เครื่องวัดปริมาณน้ำฝน PiSiphon (ต้นแบบ): 4 Steps

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

โครงการนี้เป็นการปรับปรุงเครื่องวัดปริมาณน้ำฝนของเบลล์กาลักน้ำ มันแม่นยำกว่าและกาลักน้ำที่รั่วน่าจะเป็นสิ่งที่มาจากอดีต

ตามเนื้อผ้าวัดปริมาณน้ำฝนด้วยมาตรวัดปริมาณน้ำฝนแบบแมนนวล

สถานีตรวจอากาศอัตโนมัติ (รวมถึงสถานีตรวจอากาศ IoT) มักใช้ถังให้ทิป, เครื่องวัดการกระจายเสียง (Distribution of Drops) หรือเลเซอร์ disdrometers

ถังให้ทิปมีส่วนที่เคลื่อนที่ได้ซึ่งอุดตันได้ มีการสอบเทียบในห้องปฏิบัติการและอาจวัดได้ไม่ถูกต้องในพายุฝนที่ตกหนัก Disdrometers อาจมีปัญหาในการหยิบหยดเล็ก ๆ หรือการตกตะกอนจากหิมะหรือหมอก Disdrometers ยังต้องใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และอัลกอริธึมการประมวลผลที่ซับซ้อนเพื่อประเมินขนาดหยดและเพื่อแยกความแตกต่างระหว่างฝน หิมะ และลูกเห็บ

ฉันคิดว่าเครื่องวัดปริมาณน้ำฝนแบบ Siphoning แบบอัตโนมัติอาจมีประโยชน์ในการเอาชนะปัญหาข้างต้นบางส่วน กระบอกกาลักน้ำและกรวยสามารถพิมพ์ได้อย่างง่ายดายบนเครื่องพิมพ์ FDM 3d ปกติ (เครื่องพิมพ์ราคาถูกที่มีเครื่องอัดรีด เช่น RipRaps และ Prusas)

มีเพียงแรงธรรมชาติเท่านั้นที่ใช้ในการระบาย (Syphon) กระบอกกาลักน้ำค่อนข้างเร็ว กาลักน้ำไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว

เกจวัดปริมาณน้ำฝนนี้ประกอบด้วยกระบอกกาลักน้ำ โดยมีโพรบอิเล็กทรอนิกส์สองสามคู่ในระดับต่างๆ ในกระบอกกาลักน้ำ โพรบเชื่อมต่อกับพิน GPIO ของ Raspberry PI ทันทีที่น้ำถึงระดับของโพรบแต่ละคู่ ค่าสูงจะถูกกระตุ้นบนพินอินพุต GPIO ตามลำดับ เพื่อจำกัดอิเล็กโทรไลซิส ทิศทางของกระแสที่ไหลผ่านสายฝนจะเปลี่ยนแปลงระหว่างการอ่านค่า การอ่านแต่ละครั้งใช้เวลาเพียงมิลลิวินาทีและอ่านค่าเพียงเล็กน้อยในหนึ่งนาที

เครื่องวัดปริมาณน้ำฝน PiSiphon เป็นการปรับปรุงที่สำคัญของเครื่องวัดปริมาณน้ำฝน Bell Siphon เดิมของฉัน ฉันเชื่อว่ามันควรจะดีกว่า Ultrasonic Rain Gauge ของฉันด้วย เนื่องจากความเร็วของเสียงได้รับอิทธิพลอย่างมากจากอุณหภูมิและความชื้น

ขั้นตอนที่ 1: สิ่งที่คุณต้องการ

1. ราสเบอร์รี่ pi หนึ่งอัน (ฉันใช้ 3B แต่อันเก่าน่าจะใช้ได้)

2. เครื่องพิมพ์ 3 มิติ- (หากต้องการพิมพ์กระบอกกาลักน้ำ ฉันจะออกแบบให้ คุณสามารถนำไปบริการพิมพ์ได้)

3. กรวยวัดปริมาณน้ำฝนแบบเก่า (หรือจะพิมพ์มาก็ได้ เดี๋ยวออกแบบให้)

4. สลักเกลียว 10 x, 3 มม. x 30 มม. (M3 30 มม.) เป็นโพรบ

5. 20 x M3 ถั่ว

6. ตัวเชื่อมแผ่นโลหะปลายตะเกียบ 10 อัน

7. สายไฟฟ้าและสายจัมเปอร์ 10 สาย โดยมีปลายตัวเมียอย่างน้อยหนึ่งปลาย

8. เขียงหั่นขนม (ตัวเลือกสำหรับการทดสอบ)

9. ทักษะการเขียนโปรแกรม Python (มีโค้ดตัวอย่างให้)

10. เข็มฉีดยาขนาดใหญ่ (60มล.)

