Daftar Isi:
2025 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2025-01-13 06:57
IoT (Internet Of Things) yang tersedia secara komersial Stasiun cuaca mahal dan tidak tersedia di mana-mana (Seperti di Afrika Selatan). Kondisi cuaca ekstrim melanda kita. SA mengalami kekeringan paling parah dalam beberapa dekade, bumi memanas dan petani berjuang untuk menghasilkan yang menguntungkan, tanpa dukungan teknis atau keuangan dari pemerintah untuk petani komersial.
Ada beberapa stasiun cuaca Raspberry Pi di sekitar, seperti yang dibangun oleh Raspberry Pi Foundation untuk sekolah-sekolah di Inggris, tetapi tidak tersedia untuk masyarakat umum. Banyak sensor yang cocok ada, beberapa analog, beberapa digital, beberapa solid state, beberapa dengan bagian yang bergerak dan beberapa sensor yang sangat mahal seperti anemometer ultrasonik (kecepatan dan arah angin)
Saya memutuskan untuk membangun stasiun cuaca open source, perangkat keras terbuka, dengan suku cadang umum yang tersedia di Afrika Selatan mungkin merupakan proyek yang sangat berguna dan saya akan bersenang-senang (dan menantang sakit kepala).
Saya memutuskan untuk memulai dengan pengukur hujan solid state (tidak ada bagian yang bergerak). Ember tip tradisional tidak membuat saya terkesan pada tahap itu (bahkan mengira saya tidak pernah menggunakannya saat itu). Jadi, saya pikir, hujan adalah air dan air menghantarkan listrik. Ada banyak sensor resistif analog dimana resistansinya berkurang ketika sensor bersentuhan dengan air. Saya pikir ini akan menjadi solusi sempurna. Sayangnya sensor tersebut mengalami berbagai macam anomali seperti elektrolisis dan deoksidasi dan pembacaan dari sensor tersebut tidak dapat diandalkan. Saya bahkan membuat probe stainless steel saya sendiri dan papan sirkuit kecil dengan relay untuk membuat arus searah (konstan 5 volt, tetapi bolak-balik kutub positif dan negatif) untuk menghilangkan elektrolisis, tetapi pembacaan masih tidak stabil.
Pilihan terbaru saya adalah sensor Suara Ultrasonik. Sensor ini terhubung ke bagian atas pengukur, dapat mengukur jarak ke permukaan air. Yang mengejutkan saya, sensor ini sangat akurat dan sangat murah (Kurang dari 50 ZAR atau 4 USD)
Langkah 1: Bagian yang Dibutuhkan (Langkah 1)
Anda akan membutuhkan yang berikut ini:
1) 1 Raspberry Pi (Model apa saja, saya menggunakan Pi 3)
2) 1 Bord Roti
3) Beberapa kabel jumper
4) Resistor satu Ohm dan resistor dua (atau 2.2) Ohm
5) Cangkir tua yang panjang untuk menyimpan air hujan. Saya mencetak milik saya (soft copy tersedia)
6) Bagian penangkap hujan manual lama (Atau Anda dapat mendesain sendiri dan mencetaknya)
7) Alat ukur untuk mengukur mililiter atau timbangan untuk menimbang air
8) Sensor Ultrasonik HC-SR04 (Afrika Selatan bisa mendapatkannya dari Communica)
Langkah 2: Membangun Sirkuit Anda (Langkah 2)
Saya menemukan beberapa panduan yang sangat berguna untuk membantu saya membangun sirkuit dan menulis skrip python untuk proyek ini. Skrip ini menghitung jarak dan Anda akan menggunakannya untuk menghitung jarak antara sensor yang dipasang di bagian atas tangki pengukur Anda dan ketinggian air
Anda dapat menemukannya di sini:
www.modmypi.com/blog/hc-sr04-ultrasonic-range-sensor-on-the-raspberry-pi
Pelajari, bangun sirkuit Anda, hubungkan ke pi Anda dan mainkan dengan kode python. Pastikan Anda membangun pembagi tegangan dengan benar. Saya menggunakan resistor 2,2 ohm antara GPIO 24 dan GND.
Langkah 3: Bangun Pengukur Anda (Langkah 3)
Anda dapat mencetak pengukur Anda, menggunakan pengukur atau cangkir yang ada. Sensor HC-SR04 akan dipasang di bagian atas tangki utama pengukur Anda. Penting untuk memastikan bahwa itu akan tetap kering setiap saat.
