Bell Siphon Rain Gauge: 8 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:13

Ang isang pinahusay na bersyon nito ay ang PiSiphon Rain Gauge

Ayon sa kaugalian, ang ulan ay sinusukat sa isang manu-manong gauge ng ulan.

Ang mga awtomatikong istasyon ng panahon (kabilang ang mga istasyon ng panahon ng IoT) ay karaniwang gumagamit ng mga tipping bucket, acoustic disdrometers o laser disdrometers.

Ang mga baluktot na timba ay may mga gumagalaw na bahagi na maaaring barado. Naka-calibrate ang mga ito sa mga lab at maaaring hindi sukatin nang tama sa malalakas na bagyo ng ulan. Ang mga detometro ay maaaring magpumilit na kunin ang maliliit na patak o pag-ulan mula sa niyebe o ambon. Kinakailangan din ng mga disdrometro ang mga kumplikadong electronics at pagproseso ng mga algorithm upang tantyahin ang mga laki ng drop at upang makilala sa pagitan ng ulan, niyebe at ng ulan ng yelo.

Naisip ko na ang isang sukatan ng Bell Siphon Rain ay maaaring maging kapaki-pakinabang upang mapagtagumpayan ang ilan sa mga isyu sa itaas. Ang Bell Siphon ay madaling mai-print sa isang normal na FDM 3d Printer (Ang murang mga may extruders, tulad ng RipRaps at Prusas).

Ang Bell Siphons ay madalas na ginagamit sa mga aquaponics at tanke ng isda upang awtomatikong walang laman ang mga tanke kapag ang antas ng tubig ay umabot sa isang tiyak na taas. Ang mga natural na puwersa lamang ang ginagamit upang alisan ng laman ang tangke na medyo mabilis. Ang Siphon ay walang mga gumagalaw na bahagi.

Ang sukat ng ulan ng sip siphon ay naglalaman ng dalawang mga probe na konektado malapit sa bawat isa (ngunit hindi nakikipag-ugnay sa bawat isa) sa outlet ng bell siphon. Ang iba pang mga dulo ng mga probe ay konektado sa mga GPIO pin ng raspberry pi. Ang isang pin ay magiging isang output pin, ang iba pang pin ay isang input pin. Kapag ang sukat ng ulan ay naglalaman ng isang tiyak na dami ng tubig, ang mga likas na puwersa ay alisan ng laman ang gauge. Dadaloy ng tubig ang mga probe sa bell siphon outlet at isang mataas ang ipaparehistro sa GPIO input pin. Ang pagkilos na ito ng siphoning ay magtatala ng humigit-kumulang na 2.95 gramo (ml) gamit ang disenyo ng aking sip siphon. Ang 2.8 gramo ng tubig ay magiging katumbas ng +/- 0.21676 mm ulan kung gagamitin ang aking sukat ng ulan na may diameter ng funnel na 129 mm. Matapos ang bawat pagkilos na siphoning (kaganapan sa paglabas ng tubig) ang input pin ay magiging output at ang output ay magiging isang input upang maiwasan ang posibleng electrolysis.

Ang aking layunin ng proyektong ito ay upang magbigay ng isang sensor na maaaring magamit ng mga tinkerer upang i-attach upang buksan ang mga istasyon ng panahon ng hardware. Ang sensor na ito ay nasubok sa isang raspberry pi, ngunit ang iba pang mga microcontroller ay dapat ding gumana.

Upang magkaroon ng isang mas mahusay na pag-unawa sa mga sip sipons, panoorin ito