11. เคสกันน้ำสำหรับ Raspberry Pi

12. น้ำ ABS หากชิ้นส่วนที่พิมพ์ของคุณเป็น abs หรือซิลิโคนเคลือบหลุมร่องฟัน

13. ท่อตู้ปลา 6 มม. (300 มม.)

ขั้นตอนที่ 2: Siphon Cylinder และ Funnel Assembley

ฉันใช้เครื่องพิมพ์ DaVinci AIO สำหรับงานพิมพ์ทั้งหมด

วัสดุ: ABS

การตั้งค่า: infill 90%, ความสูงของชั้น 0.1 มม., เปลือกหนา, ไม่รองรับ

ประกอบกระบอกกาลักน้ำและกรวย ใช้กาวABS

ประกอบโพรบ (สลักเกลียว M3 x 30 มม. พร้อมน็อต 2 ตัว)

ใส่โพรบ (สลักเกลียว) ลงในกระบอกกาลักน้ำและปิดผนึกด้วยกาว ABS หรือกาวซิลิโคน ควรมองเห็นโพรบได้จากด้านบนที่เปิดอยู่ของกระบอกกาลักน้ำ เพื่อให้ทำความสะอาดได้หากจำเป็นด้วยแปรงสีฟัน จุดสัมผัสของหัววัดนี้ควรสะอาดตลอดเวลา ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่มีกาว ABS หรือกาวซิลิโคนอยู่บนหน้าสัมผัส

ต่อสายไฟ 10 เส้นเข้ากับโพรบแต่ละตัว โดยใช้ตัวเชื่อมโลหะแผ่นชนิดส้อม เชื่อมต่ออีกด้านหนึ่งของสายไฟเข้ากับพิน GPIO Pinout เป็นดังนี้:

Probe Pairs:Probe Pair 1 (P1, ระดับน้ำต่ำสุด), Pin 26 และ 20)

Probe Pair 2 (P2), GPIO Pin 19 และ 16

Probe Pair 3 (P3), GPIO Pin 6 และ 12

Probe Pair 4 (P4), GPIO Pin 0 และ 1

Probe Pair 5 (P5), GPIOPin 11 และ 8

ขั้นตอนที่ 3: ทดสอบกาลักน้ำและปรับเทียบ

คุณต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าเดินสายทั้งหมดถูกต้องและฮาร์ดแวร์ทำงานอย่างถูกต้อง

เรียกใช้ PiSiphon_Test2.py

ผลลัพธ์ 00000 = น้ำไม่ถึงระดับ P1 (โพรบคู่ที่ 1)

ผลลัพธ์ 00001=น้ำถึงระดับ P1 (โพรบคู่ที่ 1)

ผลลัพธ์ 00011=น้ำถึงระดับ P2 (โพรบคู่ที่ 2)

ผลลัพธ์ 00111=น้ำถึงระดับ P3 (โพรบคู่ 3)

ผลลัพธ์ 01111=น้ำถึงระดับ P4 (โพรบคู่ 4)

ผลลัพธ์ 11111= น้ำถึงระดับ P5 (โพรบคู่ที่ 5)

หากตรวจพบระดับน้ำทั้งหมด ให้เรียกใช้ PiSiphon-Measure.py

Log_File ของคุณถูกสร้างขึ้นในไดเร็กทอรีเดียวกันกับ PiSiphon-Measure.py

ติดตั้ง PiSiphon บนโพสต์และปรับระดับ หากกาลักน้ำของคุณอยู่ระหว่างการประเมิน (หรือประเมินเกิน) ให้เพิ่ม (หรือลด) ตัวแปร rs ใน PiSiphon-Measure.py

ขั้นตอนที่ 4: PiSiphon PRO

PiSiphon PRO กำลังมา จะไม่ใช้หัววัดโลหะในน้ำและมีความละเอียดที่ดีกว่ามาก (น้อยกว่า 0.1 มม.) มันจะใช้เซ็นเซอร์ความชื้นในดินแบบ capacitive (เทปอิเล็กทรอนิกส์เหลวมีราคาแพงในประเทศของฉัน) ดู https://www.instructables.com/id/ESP32-WiFi-SOIL-MOISTURE-SENSOR/ ว่าเซ็นเซอร์นี้ทำงานอย่างไรบน ESP32