Gauge ng Ultrasonic Rain: Raspebbery Pi Open Weather Station: Bahagi 1: 6 Mga Hakbang

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

Magagamit ang komersyal na IoT (Internet Of Things) Ang mga istasyon ng panahon ay mahal at hindi magagamit tuwing saan (Tulad ng sa South Africa). Tumatama sa amin ang matinding kondisyon ng panahon. Nararanasan ito ng SA ng pinakamahirap na tagtuyot sa mga dekada, umiinit ang mundo at nagpupumilit ang mga magsasaka upang makagawa ng kumikitang, nang walang teknikal o pinansiyal na suporta ng gobyerno para sa mga komersiyal na magsasaka.

Mayroong ilang mga istasyon ng panahon ng Raspberry Pi sa paligid, tulad ng itinatayo ng Raspberry Pi Foundation para sa mga paaralan ng UK, hindi ito magagamit para sa pangkalahatang publiko. Maraming mga naaangkop na sensor na umiiral, ilang analog, ilang digital, ilang solidong estado, ang ilan ay may gumagalaw na mga bahagi at ilang mga mamahaling sensor tulad ng ultrasonic anemometers (bilis at direksyon ng hangin)

Napagpasyahan kong magtayo ng isang bukas na mapagkukunan, bukas na hardware Weather Station, na may mga bahagi na pangkalahatang magagamit sa South Africa ay maaaring maging isang napaka kapaki-pakinabang na proyekto at magkakaroon ako ng maraming kasiyahan (at mapaghamong sakit ng ulo).

Nagpasya akong magsimula sa isang solidong estado (walang gumagalaw na mga bahagi) na sukat ng ulan. Ang tradisyonal na tipping bucket ay hindi napahanga sa akin sa yugtong iyon (kahit na naisip na hindi ko na ginagamit ang isa noon). Kaya, naisip ko, ang ulan ay tubig at ang tubig ay nagsasagawa ng kuryente. Maraming mga analog resistive sensor kung saan bumababa ang paglaban kapag ang sensor ay nakikipag-ugnay sa tubig. Akala ko ito ay magiging isang perpektong solusyon. Sa kasamaang palad ang mga sensor ay nagdurusa mula sa lahat ng mga uri ng mga anomalya tulad ng electrolysis at deoxidation at ang mga pagbabasa mula sa mga sensor ay hindi maaasahan. Bumubuo pa ako ng aking sariling mga probe na hindi kinakalawang na asero at isang maliit na circuit board na may mga relay upang lumikha ng alternating direktang kasalukuyang (pare-pareho ang 5 volt, ngunit pagpapalit ng positibo at negatibong mga poste) upang maalis ang electrolysis, ngunit ang mga pagbabasa ay hindi pa rin matatag.

Ang aking pinakabagong pagpipilian ay sensor ng Ultrasonic Sound. Ang sensor na ito ay konektado sa tuktok ng gauge, maaaring sukatin ang distansya sa antas ng tubig. Nagulat ako na ang mga sensor na ito ay napaka-tumpak at napakamura (Mas mababa sa 50 ZAR o 4 USD)

Hakbang 1: Mga Bahaging Kailangan (Hakbang 1)

Kakailanganin mo ang sumusunod

1) 1 Raspberry Pi (Anumang modelo, gumagamit ako ng isang Pi 3)

2) 1 Bread Bord

3) Ang ilang mga jumper cable

4) Ang isang resistensya ng Ohms at isang dalawa (o 2.2) Ohm risistor

5) Isang matandang mahabang tasa upang maiimbak ang ulan. Nag-print ako ng aking (magagamit ang soft copy)

6) Isang lumang manu-manong gauge ng ulan na kumukuha ng bahagi (O maaari mong idisenyo ang iyong sarili at i-print ito)

7) Pagsukat ng kagamitan upang sukatin ang mga mililitro o isang sukatan sa bigat na tubig

8) Ang HC-SR04 Ultrasonic Sensor (maaaring makuha sila ng South Africa mula sa Communica)

Hakbang 2: Pagbuo ng Iyong Circuit (Hakbang 2)

Natagpuan ko ang ilang kapaki-pakinabang na patnubay upang matulungan akong mabuo ang circuit at isulat ang mga script ng python para sa proyektong ito. Kinakalkula ng scrip na ito ang mga distansya at gagamitin mo ito upang makalkula ang distansya sa pagitan ng sensor na naka-mount sa tuktok ng iyong tanke ng gauge at antas ng tubig

Maaari mo itong makita dito:

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

Pag-aralan ito, buuin ang iyong circuit, ikonekta ito sa iyong pi at maglaro kasama ang code ng sawa. Siguraduhin na nabuo mo ang boltahe divider tama. Gumamit ako ng isang resistor na 2.2 ohms sa pagitan ng GPIO 24 at GND.

Hakbang 3: Buuin ang Iyong Pagsukat (Hakbang 3)

Maaari mong i-print ang iyong gauge, gumamit ng isang mayroon nang gauge o tasa. Ang sensor ng HC-SR04 ay ikakabit sa tuktok ng iyong pangunahing tangke ng gauge. Mahalagang tiyakin na mananatili itong tuyo sa lahat ng oras.

