Βαθμονόμηση Arduino Rain Gauge: 7 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:35

Εισαγωγή:

Σε αυτό το Instructable «κατασκευάζουμε» ένα μετρητή βροχής με το Arduino και το βαθμονομούμε για να αναφέρει καθημερινές και ωριαίες βροχοπτώσεις. Ο συλλέκτης βροχής που χρησιμοποιώ είναι ένας επαναληπτικός μετρητής βροχής του τύπου κάδου ανατροπής. Προήλθε από κατεστραμμένο προσωπικό μετεωρολογικό σταθμό. Ωστόσο, υπάρχουν πολλά υπέροχα οδηγίες για το πώς να το φτιάξετε από την αρχή.

Αυτό το Instructable είναι μέρος ενός μετεωρολογικού σταθμού που φτιάχνω και είναι μια τεκμηρίωση της μαθησιακής μου διαδικασίας μεταμφιεσμένη σε φροντιστήριο:)

Χαρακτηριστικά του μετρητή βροχής:

• Οι μετρήσεις των ημερήσιων και ωριαίων βροχοπτώσεων είναι σε ίντσες για εύκολη μεταφόρτωση στο Weather Underground.
• Ο κωδικός κατάργησης για το μαγνητικό διακόπτη δεν περιλαμβάνεται για να διατηρείται ο κώδικας απλός.
• Όντας περισσότερο ένα σεμινάριο, το τελικό προϊόν είναι περισσότερο ένα πρωτότυπο ενός πρωτοτύπου.

Βήμα 1: Μερική θεωρία

Η βροχόπτωση αναφέρεται/μετριέται σε χιλιοστά ή ίντσες που έχει τη διάσταση του μήκους. Είναι ενδεικτικό του πόσο ψηλά, κάθε τμήμα της περιοχής βροχής έβρεχε, αν το νερό της βροχής δεν είχε διαλυθεί και αποστραγγιστεί. Έτσι, μια βροχόπτωση 1,63 mm θα σήμαινε ότι εάν είχα μια επίπεδη δεξαμενή οποιουδήποτε σχήματος, το νερό της βροχής που θα συλλεγόταν θα ήταν ύψους 1,63 mm από τον πυθμένα των δεξαμενών.

Όλοι οι μετρητές βροχής έχουν περιοχή απορροής βροχοπτώσεων και μέτρηση της ποσότητας βροχόπτωσης. Η λεκάνη απορροής είναι η περιοχή πάνω από την οποία συλλέγεται η βροχή. Το αντικείμενο μέτρησης θα ήταν ένα είδος μέτρησης όγκου για ένα υγρό.

Έτσι, η βροχόπτωση σε mm ή ίντσες θα ήταν

ύψος βροχόπτωσης = όγκος βροχής που συλλέχθηκε / λεκάνη απορροής

Στον συλλέκτη βροχής μου, το μήκος και το πλάτος ήταν 11 εκατοστά επί 5 εκατοστά αντίστοιχα δίνοντας μια λεκάνη απορροής 55 τ.εκ. Έτσι, μια συλλογή 9 χιλιοστόλιτρων βροχής θα σήμαινε 9 cc/55 τετραγωνικά εκατοστά = 0,16363… cm = 1,6363… mm = 0,064 ίντσες.

Στο μετρητή βροχής του κάδου ανατροπής, ο κάδος ανατρέπεται 4 φορές για 9 ml (ή 0,064… ίντσες βροχής) και έτσι μια μόνο άκρη είναι για (9/4) ml = 2,25 ml (ή 0,0161.. ίντσες). Αν κάνουμε ανάγνωση ανά ώρα (24 μετρήσεις την ημέρα πριν από την επαναφορά), η διατήρηση τριών σημαντικών ψηφίων είναι αρκετά αξιοπρεπής.

Έτσι, σε κάθε άκρη/ανατροπή του κάδου, ο κώδικας έχει πρόσβαση σε αυτόν ως 1 ακολουθία on-off-on ή ένα κλικ. Ναι, έχουμε αναφέρει 0,0161 ίντσες βροχής. Για να επαναλάβω, από την άποψη του Arduino

ένα κλικ = 0,0161 ίντσες βροχής

Σημείωση 1: Προτιμώ το Διεθνές Σύστημα Μονάδων, αλλά το Weather Underground προτιμά τις Imperial/US μονάδες και έτσι αυτή η μετατροπή σε ίντσες.

Σημείωση 2: Εάν οι υπολογισμοί δεν είναι το φλιτζάνι σας, δοκιμάστε το Volume of Rainfall, το οποίο παρέχει τέλεια βοήθεια για τέτοια θέματα.

Βήμα 2: Μέρη για αυτό το έργο

Τα περισσότερα από τα μέρη ήταν γύρω και μια δίκαιη λίστα (για τυπικότητα) είναι

1. Arduino Uno (ή οποιοδήποτε άλλο συμβατό)
2. Μετρητής βροχής από παλιό κατεστραμμένο μετεωρολογικό σταθμό.
3. Breadboard.
4. RJ11 για να συνδέσω τον μετρητή βροχής μου στο breadboard.
5. Αντίσταση 10K ή υψηλότερη για να λειτουργήσει ως αντίσταση έλξης. Έχω χρησιμοποιήσει 15Κ.
6. 2 τεμάχια καλωδίων από jumper από άντρα σε γυναίκα
7. 2 καλώδιο άλτης από αρσενικό σε αρσενικό.
8. Καλώδιο USB; A Male to B Male

Εργαλεία:

Σύριγγα (χρησιμοποιήθηκε χωρητικότητα 12 ml)

Βήμα 3: Ο συλλέκτης βροχής

Οι φωτογραφίες του συλλέκτη βροχής μου θα πρέπει να ξεκαθαρίσουν σε πολλούς. Τέλος πάντων, η βροχή που πέφτει στη λεκάνη απορροής του διοχετεύεται σε έναν από τους δύο κάδους ανατροπής μέσα του. Οι δύο κάδοι ανατροπής συνδέονται σαν πριόνι και καθώς το βάρος του νερού της βροχής (0,0161 ίντσες βροχής για το δικό μου) ρίχνει έναν κάδο κάτω, αδειάζει και οι άλλοι κάδοι ανεβαίνουν και τοποθετούνται για να συλλέξουν το επόμενο νερό της βροχής. Η κίνηση ανατροπής μετακινεί έναν μαγνήτη πάνω από έναν «μαγνητικό διακόπτη» και το κύκλωμα συνδέεται ηλεκτρικά.

