PiSiphon Regenmesser (Prototyp) - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Dieses Projekt ist eine Verbesserung des Bell-Siphon-Regenmessers. Es ist genauer und undichte Siphons sollten der Vergangenheit angehören.

Traditionell wird der Niederschlag mit einem manuellen Regenmesser gemessen.

Automatisierte Wetterstationen (einschließlich IoT-Wetterstationen) verwenden normalerweise Kippschaufeln, akustische Disdrometer (Distribution of Drops) oder Laser-Disdrometer.

Kippschaufeln haben bewegliche Teile, die verstopft werden können. Sie werden in Labors kalibriert und messen bei starkem Regensturm möglicherweise nicht richtig. Disdrometer können Schwierigkeiten haben, kleine Tropfen oder Niederschlag aus Schnee oder Nebel aufzunehmen. Disdrometer erfordern auch komplizierte Elektronik und Verarbeitungsalgorithmen, um Tropfengrößen zu schätzen und zwischen Regen, Schnee und Hagel zu unterscheiden.

Ich dachte, ein Regenmesser mit automatischem Siphoning könnte nützlich sein, um einige der oben genannten Probleme zu lösen. Der Siphon-Zylinder und der Trichter können problemlos auf einem normalen FDM-3D-Drucker (die billigen mit Extrudern, wie RipRaps und Prusas) gedruckt werden.

Nur natürliche Kräfte werden verwendet, um den Siphonzylinder relativ schnell zu entleeren (Siphon). Der Siphon hat keine beweglichen Teile.

Dieser Regenmesser besteht aus einem Heberzylinder mit einigen Paar elektronischer Sonden auf verschiedenen Ebenen im Heberzylinder. Die Sonden werden an die GPIO-Pins eines Raspberry PI angeschlossen. Sobald das Wasser den Pegel jedes Sondenpaares erreicht, wird ein High am jeweiligen GPIO-Eingangspin ausgelöst. Um die Elektrolyse zu begrenzen, wird die Richtung des durch den Regen fließenden Stroms zwischen den Messungen geändert. Jede Ablesung dauert nur Millisekunden und nur wenige Ablesungen werden in einer Minute durchgeführt.

Der PiSiphon Regenmesser ist eine deutliche Verbesserung gegenüber meinem ursprünglichen Bell Siphon Regenmesser. Ich glaube, es sollte auch besser sein als mein Ultraschall-Regenmesser, da die Schallgeschwindigkeit zu stark von Temperatur und Luftfeuchtigkeit beeinflusst wird.

Schritt 1: Was Sie brauchen

1. Ein Himbeer-Pi (ich habe einen 3B verwendet, aber jeder alte sollte funktionieren)

2. 3D-Drucker-(Um den Siphon-Zylinder zu drucken. Ich werde mein Design zur Verfügung stellen. Sie können es auch zu einem Druckservice bringen)

3. Alter Regenmessertrichter (Oder Sie können einen drucken. Ich werde mein Design zur Verfügung stellen.)

4. 10 x Bolzen, 3 mm x 30 mm (M3 30 mm) als Sonden.

5. 20 x M3-Muttern

6. 10 Gabel-Tipe-Blechlaschen

7. Elektrische Leitungen und 10 Starthilfekabel mit jeweils mindestens einem weiblichen Ende.

8. Steckbrett (optional zum Testen).

9. Python-Programmierkenntnisse (Beispielcode wird bereitgestellt)

10. Eine große Spritze (60 ml).

11. Wasserdichtes Gehäuse für den Himbeer-Pi.

12. ABS-Saft, wenn Ihre gedruckten Teile ABS oder Silikondichtmittel sind.

13. 6 mm Aquariumrohr (300 mm)

Schritt 2: Siphon-Zylinder- und Trichter-Montage

Ich habe für alle Drucke einen DaVinci AIO-Drucker verwendet.

Material: ABS

Einstellungen: 90% Füllung, 0,1 mm Schichthöhe, dicke Schalen, keine Stützen.

Montieren Sie den Siphonzylinder und den Trichter. ABS-Kleber verwenden

Montage der Sonden (M3 x 30 mm Schrauben mit 2 Muttern)

Setzen Sie die Sonden (Schrauben) in den Siphonzylinder ein und versiegeln Sie ihn mit ABS-Kleber oder Silikondichtmittel. Die Sonden sollten von der oberen offenen Seite des Siphonzylinders sichtbar sein, um sie bei Bedarf mit einer Zahnbürste reinigen zu können. Diese Kontaktstellen der Sonden sollten immer sauber sein. Stellen Sie sicher, dass sich kein ABS-Kleber oder Silikondichtmittel auf den Kontakten befinden darf.

Befestigen Sie die 10 Drähte an jeder Sonde, indem Sie die Gabelblechösen verwenden. Verbinden Sie die andere Seite der Drähte mit den GPIO-Pins. Die Pinbelegung ist wie folgt:

Sondenpaare: Sondenpaar 1 (P1, niedrigster Wasserstand), Pin 26 und 20)

Tastkopfpaar 2 (P2), GPIO Pin 19 und 16

Tastkopfpaar 3 (P3), GPIO Pin 6 und 12

Tastkopfpaar 4 (P4), GPIO Pin 0 und 1

Sondenpaar 5 (P5), GPIOPin 11 und 8

Schritt 3: Testen Sie den Siphon und kalibrieren Sie ihn

Sie müssen sicherstellen, dass alle Verkabelungen korrekt vorgenommen wurden und die Hardware ordnungsgemäß funktioniert.

Führen Sie PiSiphon_Test2.py aus

Ergebnis 00000 = Wasser hat P1 nicht erreicht (Sondenpaar 1)

Ergebnis 00001=Wasser hat Level P1 erreicht (Sondenpaar 1)

Ergebnis 00011=Wasser hat Level P2 erreicht (Sondenpaar 2)

Ergebnis 00111=Wasser hat Level P3 erreicht (Sondenpaar 3)

Ergebnis 01111=Wasser hat Level P4 erreicht (Sondenpaar 4)

Ergebnis 11111= Wasser hat Level P5 erreicht (Sondenpaar 5).

Wenn alle Wasserstände erkannt werden, führen Sie PiSiphon-Measure.py aus.

Ihre Log_File wird im selben Verzeichnis wie PiSiphon-Measure.py generiert

Installieren Sie den PiSiphon auf einem Pfosten und nivellieren Sie ihn. Wenn Ihr Siphon unterschätzt (oder überschätzt) wird, erhöhen (oder verringern) Sie die rs-Variable in PiSiphon-Measure.py

Schritt 4: PiSiphon PRO

PiSiphon PRO kommt. Es verwendet keine Metallsonden im Wasser und hat sogar eine viel bessere Auflösung (weniger als 0,1 mm). Es wird einen kapazitiven Bodenfeuchtesensor verwenden (flüssiges E-Band ist in meinem Land zu teuer). Siehe https://www.instructables.com/id/ESP32-WiFi-SOIL-MOISTURE-SENSOR/ wie dieser Sensor auf einem ESP32 funktioniert.