Mahalagang maunawaan ang anggulo ng pagsukat ng iyong HC-SR04 sensor. Hindi mo ito maikakabit sa tuktok ng isang form na kono na tradisyonal na mga gauge ng ulan. Ako ay normal na cylindrical cup na gagawin. Tiyaking sapat ang lapad nito para sa isang tamang alon ng tunog upang bumaba sa ilalim. Sa palagay ko magagawa ang isang 75 x 300 mm PVC pipe. Upang masubukan kung ang signal ay dumadaan sa iyong silindro at bounce back nang maayos, sukatin ang distansya mula sa censor hanggang sa ilalim ng iyong silindro na may isang pinuno, ihambing ang pagsukat na iyon sa distansya na makukuha mula sa sensor TOF (Oras ng paglipad) tinatayang distansya hanggang sa ilalim.

Hakbang 4: Mga Pagkalkula at Pagkakalibrate (Hakbang 4)

Ano ang ibig sabihin ng 1 millimeter na ulan? Ang ibig sabihin ng isang mm na pag-ulan ay 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 tubig ulan kung iniwan mo ito sa labas kapag umulan. Kung alisan mo ang ulan sa isang bote na 1 Litros, 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. Kung ang iyong lugar ng catchment ng iyong gauge ay 1m X 1m madali ito.

Gayundin, ang 1 gramo ng tubig ay maginoo 1 ML

Upang makalkula ang iyong pag-ulan sa mm mula sa iyong sukat maaari mong gawin ang mga sumusunod pagkatapos na timbangin ang tubig ng ulan:

Ang W ay ang bigat ng ulan sa gramo o mililiter

Ang A ay ang iyong lugar ng catchment sa square mm

Ang R ay ang iyong kabuuang pag-ulan sa mm

R = W x [(1000 x 1000) / A]

Mayroong dalawang mga posibilidad sa paggamit ng HC-SR04 upang tantyahin ang W (Kailangan mo ng W upang Kalkulahin ang R).

Paraan 1: Gumamit ng payak na Physics

Sukatin ang distansya mula sa HC-SR hanggang sa ilalim ng iyong sukat (Ginagawa mo rin ito sa isang nakaraang hakbang) gamit ang sensor gamit ang mga kalkulasyon ng TOF (Oras ng Paglipad) sa script ng sawa mula sa https://www.modmypi. com / blog / hc-sr04-ultrasonic-range-sensor-on-the-raspberry-pi Tawagin ang CD na Ito (Lalim ng Cylinder)

Sukatin ang lugar sa loob ng ilalim ng iyong silindro sa anumang naaangkop sa square mm. Tumawag sa IA na ito.

Ngayon magtapon ng 2 ML na tubig (o anumang naaangkop na dami) sa iyong silindro. Gamit ang aming sensor, tantyahin ang distansya sa bagong antas ng tubig sa mm, Cal ang Dist_To_Water na ito).

Ang lalim ng Tubig (WD) sa mm ay:

WD = CD - Dist_To_Water (O Cylinder Lalim Minus ang Distansya mula sa censor hanggang sa antas ng tubig)

Hindi ang tinatayang Timbang ng tubig ay

W = WD x IA sa ml o gramo (Tandaan ang 1 ML na bigat ng tubig na 1 gramo)

Ngayon matantya mo ang Rainfall (R) sa mm na may W x [(1000 x 1000) / A] tulad ng naipaliwanag dati.

Paraan 2: I-calibrate ang iyong metro sa Mga Istatistika

Dahil ang HC-SR04 ay hindi perpekto (maaaring makakuha ng mga error), tila ito ay hindi bababa sa pare-pareho sa pagsukat kung ang iyong silindro ay angkop.

Bumuo ng isang linear na modelo na may mga pagbabasa ng sensor (o distansya ng sensor) bilang umaasa na variable at na-injected na timbang ng tubig bilang dependant variable.

Hakbang 5: Software (Hakbang 5)

Ang software para sa proyektong ito ay nasa pagpapaunlad pa rin.

Ang mga script ng python sa https://www.modmypi.com/blog/hc-sr04-ultrasonic-range-sensor-on-the-raspberry-pi ay dapat gamitin.

Ang paglakip ay ilang kapaki-pakinabang na mga application ng sawa (Pangkalahatang Lisensya ng Publiko) na binuo ko mismo.

Plano kong bumuo ng isang web interface para sa kumpletong istasyon ng panahon sa paglaon. Ang paglakip ay ilan sa aking mga programa na ginamit upang i-calibrate ang metro at gawin ang mga pagbabasa ng sensor

Gamitin ang attach na script ng pagkakalibrate upang i-calibrate ang gauge ayon sa istatistika. I-import ang data sa isang spreadsheet upang pag-aralan.

Hakbang 6: Gagawin Pa (Hakbang 6)

Kailangan ng isang balbula ng Solenoid upang maibawas ang tangke kapag puno (Malapit sa sensor)

Ang mga unang ilang patak ng ulan ay hindi palaging nasusukat nang tama, lalo na kung ang gauge ay hindi maayos na na-level. Nasa proseso ako ng pagbuo ng isang disdro meter upang makuha nang tama ang pagbagsak na ito. Ang disdro aking kinabukasan sa susunod.

Mag-ad ng pangalawang ultrasonic sensor upang masukat ang epekto ng temp sa TOF. Malapit na akong mag-post ng isang update tungkol dito.

Natagpuan ko ang sumusunod na mapagkukunan na maaaring makatulong

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- Rain-Gauge.pdf