Hakbang 1: Ano ang Kakailanganin Mo

1. Isang raspberry pi.
2. 3D Printer- (Upang mai-print ang kampanilya Siphon. Ibibigay ko ang aking disenyo. Maaari mo rin itong dalhin sa isang serbisyo sa pag-print)
3. Old rain gauge funnel (O maaari kang mag-print ng isa. Ibibigay ko ang aking disenyo.)
4. 2 X Washers bilang mga probe (5x25x1.5 mm para sa aking disenyo)
5. Breadboard (opsyonal para sa pagsubok).
6. Ang ilang mga Kasanayan sa Python ay tutulong, ngunit ang lahat ng code ay ibinigay.
7. Isang elektronikong sukat sa pagmultahin ang pag-calibrate. Maaari ring magamit ang isang malaking Syringe (60ml).
8. Hindi tinatagusan ng tubig na pambalot para sa raspberry pi.
9. Super pandikit
10. 2 Alligator jumper at 2 lalaki hanggang babaeng jumper
11. 110mm PVC pipe, +/- 40 cm ang haba

Hakbang 2: DESIGN AT I-PRINT ANG BELL SIPHON

Ikabit ang aking disenyo sa Autocad123D at STL format. Maaari kang maglaro kasama ang disenyo, ngunit ang pagbabago ng disenyo ay maaaring lumikha ng isang tumutulo at hindi gumaganang bell siphon. Ang minahan ay naka-print sa isang XYZ DaVinci AIO. Ang mga suporta ay kasama na sa disenyo, kaya't maaaring hindi kailangan ng mga karagdagang suporta. Pinili ko ang makapal na mga shell, 90% infill, 0.2mm na antas na mataas. Ginamit ang ABS Filament dahil ang PLA ay magpapasama sa labas. Matapos i-print ang funnel, maglagay ng spray ng acrylic dito upang maprotektahan ito mula sa mga elemento. Panatilihin ang acrylic spray na malayo sa loob ng bell siphon dahil ang spray ay maaaring hadlangan ang daloy ng tubig sa siphon. Huwag bigyan ang siphon ng isang acetone bath

Hindi ko pa nasubukan ang mga resin printer. Kung gumagamit ka ng dagta, kailangan mong protektahan ang dagta mula sa araw upang maiwasan ang maling anyo ng siphon.

(Ang disenyo na ito ay isang pagpapabuti ng orihinal: Petsa ng Bersyon 27 Hunyo 2019)

Hakbang 3: Pagpupulong sa Siphon

Pag-aralan ang mga nakakabit na imahe. Gumamit ng sobrang pandikit upang magkasama ang lahat ng mga item. Tandaan na ang sobrang pandikit ay hindi kondaktibo at lahat ng iyong mga contact point ay dapat manatiling malinaw sa sobrang pandikit. Gumamit ako ng mga jumper ng buaya upang ikonekta ang mga probe (washer) sa mga lalaki sa mga babaeng jumper sa aking raspberry pi. Ang isang probe ay dapat na konektado sa GPIO 20, ang isa pa sa 21. Walang kinakailangang resistors sa circuit na ito. Subukang gawing masikip ang tubig ng probe kapag ginamit mo ang superglue. Maaari ring makatulong ang silicon gel.

Huwag pang takpan ang iyong siphon sa 110mm PVC tubo pa, dapat muna itong masubukan.

Hakbang 4: Pagsubok sa Probe

Lumikha ng isang file na "rain_log.txt" sa iyong direktoryo kung saan mo nais i-save ang iyong python code.

Buksan ang iyong paboritong python IDE at i-type ang sumusunod na code dito. I-save ito bilang siphon_rain_gauge2.py. Patakbuhin ang code ng sawa. Magdagdag ng ilang artipisyal na ulan sa iyong funnel. Tiyaking mayroong isa at isang bilang lamang, sa tuwing naglalabas ng tubig ang siphon. Kung mali ang binibilang ng Siphon, tingnan ang seksyon ng pag-troubleshoot.

