Калибровка датчика дождя Arduino: 7 шагов

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

Вступление:

В этом руководстве мы «конструируем» датчик дождя с помощью Arduino и калибруем его, чтобы сообщать о ежедневных и ежечасных осадках. Дождевик, который я использую, представляет собой измененный датчик дождя типа опрокидывающегося ведра. Это исходило от поврежденной личной метеостанции. Однако есть много отличных инструкций о том, как сделать его с нуля.

Это руководство является частью создаваемой мной метеостанции и представляет собой документацию моего учебного процесса, замаскированную под учебник:)

Характеристики дождемера:

• Ежедневное и ежечасное количество осадков измеряется в дюймах для удобной загрузки в Weather Underground.
• код устранения неполадок для магнитного переключателя не включен, чтобы упростить код.
• Готовый продукт больше похож на учебное пособие, а на прототип прототипа.

Шаг 1. Немного теории

Количество осадков измеряется в миллиметрах или дюймах, размер которых равен длине. Это указывает на то, насколько высоко в каждой части области дождя выпал дождь, если бы дождевая вода не рассеивалась и не стекала. Таким образом, выпадение осадков 1,63 мм означало бы, что если бы у меня был плоский выровненный резервуар любой формы, собранная дождевая вода была бы высотой 1,63 мм от дна резервуара.

Все дождемеры имеют площадь водосбора и измерение количества осадков. Площадь водосбора - это регион, над которым собирается дождь. Объектом измерения может быть какой-то измеритель объема жидкости.

Таким образом, количество осадков в миллиметрах или дюймах будет

высота осадков = объем собранного дождя / площадь водосбора

В моем коллекторе дождя длина и ширина составляли 11 см на 5 см соответственно, поэтому площадь водосбора составляла 55 см2. Таким образом, 9 миллилитров дождя будут означать 9 куб. См / 55 кв. См = 0,16363… см = 1,6363… мм = 0,064 дюйма.

В датчике дождя с опрокидывающимся ведром ведро опрокидывается 4 раза для 9 мл (или 0,064… дюйма дождя), поэтому один наконечник рассчитан на (9/4) мл = 2,25 мл (или 0,0161… дюйма). Если мы будем снимать почасовые показания (24 показания в день до сброса), сохранение трех значащих цифр будет достаточно приличным.

Таким образом, при каждом опрокидывании / опрокидывании ковша код обращается к нему как к 1 последовательности включения-выключения или одному щелчку. Да, мы сообщили о 0,0161 дюйма дождя. Повторюсь, с точки зрения Arduino

один щелчок = 0,0161 дюйма дождя

Примечание 1: я предпочитаю международную систему единиц, но Weather Underground предпочитает имперские / американские единицы и, следовательно, это преобразование в дюймы.

Примечание 2: Если расчеты - не ваша чашка чая, перейдите к разделу «Объем осадков», который отлично поможет в таких вопросах.

Шаг 2: Детали для этого проекта

Большинство деталей валялись, и честный список (для формальности)

1. Arduino Uno (или любой другой совместимый)
2. Датчик дождя от старой поврежденной метеостанции.
3. Макетная плата.
4. RJ11 для подключения моего датчика дождя к макетной плате.
5. Резистор 10 кОм или выше в качестве подтягивающего резистора. Я использовал 15К.
6. 2 перемычки между мужчинами и женщинами
7. 2 перемычки «папа-папа».
8. USB-кабель; От мужчины к мужчине B

Инструменты:

Шприц (использовался объем 12 мл)

Шаг 3: сборщик дождя

Фотографии моего сборщика дождя должны многое прояснить. В любом случае, дождь, который падает на его водосборный бассейн, направляется в одно из двух опрокидывающихся ведер внутри него. Два опрокидывающихся ведра соединены, как качели, и когда вес дождевой воды (0,0161 дюйма дождя для меня) опрокидывает одно ведро, оно опорожняется, а другие ведра поднимаются и позиционируются для сбора следующей дождевой воды. Опрокидывающее движение перемещает магнит над «магнитным переключателем», и цепь электрически подключается.

Шаг 4: Схема

Сделать схему

1. Подключите цифровой вывод №2 Arduino к одному концу резистора.
2. Подключите другой конец резистора к контакту заземления (GND).
3. Подключите один конец разъема RJ11 к цифровому контакту №2 Arduino.
4. Подключите другой конец разъема RJ11 к контакту + 5V Arduino (5V).
5. Подключите датчик дождя к RJ11.

Схема завершена. Провода-перемычки и макетная плата упрощают выполнение соединений.

Чтобы завершить проект, подключите Arduino к ПК с помощью USB-кабеля и загрузите эскиз, представленный ниже.

Шаг 5: Код

Скетч RainGauge.ino (встроенный в конце этого шага) хорошо прокомментирован, поэтому я выделю только три раздела.

Одна часть подсчитывает количество наконечников опрокидывающегося ковша.

if (bucketPositionA == false && digitalRead (RainPin) == HIGH) {

… … }

Другая часть проверяет время и вычисляет количество дождя.

if (now.minute () == 0 && first == true) {

hourlyRain = dailyRain - dailyRain_till_LastHour; …… ……

а другая часть очищает дождь днем, в полночь.

if (now.hour () == 0) {

dailyRain = 0; …..

Шаг 6: Калибровка и тестирование

Отсоедините дождевой коллектор от остальной цепи и выполните следующие действия.

1. Наполните шприц водой. Я заливаю 10 мл.
2. Держите дождевик на ровной поверхности и постепенно сливайте воду из шприца.
3. Я веду подсчет опрокидывающихся ведер. Четырех наконечников мне хватило, и из шприца слили 9 мл. Согласно расчетам (см. Раздел теории), на один наконечник выпало 0,0161 дюйма дождя.
4. Я включаю эту информацию в свой код в самом начале.

const double bucketAmount = 0,0161;

Вот и все. Для большей точности можно включить больше цифр, например 0,01610595. Конечно, ожидается, что ваши расчетные числа будут отличаться, если ваш Rain Collector не идентичен моему.

Для тестирования

1. Подключите дождевой коллектор к разъему RJ11.
2. Подключите Arduino к ПК с помощью USB-кабеля.
3. Откройте серийный монитор.
4. Налейте ранее отмеренное количество воды и наблюдайте за производительностью по истечении часа.
5. Не наливайте воду, а дождитесь завершения следующего часа. В этом случае почасовой дождь должен быть нулевым.
6. Оставьте компьютер с подключенной цепью запитанным на ночь и посмотрите, сбрасываются ли ежедневные и ежечасные значения дождя до нуля в полночь. Для этого шага можно также изменить часы ПК на подходящее значение (для просмотра выходных сигналов на последовательном мониторе в реальном времени).

Шаг 7: запоздалые мысли и благодарности

Разрешение показаний дождя в моем случае составляет 0,0161 дюйма и не может быть более точным. Практические обстоятельства могут еще больше снизить точность. Погодные измерения не обладают точностью квантовой механики.

Часть кода была заимствована из Instructable от Lazy Old Geek.