Βήμα 4: Κύκλωμα

Για να γίνει το κύκλωμα

1. Συνδέστε τον ψηφιακό ακροδέκτη #2 του Arduino στο ένα άκρο της αντίστασης.
2. Συνδέστε το άλλο άκρο της αντίστασης με τον πείρο γείωσης (GND).
3. Συνδέστε το ένα άκρο της υποδοχής RJ11 στην ψηφιακή ακίδα #2 του Arduino.
4. Συνδέστε το άλλο άκρο της υποδοχής RJ11 στον ακροδέκτη +5V του Arduino (5V).
5. Συνδέστε το μετρητή βροχής στο RJ11.

Το κύκλωμα ολοκληρώθηκε. Τα καλώδια και οι σανίδες ψαλιδιού κάνουν τις συνδέσεις πιο εύκολες.

Για να ολοκληρώσετε το έργο, συνδέστε το Arduino στον υπολογιστή χρησιμοποιώντας το καλώδιο USB και φορτώστε το σκίτσο που παρέχεται παρακάτω.

Βήμα 5: Ο Κώδικας

Το σκίτσο RainGauge.ino (ενσωματωμένο στο τέλος αυτού του βήματος) είναι καλά σχολιασμένο και έτσι θα επισημάνω τρεις ενότητες μόνο.

Ένα μέρος μετράει τον αριθμό των άκρων ανατροπής.

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

… … }

Ένα άλλο μέρος ελέγχει το χρόνο και υπολογίζει την ποσότητα βροχής

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

hourlyRain = dailyRain - dailyRain_till_LastHour; …… ……

και ένα άλλο μέρος καθαρίζει τη βροχή για την ημέρα, τα μεσάνυχτα.

εάν (τώρα.ωρη () == 0) {

DailyRain = 0; …..

Βήμα 6: Βαθμονόμηση και δοκιμή

Αποσυνδέστε τον συλλέκτη βροχής από το υπόλοιπο κύκλωμα και εκτελέστε τα παρακάτω βήματα.

1. Γεμίστε τη σύριγγα με νερό. Γεμίζω το δικό μου με 10 ml.
2. Κρατήστε τον συλλέκτη βροχής σε επίπεδη επιφάνεια και ρίξτε το νερό από τη σύριγγα σπιθαμή.
3. Κρατάω μια καταμέτρηση των κάδων ανατροπής. Τέσσερις άκρες ήταν αρκετές για μένα και αποστράγγισαν 9 ml από τη σύριγγα. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς (βλ. Ενότητα θεωρίας) πήρα το ποσό των 0,0161 ίντσες βροχής ανά άκρη.
4. Περιλαμβάνω αυτές τις πληροφορίες στον κώδικα μου στην αρχή.

const διπλός κάδος Ποσό = 0,0161;

Αυτό είναι όλο. Για μεγαλύτερη ακρίβεια, μπορεί κανείς να περιλαμβάνει περισσότερα ψηφία όπως το 0.01610595. Φυσικά, οι υπολογισμένοι αριθμοί σας αναμένεται να διαφέρουν εάν ο συλλέκτης βροχής σας δεν είναι ίδιος με τον δικό μου.

Για σκοπούς δοκιμών

1. Συνδέστε το Rain Collector στην υποδοχή RJ11.
2. Συνδέστε το Arduino στον υπολογιστή χρησιμοποιώντας το καλώδιο USB.
3. Ανοίξτε τη σειριακή οθόνη.
4. Ρίξτε προηγούμενα μετρημένες ποσότητες νερού και παρατηρήστε την έξοδο όταν ολοκληρωθεί η ώρα.
5. Μην ρίχνετε νερό αλλά περιμένετε να ολοκληρωθεί η επόμενη ώρα. Η ωριαία βροχή πρέπει να είναι μηδέν σε αυτή την περίπτωση.
6. Κρατήστε τον υπολογιστή με το συνδεδεμένο κύκλωμα να τροφοδοτηθεί όλη τη νύχτα και δείτε αν η καθημερινή βροχή και η ωριαία βροχή μηδενίζονται τα μεσάνυχτα. Για αυτό το βήμα, μπορείτε επίσης να αλλάξετε το ρολόι του υπολογιστή σε μια κατάλληλη τιμή (για να παρακολουθείτε ζωντανά τις εξόδους στη σειριακή οθόνη).

Βήμα 7: Μεταγενέστερες σκέψεις & ευχαριστίες

Η ανάλυση των ενδείξεων βροχόπτωσης στην περίπτωσή μου είναι 0,0161 ίντσες και δεν μπορεί να γίνει πιο ακριβής. Οι πρακτικές συνθήκες μπορεί να μειώσουν περαιτέρω την ακρίβεια. Οι καιρικές μετρήσεις δεν έχουν την ακρίβεια της κβαντομηχανικής.

Μέρος του κώδικα δανείστηκε από το Lazy Old Geek's Instructable.