# Bell-Siphon Rain Gauge

#Nagpaunlad ng pag-print ni JJ Slabbert ("Ang sukat ng ulan ng Bell Siphon ay naghihintay para sa ilang mga patak …") import gpiozero import time r = 0.21676 #Ito ang naka-calibrate na pag-ulan sa bawat siphon na aksyon ng paglabas. t = 0 #Total Rainfall f = open ("rain_log.txt", "a +") n = 0 habang Totoo: #After each siphoning, pin 20, 21 dapat kahalili upang maiwasan ang posibleng electrolysis kung n / 2 == int (n): siphon = gpiozero. Button (21, Mali) output = gpiozero. LED (20) output. sa () iba pa: siphon = gpiozero. Button (20, Mali) output = gpiozero. LED (21) output. sa () siphon.wait_for_press () n = n + 1 t = t + r localtime = time.asctime (time.localtime (time.time ())) print ("Kabuuang pagbagsak ng ulan:" + str (float (t)) + " mm "+ localtime) f.write (str (t) +", "+ localtime +" / n ") siphon.close () output.close () time.s Sleep (1.5)

Hakbang 5: Mga KALkula at kalkulasyon

Bakit sinusukat ang ulan bilang isang Distansya? Ano ang ibig sabihin ng 1 millimeter na ulan? Kung mayroon kang isang kubo na 1000mm X 1000mm X 1000mm o 1m X 1m X 1m, ang kubo ay magkakaroon ng lalim na 1 mm na tubig ng ulan kung naiwan mo ito sa labas kapag umulan. Kung alisan mo ng ulan ang isang ito sa isang 1 Litter na bote, pupunuin nito ang bote ng 100% at ang tubig ay susukat din ng 1kg. Ang iba`t ibang mga gauge ng ulan ay may iba't ibang mga lugar ng catchment.

Gayundin, ang 1 gramo ng tubig ay maginoo 1 ML.

Kung gagamitin mo ang aking mga disenyo bilang nakakabit, maaaring hindi kinakailangan ang pagkakalibrate.

Upang mai-calibrate ang iyong gauge ng ulan, maaari kang gumamit ng 2 pamamaraan. Para sa parehong pamamaraan, gamitin ang attach na python (nakaraang hakbang) na app upang mabilang ang mga paglabas (mga pagkilos na siphoning). Tiyaking mayroong isa at isang bilang lamang, sa tuwing naglalabas ng tubig ang siphon. Kung mali ang binibilang ng Siphon, tingnan ang seksyon ng pag-troubleshoot

Una sa Paraan: Gumamit ng isang mayroon nang (control) gauge ng ulan

Upang gumana ang pamamaraang ito, ang iyong bell siphon funnel ay dapat na kapareho ng lugar sa control gauge ng ulan. Lumikha ng artipisyal na ulan sa iyong siphon funnel at bilangin ang bilang ng mga paglabas gamit ang sawa. Kolektahin ang lahat ng paglabas ng tubig sa pamamagitan ng siphon. sa iyong control gauge ng ulan. Matapos ang humigit-kumulang na 50 na paglabas (mga aksyon sa Siphoning), sukatin ang ulan sa control rain gauge

Hayaan ang R ang average na pag-ulan sa mm bawat pagkilos na hithit

R = (Kabuuang Pag-ulan sa control gauge) / (Bilang ng mga pagkilos na siphoning)

Pangalawa na Paraan: Timbangin ang iyong pag-ulan (Kakailanganin mo ng isang Electronic Scale)

Hayaan ang R ang average na pag-ulan sa mm bawat siphoning na aksyon

Hayaang W ang bigat ng tubig bawat pagkilos na hithit sa gramo o ml

Hayaan ang A na maging lugar ng catchment ng funnel

R = (Wx1000) / A

Para sa pagkakalibrate, gumamit ng isang hiringgilya upang mag-iniksyon ng tubig nang dahan-dahan sa sip sip. Sakupin ang tubig sa isang baso na may kilalang timbang. Magpatuloy na mag-iniksyon ng tubig hanggang sa maubos ng siphon ang sarili nang hindi bababa sa 50 beses. Timbangin ang tubig sa baso. Kalkulahin ang average na timbang (W) ng tubig na inilabas sa tuwing naglalabas ang tubig ng siphon. Para sa aking disenyo ay tungkol sa 2.95 gramo (ml). Para sa aking funnel na may diameter na 129mm at radius 64.5 mm

A = pi * (64.5) ^ 2 = 13609.8108371

R = (2.95 * 1000) /13609.8108371

R = 0.21676

Kung wala kang isang elektronikong sukat, maaari mo lamang gamitin ang isang malaking (60 ml / gramo) na hiringgilya. Bilangin lamang ang bilang ng mga paglabas ng tubig na siphon

W = (Dami ng syringe sa mm) / (Bilang ng paglabas ng tubig na siphon)

I-update ang python app gamit ang bagong halaga ng R.

