Ультрадыбыстық жаңбыр өлшегіш: Raspebbery Pi ашық ауа райы станциясы: 1 -бөлім: 6 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:25

Коммерциялық қол жетімді IoT (Интернет заттары) Ауа райы станциялары қымбат және барлық жерде қол жетімді емес (Оңтүстік Африкадағыдай). Ауа райының қолайсыздығы бізге әсер етеді. SA ондаған жылдардағы ең қатты құрғақшылықты бастан кешуде, жер жылынып жатыр және фермерлер үкіметтен коммерциялық фермерлерге техникалық немесе қаржылық қолдау көрсетпестен тиімді өнім алу үшін күресуде.

Айналасында бірнеше Raspberry Pi метеостанциялары бар, мысалы, Raspberry Pi Foundation Ұлыбритания мектептері үшін салған сияқты, бұл көпшілікке қол жетімді емес. Көптеген сәйкес сенсорлар бар, кейбіреулері аналогты, біреулері цифрлық, бірде қатты күйде, кейбіреулерінде қозғалмалы бөлшектері бар және ультрадыбыстық анемометрлер сияқты өте қымбат датчиктер (желдің жылдамдығы мен бағыты)

Мен ашық қайнар көзді, ашық аппаратты ауа райы станциясын құруды шештім, оның бөлшектері Оңтүстік Африкада өте пайдалы жоба болуы мүмкін, менде көп қызықты болады (және бас ауыруы).

Мен қатты күйде (қозғалмайтын бөліктері жоқ) жаңбыр өлшегіштен бастауды шештім. Дәстүрлі шөміш бұл кезеңде мені таң қалдырмады (тіпті мен оны ешқашан қолданған емеспін деп ойладым). Менің ойымша, жаңбыр - бұл су, ал су - электр тогын өткізеді. Көптеген аналогтық резистивті датчиктер бар, оларда сенсор сумен жанасқанда қарсылық төмендейді. Мен бұл тамаша шешім болады деп ойладым. Өкінішке орай, бұл сенсорлар электролиз және тотықсыздандыру сияқты ауытқулардың барлық түрінен зардап шегеді, ал сенсорлардың көрсеткіштері сенімсіз болды. Мен тіпті тот баспайтын болаттан жасалған зондтар мен электролизді жою үшін айнымалы тұрақты ток (тұрақты 5 вольт, бірақ оң және теріс полюстерді алмастыратын) жасау үшін релесі бар шағын схеманы құрдым, бірақ көрсеткіштер әлі де тұрақсыз болды.

Менің соңғы таңдауым - ультрадыбыстық дыбыс сенсоры. Өлшегіштің жоғарғы жағына қосылған бұл сенсор су деңгейіне дейінгі қашықтықты өлшей алады. Бір таңқаларлығы, бұл сенсорлар өте дәл және өте арзан (50 ZAR немесе 4 USD -ден төмен)

1 -қадам: қажет бөлшектер (1 -қадам)

Сізге төмендегілер қажет болады

1) 1 Raspberry Pi (кез келген модель, мен Pi 3 қолданамын)

2) 1 нан нан

3) Кейбір өтпелі кабельдер

4) Бір Ом резисторы және екі (немесе 2.2) Ом резисторы

5) Жаңбыр сақтауға арналған ескі ұзын кесе. Мен өзімді басып шығардым (жұмсақ көшірмесі бар)

6) Ескі жаңбыр өлшеуіштің түсіретін бөлігі (Немесе сіз оны өзіңіз құрастырып, басып шығара аласыз)

7) суды өлшеу үшін миллилитрді немесе таразыны өлшейтін құрал

8) HC-SR04 ультрадыбыстық сенсоры (Оңтүстік африкалықтар оларды Communica-дан ала алады)

2 -қадам: Сіздің тізбекті құру (2 -қадам)

Мен схеманы құруға және осы жобаның питон сценарийлерін жазуға көмектесетін өте пайдалы нұсқаулықты таптым. Бұл сценарий қашықтықты есептейді және сіз оны өлшеуіш цистернасының жоғарғы жағына орнатылған сенсор мен су деңгейі арасындағы қашықтықты есептеу үшін қолданасыз.

Сіз оны мына жерден таба аласыз:

www.modmypi.com/blog/hc-sr04-ultrasonic-range-sensor-on-the-raspberry-pi

Оны зерттеңіз, схемаңызды құрыңыз, оны пи -ге қосыңыз және питон кодымен ойнаңыз. Кернеу бөлгішті дұрыс құрастырғаныңызға көз жеткізіңіз. Мен GPIO 24 пен GND арасында 2,2 Ом резисторды қолдандым.

3 -қадам: Өлшегішті жасаңыз (3 -қадам)

Сіз өлшегішті басып шығара аласыз, бар өлшегішті немесе шыныаяқты қолдана аласыз. HC-SR04 сенсоры негізгі резервуардың жоғарғы жағына бекітіледі. Оның үнемі құрғақ болатынына көз жеткізу маңызды.

HC-SR04 сенсорының өлшеу бұрышын түсіну маңызды. Сіз конустың жоғарғы жағына дәстүрлі жаңбыр өлшегіштерін бекіте алмайсыз. Мен қалыпты цилиндрлік шыныаяқ жасаймын. Тиісті дыбыс толқыны төменгі жағына түсу үшін оның жеткілікті кең екеніне көз жеткізіңіз. Менің ойымша, 75 х 300 мм ПВХ құбыры жасайды. Сигналдың цилиндрден өтіп жатқанын және кері қайтып оралатынын тексеру үшін цензордан цилиндрдің түбіне дейінгі қашықтықты сызғышпен өлшеп, TOF сенсорынан алынған қашықтықпен салыстырыңыз. түбіне дейін.

