Bell Siphon Rain Gauge: 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Versi yang ditingkatkan dari ini adalah PiSiphon Rain Gauge

Secara tradisional curah hujan diukur dengan alat pengukur hujan manual.

Stasiun cuaca otomatis (termasuk stasiun cuaca IoT) biasanya menggunakan tipping bucket, disdrometer akustik, atau disdrometer laser.

Tipping bucket memiliki bagian bergerak yang dapat tersumbat. Mereka dikalibrasi di laboratorium dan mungkin tidak mengukur dengan benar dalam badai hujan lebat. Disdrometer mungkin kesulitan untuk mengambil tetesan kecil atau presipitasi dari salju atau kabut. Disdrometer juga membutuhkan elektronik yang rumit dan algoritma pemrosesan untuk memperkirakan ukuran tetesan dan untuk membedakan antara hujan, salju, dan hujan es.

Saya pikir pengukur Hujan Bell Siphon mungkin berguna untuk mengatasi beberapa masalah di atas. Bell Siphon dapat dengan mudah dicetak pada Printer 3d FDM normal (Yang murah dengan ekstruder, seperti RipRaps dan Prusas).

Bell Siphon sering digunakan dalam aquaponik dan tangki ikan untuk mengosongkan tangki secara otomatis saat ketinggian air mencapai ketinggian tertentu. Hanya kekuatan alami yang digunakan untuk mengosongkan tangki dengan relatif cepat. Siphon tidak memiliki bagian yang bergerak.

Pengukur hujan bell siphon berisi dua probe yang terhubung satu sama lain (tetapi tidak saling bersentuhan) ke outlet bell siphon. Ujung probe yang lain terhubung ke pin GPIO dari raspberry pi. Satu pin akan menjadi pin output, pin lainnya akan menjadi pin input. Ketika pengukur hujan berisi sejumlah air, kekuatan alam akan mengosongkan pengukur. Air akan mengalir melewati probe di outlet bell siphon dan tinggi akan terdaftar pada pin input GPIO. Tindakan menyedot ini akan merekam sekitar 2,95 gram (ml) menggunakan desain bell siphon saya. Air 2,8 gram akan sama dengan +/-0,21676 mm hujan jika saya menggunakan pengukur hujan dengan diameter corong 129 mm. Setelah setiap tindakan menyedot (acara pelepasan air) pin input akan menjadi output dan output akan menjadi input untuk mencegah kemungkinan elektrolisis.

Tujuan saya dari proyek ini adalah untuk menyediakan sebuah sensor yang dapat digunakan oleh para penjilat untuk dilampirkan ke stasiun cuaca perangkat keras terbuka. Sensor ini telah diuji pada raspberry pi, tetapi mikrokontroler lain juga harus berfungsi.

Untuk lebih memahami bell siphon, tonton ini

Langkah 1: Apa yang Anda Butuhkan

1. Satu raspberry pi.
2. Printer 3D-(Untuk mencetak lonceng Siphon. Saya akan memberikan desain saya. Anda juga dapat membawanya ke layanan pencetakan)
3. Corong pengukur hujan lama (Atau Anda dapat mencetaknya. Saya akan memberikan desain saya.)
4. 2 X Washer sebagai probe (5x25x1,5 mm untuk desain saya)
5. Papan tempat memotong roti (opsional untuk pengujian).
6. Beberapa Keterampilan Python akan membantu, tetapi semua kode disediakan.
7. Timbangan elektronik untuk menyempurnakan kalibrasi. Jarum Suntik besar (60ml) juga dapat digunakan.
8. Casing tahan air untuk raspberry pi.
9. lem super
10. 2 jumper Alligator dan 2 jumper pria ke wanita
11. Pipa PVC 110mm, panjang +/-40 cm

Langkah 2: DESAIN DAN CETAK BELL SIPHON

Lampirkan find my design dalam format Autocad123D dan STL. Anda mungkin bermain-main dengan desain, tetapi mengubah desain dapat membuat siphon bel bocor dan tidak berfungsi. Milik saya dicetak pada XYZ DaVinci AIO. Dukungan sudah termasuk dalam desain, jadi dukungan tambahan mungkin tidak diperlukan. Saya memilih cangkang tebal, pengisi 90%, tinggi level 0,2mm. Filamen ABS digunakan karena PLA akan terdegradasi di luar ruangan. Setelah mencetak corong, oleskan semprotan akrilik di atasnya untuk melindunginya dari elemen. Jauhkan semprotan akrilik dari bagian dalam siphon bell karena semprotan dapat menghalangi aliran air di siphon. Jangan beri siphon mandi aseton

Saya belum menguji printer resin. Jika Anda menggunakan resin, Anda perlu melindungi resin dari sinar matahari untuk mencegah kesalahan bentuk siphon.