Ang Bell Siphon (Aking disenyo) ay tumatagal ng halos 1 segundo upang mailabas ang lahat ng tubig. Bilang panuntunan sa hinlalaki, ang tubig na pumapasok sa siphon sa panahon ng paglabas ay ilalabas din. Maaari itong makaapekto sa linearity ng mga sukat, sa panahon ng malakas na ulan. Ang isang mas mahusay na modelo ng istatistika ay maaaring mapabuti ang mga pagtatantya.

Hakbang 6: Pumunta sa Patlang

Ilagay ang iyong Assembled bell siphon at funnel sa angkop na pambalot. Gumamit ako ng 110 mm PVC pipe. Siguraduhin din na ang iyong konektadong raspberry pi ay nasa waterproofing casing. Ang aking PI ay pinalakas ng isang power bank para sa demo na layunin, ngunit dapat gamitin ang wastong panlabas na supply ng kuryente o solar system.

Ginamit ko ang VNC upang kumonekta sa PI sa pamamagitan ng aking tablet. Nangangahulugan ito na maaari kong subaybayan ang pag-ulan sa aking pag-install mula saanman.

Lumikha ng artipisyal na ulan at tingnan kung paano gumagana ang sensor.

Hakbang 7: Pag-troubleshoot

1) Suliranin: Kung bibilangin ko ang pinakawalan ng siphon sa app ng sawa, binibilang ng app ang labis na paglabas.

Payo: Ang iyong mga probe sa bell siphon ay maaaring isara at ang isang patak ng tubig ay naipit sa pagitan nila.

2) Suliranin: Ang tubig ay tumutulo sa pamamagitan ng Siphon.

Payo: Ito ay isang error sa disenyo. Pagbutihin ang disenyo. Ang Siphon outlet radius ay marahil sa malaki. Ang ilang tulong mula sa siyentista ay maaaring makatulong. Kung nagdisenyo ka ng iyong sariling bell siphon, subukan ang ibinigay ko. Maaari mo ring ikabit ang isang maikling (15 cm) tubo ng tanke ng isda sa outlet ng siphon upang mapabuti ang "puwersa ng drag" ng paglabas.

3) Suliranin: Hindi kinukuha ng mga probe ang lahat ng paglabas ng siphon.

Payo: Linisin ang iyong mga probe gamit ang isang stick sa tainga. Suriin ang lahat ng mga koneksyon sa cable. Maaaring may pandikit sa iyong mga probe. alisin ito sa isang pinong katumpakan na file.

4) Suliranin: Ang aking paglabas ng siphon ay binibilang nang tama, ngunit ang pagtantya ng ulan ay mali.

Payo: Kailangan mong i-calibrate muli ang iyong sensor. Kung mayroon kang sa ilalim ng mga pagtatantya r (ulan bawat siphoning aksyon) kailangang dagdagan.

Hakbang 8: Mga Pagpapabuti at Pagsubok sa Hinaharap

1. Gintong Plato ang mga probe (washers). Makatutulong muli ito sa posibleng kaagnasan.
2. Palitan ang mga probe ng isang laser diode at isang resistor ng larawan.
3. Pagbutihin ang modelo ng pagtatantiya. Ang simpleng linear na modelo ay maaaring hindi angkop sa malakas na ulan.
4. Ang isang pangalawang mas malaking Bell Siphon ay maaaring maidagdag sa ilalim (sa outlet) ng una upang masukat ang mataas na density ng ulan.
5. Para sa isang GUI, iminumungkahi ko kay Caynne IOT.

Tandaan: Ang isang pangunahing pagpapabuti ay nai-publish. Tingnan ang PiSiphon Rain Gauge