4 -қадам: Есептеулер мен калибрлеу (4 -қадам)

1 миллиметрлік жаңбыр нені білдіреді? Бір мм жаңбыр дегеніміз, егер сізде 1000мм Х 1000мм Х 1000мм немесе 1м Х 1м Х 1м куб болса, егер жаңбыр кезінде сыртта қалдырсаңыз, текшеде 1 мм жаңбыр суының тереңдігі болады. Егер сіз бұл жаңбырды 1 литрлік бөтелкеге босатсаңыз, ол бөтелкені 100 % толтырады және су да 1 кг өлшейді. Әр түрлі жаңбыр өлшегіштерде су жинау алаңдары әр түрлі. Егер өлшеуіштің жиналу аймағы 1 м X 1 м болса, бұл оңай.

Сонымен қатар, 1 грамм су шартты түрде 1 мл құрайды

Жауын -шашын мөлшерін өлшеуіштен мм -де есептеу үшін жаңбыр суын өлшегеннен кейін келесі әрекеттерді орындауға болады:

W - жауын -шашынның салмағы грамм немесе миллиметр

А - су жинау алаңы, шаршы мм

R - сіздің жалпы жауын -шашын, мм

R = W x [(1000 x 1000)/A]

W бағалау үшін HC-SR04 қолданудың екі мүмкіндігі бар (R есептеу үшін сізге W қажет).

1 -әдіс: қарапайым физиканы қолданыңыз

Https: //www.modmypi сайтынан питон сценарийінде TOF (ұшу уақыты) есептеулерін қолданып сенсормен HC-SR өлшегіштің төменгі жағына дейінгі қашықтықты өлшеңіз (Сіз мұны алдыңғы қадамда да жасадыңыз). com/blog/hc-sr04-таңқурайдағы ультрадыбыстық диапазон-сенсоры CD-ге қоңырау шалу (цилиндр тереңдігі)

Цилиндрдің ішкі түбінің ауданын шаршы мм сәйкес келетін нәрсемен өлшеңіз. Бұл IA -ға қоңырау шалыңыз.

Енді цилиндрге 2 мл су (немесе кез келген қолайлы мөлшерде) тастаңыз. Сенсорды қолдана отырып, судың жаңа деңгейіне дейінгі қашықтықты мм -мен бағалаңыз, Cal Dist_To_Water).

Судың тереңдігі мм -де:

WD = CD - Dist_To_Water (немесе цилиндрдің тереңдігі цензурадан су деңгейіне дейінгі қашықтықты алып тастағанда)

Судың болжамды салмағы жоқ

W = WD x IA мл немесе грамммен (1 мл судың салмағы 1 грамм екенін ұмытпаңыз)

Енді жауын -шашын (R) мм -де W x [(1000 x 1000)/A] көмегімен бұрын түсіндірілгендей бағалай аласыз.

2 -әдіс: Статистика көмегімен есептегішті калибрлеңіз

HC-SR04 мінсіз болмағандықтан (қателіктер пайда болуы мүмкін), сіздің цилиндріңіздің жарамдылығын өлшеу тұрақты түрде болатын сияқты.

Тәуелді айнымалы ретінде датчиктердің көрсеткіштері (немесе сенсорлық қашықтықтар) және судың инъекцияланған салмағы тәуелді айнымалы ретінде сызықтық модель құрыңыз.

5 -қадам: бағдарламалық қамтамасыз ету (5 -қадам)

Бұл жобаға арналған бағдарламалық қамтамасыз ету әлі де дамуда.

Https://www.modmypi.com/blog/hc-sr04-ultrasonic-range-sensor-on-the-raspberry-pi мекенжайындағы питон сценарийлері қолдануға жарамды болуы керек.

Attach - бұл мен әзірлеген пайдалы питон қосымшалары (Жалпыға ортақ лицензия).

Мен кейінірек толық метеостанцияның веб -интерфейсін дамытуды жоспарлап отырмын. Attach - бұл менің есептегішті калибрлеуге және сенсорлық көрсеткіштерді орындауға арналған кейбір бағдарламаларым

Өлшеуішті статистикалық калибрлеу үшін тіркеу калибрлеу сценарийін пайдаланыңыз. Деректерді электрондық кестеге талдау үшін импорттаңыз.

6 -қадам: Әлі де істеу керек (6 -қадам)

Толық болған кезде резервуарды босату үшін электромагнитті клапан қажет (сенсорға жақын)

Алғашқы жаңбыр тамшылары әрқашан дұрыс өлшенбейді, әсіресе егер өлшеуіш дұрыс тегістелмесе. Мен бұл тамшыларды дұрыс түсіру үшін дисдо өлшегіш әзірлеу үстіндемін. Келешекте менің болашағымды талқылайды.

TOF -ке температураның әсерін өлшеу үшін екінші ультрадыбыстық сенсорды орнатыңыз. Жақында мен бұл туралы жаңартуды жариялаймын.

Мен көмектесетін келесі ресурсты таптым

www.researchgate.net/profile/Zheng_Guilin3/publication/258745832_An_Innovative_Principle_in_Self-Calibration_by_Dual_Ultrasonic_Sensor_and_Application_in_Rain_Gauge/links/540d53e00cf2f2b29a38392b/An-Innovative-Principle-in-Self-Calibration-by-Dual-Ultrasonic-Sensor-and-Application-in- Rain-Gauge.pdf