Датчик дождя PiSiphon (прототип): 4 ступени

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Этот проект является усовершенствованием сифонного датчика дождя Bell. Это точнее и протекающие сифоны должны быть чем-то из прошлого.

Традиционно количество осадков измеряется ручным датчиком дождя.

Автоматические метеостанции (включая метеостанции IoT) обычно используют опрокидывающиеся ковши, акустические дисдрометры (распределение капель) или лазерные дисдрометры.

Опрокидывающиеся ковши имеют подвижные части, которые могут забиваться. Они откалиброваны в лабораториях и могут некорректно измерять во время сильного дождя. Дисдрометры могут с трудом улавливать мелкие капли или осадки из снега или тумана. Дисдрометры также требуют сложной электроники и алгоритмов обработки для оценки размеров капель и различения дождя, снега и града.

Я подумал, что датчик дождя с автоматической перекачкой может быть полезен для решения некоторых из вышеперечисленных проблем. Сифонный цилиндр и воронку можно легко распечатать на обычном 3D-принтере FDM (дешевые с экструдерами, например RipRaps и Prusas).

Только естественные силы используются для относительно быстрого опорожнения (сифона) сифонного цилиндра. В сифоне нет движущихся частей.

Этот датчик дождя состоит из сифонного цилиндра с несколькими парами электронных датчиков на разных уровнях в сифонном цилиндре. Датчики подключаются к контактам GPIO Raspberry PI. Как только вода достигнет уровня каждой пары датчиков, на соответствующем входном контакте GPIO будет срабатывать высокий уровень. Чтобы ограничить электролиз, направление тока, протекающего через дождь, изменяется между измерениями. Каждое считывание занимает всего миллисекунды, а за минуту снимается всего несколько показаний.

Датчик дождя PiSiphon является значительным улучшением моего оригинального датчика дождя Bell Siphon. Я считаю, что он также должен быть лучше, чем мой ультразвуковой датчик дождя, поскольку на скорость звука очень сильно влияют температура и влажность.

Шаг 1. Что вам понадобится

1. Один raspberry pi (я использовал 3B, но подойдет любой старый)

2. 3D-принтер - (Чтобы напечатать сифонный цилиндр. Я предоставлю свой дизайн. Вы также можете отнести его в полиграфическую службу)

3. Старая воронка для дождемера (или ее можно распечатать. Я предоставлю свой дизайн).

4. 10 болтов, 3 мм x 30 мм (M3 30 мм) в качестве датчиков.

5. 20 гаек M3

6. 10 проушин из листового металла

7. Электрические провода и 10 соединительных кабелей, по крайней мере, с одним охватывающим концом каждый.

8. Макетная плата (необязательно для тестирования).

9. Навыки программирования на Python (предоставляется пример кода)

10. Большой шприц (60 мл).

11. Водонепроницаемый корпус для raspberry pi.

12. Сок из АБС-пластика, если ваши печатные детали - это АБС-пластик или силиконовый герметик.

13. 6 мм трубка для аквариума (300 мм)

Шаг 2: Сборка цилиндра сифона и воронки

Я использовал принтер DaVinci AIO для всех распечаток.

Материал: АБС-пластик

Настройки: заполнение 90%, высота слоя 0,1 мм, толстые оболочки, без опор.

Соберите сифонный цилиндр и воронку. Используйте клей ABS.

Соберите датчики (болты M3 x 30 мм с 2 гайками)

Вставьте зонды (болты) в сифонный цилиндр и закройте его клеем ABS или силиконовым герметиком. Зонды должны быть видны с верхней открытой стороны цилиндра сифона, чтобы их можно было очистить при необходимости зубной щеткой. Эти точки контакта датчиков должны быть всегда чистыми. Убедитесь, что на контактах не должно быть клея ABS или силиконового герметика.

Подсоедините 10 проводов к каждому датчику, используя проушины из листового металла вилочного типа. Подключите другую сторону проводов к контактам GPIO. Распиновка следующая:

Пары датчиков: пара датчиков 1 (P1, самый низкий уровень воды), контакты 26 и 20)

Пара датчиков 2 (P2), контакты 19 и 16 GPIO

Пара датчиков 3 (P3), контакты 6 и 12 GPIO

Пара датчиков 4 (P4), контакты GPIO 0 и 1

Пара датчиков 5 (P5), GPIOPin 11 и 8

Шаг 3. Проверьте сифон и откалибруйте его

Вам необходимо убедиться, что вся проводка выполнена правильно и оборудование работает правильно.

Запустите PiSiphon_Test2.py

Resullt 00000 = Вода не достигла уровня P1 (пара датчиков 1)

Результат 00001 = Вода достигла уровня P1 (пара датчиков 1)

Результат 00011 = Вода достигла уровня P2 (пара датчиков 2)

Результат 00111 = Вода достигла уровня P3 (пара датчиков 3)

Результат 01111 = Вода достигла уровня P4 (пара датчиков 4)

Результат 11111 = Вода достигла уровня P5 (пара датчиков 5).

Если обнаружены все уровни воды, запустите PiSiphon-Measure.py.

Ваш Log_File создается в том же каталоге, что и PiSiphon-Measure.py

Установите PiSiphon на столб и выровняйте его. Если ваш сифон недооценивает (или переоценивает), увеличьте (или уменьшите) переменную rs в PiSiphon-Measure.py.

Шаг 4: PiSiphon PRO

PiSiphon PRO скоро появится. Он не будет использовать никаких металлических зондов в воде и имеет даже гораздо лучшее разрешение (менее 0,1 мм). Он будет использовать емкостной датчик влажности почвы (жидкая электронная лента в моей стране слишком дорога). См. Https://www.instructables.com/id/ESP32-WiFi-SOIL-MOISTURE-SENSOR/, как этот датчик работает на ESP32.