(Desain ini merupakan penyempurnaan dari aslinya: Tanggal Versi 27 Juni 2019)

Langkah 3: Pasang Siphon

Pelajari gambar lampiran. Gunakan lem super untuk merekatkan semua benda menjadi satu. Ingatlah bahwa lem super tidak konduktif dan semua titik kontak Anda harus bebas dari lem super. Saya menggunakan jumper buaya untuk menghubungkan probe (mesin cuci) ke jumper pria ke wanita di raspberry pi saya. Satu probe harus terhubung ke GPIO 20, yang lain ke 21. Tidak diperlukan resistor di sirkuit ini. Cobalah untuk membuat probe kedap air saat Anda menggunakan lem super. Gel silikon juga dapat membantu.

Belum menutupi siphon Anda di pipa PVC 110mm, itu harus diuji terlebih dahulu.

Langkah 4: Menguji Probe

Buat file "rain_log.txt" di direktori tempat Anda ingin menyimpan kode python.

Buka IDE python favorit Anda dan ketik kode berikut di dalamnya. Simpan sebagai siphon_rain_gauge2.py. Jalankan kode python. Tambahkan beberapa hujan buatan ke corong Anda. Pastikan ada satu dan hanya satu hitungan, setiap kali siphon mengeluarkan air. Jika Siphon salah menghitung, lihat bagian pemecahan masalah.

#Bell-Siphon Pengukur Hujan

#Dikembangkan oleh JJ Slabbert print("The Bell Siphon rain gauge sedang menunggu beberapa tetes…") import gpiozero import time r=0.21676 #Ini adalah curah hujan terkalibrasi per aksi pelepasan siphon. t=0 #Total Curah Hujan f=open("rain_log.txt", "a+") n=0 while True: #Setelah setiap penyedotan, pin 20, 21 harus bergantian untuk mencegah kemungkinan elektrolisis jika n/2==int(n): siphon=gpiozero. Button(21, False) output=gpiozero. LED(20) output.on() else: siphon=gpiozero. Button(20, False) output=gpiozero. LED(21) output.on() siphon.wait_for_press() n=n+1 t=t+r localtime = time.asctime(time.localtime(time.time())) print("Total curah hujan: "+str(float(t))+" mm "+localtime) f.write(str(t)+", "+localtime+"\n") siphon.close() output.close() waktu.sleep(1.5)

Langkah 5: PERHITUNGAN DAN KALIBRASI

Mengapa curah hujan diukur sebagai Jarak? Apa artinya hujan 1 milimeter? Jika Anda memiliki kubus berukuran 1000mm X 1000mm X 1000mm atau 1m X 1m X 1m, kubus tersebut akan memiliki kedalaman air hujan 1 mm jika Anda meninggalkannya di luar saat hujan. Jika Anda mengosongkan hujan ini dalam botol 1 Liter, itu akan mengisi botol 100% dan airnya juga akan berukuran 1kg. Alat pengukur hujan yang berbeda memiliki daerah tangkapan air yang berbeda.

Juga, 1 gram air adalah 1 ml konvensional.

Jika Anda menggunakan desain saya sebagaimana terlampir, kalibrasi mungkin tidak diperlukan.

Untuk mengkalibrasi alat pengukur hujan, Anda dapat menggunakan 2 metode. Untuk kedua metode, gunakan aplikasi attach python (langkah sebelumnya) untuk menghitung rilis (tindakan menyedot). Pastikan ada satu dan hanya satu hitungan, setiap kali siphon mengeluarkan air. Jika Siphon salah menghitung, lihat bagian pemecahan masalah

Metode Satu: Gunakan alat pengukur hujan (kontrol) yang ada

Agar metode ini berfungsi, corong siphon bell Anda harus berada di area yang sama dengan pengukur hujan kontrol. Buat hujan buatan di atas corong siphon Anda dan hitung jumlah pelepasannya dengan python. Kumpulkan semua pelepasan air dengan siphon. di pengukur hujan kontrol Anda. Setelah sekitar 50 pelepasan (aksi menyedot), ukur curah hujan di pengukur hujan kontrol

