חשוב להבין את זווית המדידה של חיישן HC-SR04 שלך. אתה לא יכול לצרף אותו לחלק העליון של חרוט בצורת מדי גשם מסורתיים. כוס גלילית רגילה תעשה. וודא שהוא רחב מספיק כדי שגל קול תקין ירד לתחתית. אני חושב שצינור PVC בגודל 75 על 300 מ מ יעשה זאת. כדי לבדוק אם האות עובר דרך הצילינדר שלך ולחזור כמו שצריך, מדוד את המרחק מהצנזור לתחתית הצילינדר בעזרת סרגל, השווה את המדידה הזו למרחק שאתה מקבל מהחיישן TOF (זמן טיסה) המרחק המשוער. לתחתית.

שלב 4: חישובים וכיול (שלב 4)

מה המשמעות של גשם של מילימטר אחד? גשם מ"מ אחד אומר שאם הייתה לך קובייה של 1000 מ"מ X 1000 מ"מ X 1000 מ"מ או 1 מ"מ X 1 מ"מ X 1 מ ', לקוביה יהיה עומק של 1 מ"מ מי גשמים אם השארת אותה בחוץ כשיורד גשם. אם תרוקן את הגשם הזה בבקבוק של 1 ליטר, הוא ימלא את הבקבוק 100 % והמים גם ימדדו 1 ק"ג. למדדי גשם שונים יש אזורים שונים. אם אזור התחום שלך במד שלך היה 1 מ 'X 1 מ' זה קל.

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

כדי לחשב את כמות המשקעים שלך במ מ ממדך, תוכל לבצע את הפעולות הבאות לאחר שקלול מי הגשם:

W הוא משקל הגשמים בגרמים או מיליליטר

A הוא אזור התחום שלך במ מ רבוע

R הוא כמות המשקעים הכוללת שלך ב- mm

R = רוחב x [(1000 x 1000)/A]

ישנן שתי אפשרויות בשימוש ב- HC-SR04 להערכת W (אתה צריך W לחישוב R).

שיטה 1: השתמש בפיזיקה רגילה

מדוד את המרחק מה- HC-SR לתחתית המד שלך (עשית זאת גם בשלב קודם) בעזרת החיישן באמצעות חישובי TOF (זמן טיסה) בתסריט הפייתון מ- https://www.modmypi. com/blog/hc-sr04-ultrasonic-range-sensor-on-the-raspberry-pi Call this CD (עומק גליל)

מדוד את שטח החלק התחתון של החלק התחתון של הגליל שלך עם כל דבר שמתאים במ מ רבוע. תקרא לזה IA.

עכשיו זרוק 2 מ"ל מים (או כל כמות מתאימה) לצילינדר שלך. בעזרת החיישן שלנו, הערך את המרחק למפלס המים החדש במ"מ, Cal this Dist_To_Water).

עומק המים (WD) במ מ הוא:

WD = CD - Dist_To_Water (או עומק הצילינדר מינוס המרחק מהצנזור למפלס המים)

לא המשקל המשוער של המים הוא

W = WD x IA במ"ל או גרם (זכור 1 מ"ל משקולות מים 1 גרם)

כעת תוכל להעריך את כמות הגשמים (R) במ"מ עם רוחב x [(1000 x 1000)/A] כפי שהוסבר קודם לכן.

שיטה 2: כייל את המד שלך באמצעות סטטיסטיקה

מכיוון שה- HC-SR04 אינו מושלם (יתכנו שגיאות), נראה שהוא לפחות קבוע במדידה אם הצילינדר שלך מתאים.

בנה מודל לינארי עם קריאות חיישן (או מרחקים של חיישן) כמשתנה תלוי ומשקולות מים שהוזרקו כמשתנה תלוי.

שלב 5: תוכנה (שלב 5)

תוכנות לפרויקט זה עדיין בפיתוח.

סקריפטים של פייתון בכתובת https://www.modmypi.com/blog/hc-sr04-ultrasonic-range-sensor-on-the-raspberry-pi צריכים להיות שמישים.

צרף הוא כמה יישומי פייתון שימושיים (רישיון ציבורי כללי) שפותח על ידי עצמי.

אני מתכוון לפתח ממשק אינטרנט לתחנת מזג האוויר השלמה מאוחר יותר. צרף היא חלק מהתוכניות שלי המשמשות לכיול המונה וביצוע קריאות חיישנים

השתמש בסקריפט הכיול המצורף כדי לכייל את המד באופן סטטיסטי. ייבא את הנתונים בגיליון אלקטרוני לניתוח.

שלב 6: עדיין יש לעשות (שלב 6)

יש צורך בשסתום סולנואיד כדי לרוקן את המיכל כשהוא מלא (קרוב לחיישן)

טיפות הגשם הראשונות לא תמיד נמדדות כראוי, במיוחד אם המד לא מפולס כראוי. אני נמצא בתהליך של פיתוח מד disdro כדי ללכוד את הטיפות האלה בצורה נכונה. הזלזול עתידי הבא.

פרסם חיישן אולטרסאונד שני למדידת השפעת הטמפ 'על ה- TOF. בקרוב אפרסם עדכון בנושא.

מצאתי את המשאב הבא שיכול לסייע

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- מד גשם. Pdf