Penting untuk memahami sudut pengukuran sensor HC-SR04 Anda. Anda tidak dapat menempelkannya ke bagian atas kerucut dari alat pengukur hujan tradisional. Saya cangkir silinder normal akan melakukannya. Pastikan itu cukup lebar untuk gelombang suara yang tepat untuk turun ke bawah. Saya pikir pipa PVC 75 x 300 mm bisa digunakan. Untuk menguji apakah sinyal melewati silinder Anda dan memantul kembali dengan benar, ukur jarak dari sensor ke bagian bawah silinder Anda dengan penggaris, bandingkan pengukuran itu dengan jarak yang Anda dapatkan dari sensor TOF (Time of flight) perkiraan jarak ke bawah.
Langkah 4: Perhitungan dan Kalibrasi (Langkah 4)
Apa artinya hujan 1 milimeter? Hujan satu mm berarti 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. Jika daerah tangkapan pengukur Anda adalah 1m X 1m, itu mudah.
Juga, 1 gram air adalah konvensional 1 ml
Untuk menghitung curah hujan Anda dalam mm dari alat pengukur Anda, Anda dapat melakukan hal berikut setelah menimbang air hujan:
W adalah berat curah hujan dalam gram atau mililiter
A adalah daerah tangkapan air Anda dalam mm persegi
R adalah curah hujan total Anda dalam mm
R = P x [(1000 x 1000)/A]
Ada dua kemungkinan dalam menggunakan HC-SR04 untuk memperkirakan W (Anda perlu W untuk Menghitung R).
Metode 1: Gunakan Fisika biasa
Ukur jarak dari HC-SR ke bagian bawah pengukur Anda (Anda melakukannya juga pada langkah sebelumnya) dengan sensor menggunakan perhitungan TOF (Time of Flight) dalam skrip python dari https://www.modmypi. com/blog/hc-sr04-ultrasonic-range-sensor-on-the-raspberry-pi Panggil CD Ini (Kedalaman Silinder)
Ukur luas bagian dalam bagian bawah silinder Anda dengan apa pun yang sesuai dalam mm persegi. Panggil ini IA.
Sekarang buang 2 ml air (atau jumlah yang sesuai) ke dalam silinder Anda. Dengan menggunakan sensor kami, perkirakan jarak ke ketinggian air baru dalam mm, Cal this Dist_To_Water).
Kedalaman air (WD) dalam mm adalah:
WD=CD - Dist_To_Water (Atau Kedalaman Silinder Dikurangi Jarak dari sensor ke permukaan air)
Tidak ada perkiraan Berat air adalah
W=WD x IA dalam ml atau gram (Ingat 1 ml air beratnya 1 gram)
Sekarang Anda dapat memperkirakan Curah Hujan (R) dalam mm dengan W x [(1000 x 1000)/A] seperti yang dijelaskan sebelumnya.
Metode 2: Kalibrasi meteran Anda dengan Statistik
Karena HC-SR04 tidak sempurna (dapat terjadi kesalahan), sepertinya setidaknya konstan dalam mengukur apakah silinder Anda cocok.
Bangun model linier dengan pembacaan sensor (atau jarak sensor) sebagai variabel dependen dan bobot air yang disuntikkan sebagai variabel dependen.
Langkah 5: Perangkat Lunak (Langkah 5)
Perangkat lunak untuk proyek ini masih dalam pengembangan.
Skrip python di https://www.modmypi.com/blog/hc-sr04-ultrasonic-range-sensor-on-the-raspberry-pi harus dapat digunakan.
Lampirkan adalah beberapa aplikasi python yang berguna (General Public License) yang dikembangkan oleh saya sendiri.
Saya berencana untuk mengembangkan antarmuka web untuk stasiun cuaca lengkap nanti. Lampirkan adalah beberapa program saya yang digunakan untuk mengkalibrasi meteran dan melakukan pembacaan sensor
Gunakan skrip kalibrasi lampirkan untuk mengkalibrasi pengukur secara statistik. Impor data dalam spreadsheet untuk dianalisis.
Langkah 6: Masih Harus Dilakukan (Langkah 6)
Katup solenoid diperlukan untuk mengosongkan tangki saat penuh (Dekat dengan sensor)
Beberapa tetes hujan pertama tidak selalu diukur dengan benar, terutama jika pengukur tidak diratakan dengan benar. Saya sedang dalam proses mengembangkan disdro meter untuk menangkap tetesan ini dengan benar. Disdro masa depan saya selanjutnya.
Pasang sensor ultrasonik kedua untuk mengukur efek suhu pada TOF. Saya akan segera memposting pembaruan tentang ini.
Saya menemukan sumber berikut yang dapat membantu
www.researchgate.net/profile/Zheng_Guilin3/publication/258745832_An_Innovative_Principle_in_Self-Calibration_by_Dual_Ultrasonic_Sensor_and_Application_in_Rain_Gauge/links/540d53e00cf2f2b29a-38392b Rain-Gauge.pdf