Biarkan R menjadi curah hujan rata-rata dalam mm per tindakan menyedot

R=(Total Curah Hujan di pengukur kontrol)/(Jumlah tindakan penyedotan)

Metode Dua: Timbang curah hujan Anda (Anda akan Membutuhkan Timbangan Elektronik)

Biarkan R menjadi curah hujan rata-rata dalam mm per tindakan menyedot

Biarkan W menjadi berat air per tindakan menyedot dalam gram atau ml

Misalkan A adalah daerah tangkapan dari corong

R=(Lx1000)/A

Untuk kalibrasi, gunakan spuit untuk menyuntikkan air secara perlahan ke dalam bell siphon. Tangkap air dalam gelas dengan berat yang diketahui. Lanjutkan menyuntikkan air sampai siphon mengosongkan diri setidaknya 50 kali. Timbang air dalam gelas. Hitung berat rata-rata (W) air yang dikeluarkan setiap kali siphon melepaskan air. Untuk desain saya sekitar 2,95 gram (ml). Untuk corong saya dengan diameter 129mm dan radius 64,5 mm

A=pi*(64,5)^2=13609.8108371

R=(2,95*1000) /13609,8108371

R = 0,21676

Jika Anda tidak memiliki timbangan elektronik, Anda dapat menggunakan spuit berukuran besar (60 ml/gram). Hitung saja jumlah pelepasan air siphon

W=(Volume jarum suntik dalam mm)/(Jumlah pelepasan air siphon)

Perbarui aplikasi python dengan nilai R baru.

Bell Siphon (Desain saya) membutuhkan waktu sekitar 1 detik untuk melepaskan semua air. Sebagai aturan praktis, air yang masuk ke siphon selama pelepasan juga akan dilepaskan. Hal ini dapat mempengaruhi linearitas pengukuran, selama hujan lebat. Model statistik yang lebih baik dapat meningkatkan perkiraan.

Langkah 6: Pergi ke Lapangan

Letakkan siphon dan corong bel Rakitan Anda di casing yang sesuai. Saya menggunakan pipa PVC 110 mm. Pastikan juga raspberry pi Anda yang terhubung berada dalam casing tahan air. PI saya ditenagai dengan bank daya untuk tujuan demo, tetapi catu daya eksternal atau tata surya yang tepat harus digunakan.

Saya menggunakan VNC untuk terhubung ke PI melalui tablet saya. Ini berarti saya dapat memantau curah hujan di instalasi saya dari mana saja.

Buat hujan buatan dan lihat bagaimana fungsi sensor.

Langkah 7: Pemecahan Masalah

1) Masalah: Jika saya menghitung rilis siphon dengan aplikasi python, aplikasi menghitung rilis tambahan.

Saran: Probe Anda di bell siphon mungkin akan menutup dan setetes air tersangkut di antaranya.

2) Masalah: Air menetes melalui Siphon.

Saran: Ini adalah kesalahan desain. Meningkatkan desain. Jari-jari outlet Siphon mungkin terlalu besar. Beberapa bantuan dari ilmuwan dapat membantu. Jika Anda merancang siphon bel Anda sendiri, coba yang saya sediakan. Anda juga dapat memasang pipa tangki ikan pendek (15 cm) ke saluran keluar siphon untuk meningkatkan "kekuatan tarik" pelepasan.

3) Masalah: Probe tidak mengambil semua pelepasan siphon.

Saran: Bersihkan probe Anda dengan stik telinga. Periksa semua sambungan kabel. Mungkin ada lem pada probe Anda. hapus dengan file presisi halus.

4) Masalah: Rilis siphon saya semua dihitung dengan benar, tetapi perkiraan curah hujan salah.

Saran: Anda perlu mengkalibrasi ulang sensor Anda. Jika Anda memiliki di bawah perkiraan r (curah hujan per tindakan menyedot) perlu ditingkatkan.

Langkah 8: Peningkatan dan Pengujian di Masa Depan

1. Plat Emas probe (mesin cuci). Ini akan membantu lagi kemungkinan korosi.
2. Ganti probe dengan dioda laser dan resistor foto.
3. Memperbaiki model estimasi. Model linier sederhana mungkin tidak cocok dalam hujan lebat.
4. Bell Siphon kedua yang lebih besar dapat ditambahkan di bawah (di outlet) yang pertama untuk mengukur hujan dengan kepadatan tinggi.
5. Untuk GUI, saya sarankan Caynne IOT.

Catatan: Peningkatan besar dipublikasikan. Lihat Pengukur Hujan PiSiphon