ულტრაბგერითი წვიმის საზომი: Raspebbery Pi ღია ამინდის სადგური: ნაწილი 1: 6 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:18

კომერციულად ხელმისაწვდომი IoT (ნივთების ინტერნეტი) ამინდის სადგურები ძვირია და არ არის ხელმისაწვდომი ყველგან (როგორც სამხრეთ აფრიკაში). ექსტრემალური ამინდის პირობები გვეჯახება. SA განიცდის ურთულეს გვალვას ათწლეულების განმავლობაში, დედამიწა თბება და ფერმერები იბრძვიან წარმოების მომგებიანად, კომერციული ფერმერებისთვის მთავრობის ტექნიკური და ფინანსური მხარდაჭერის გარეშე.

ირგვლივ არის რამდენიმე ჟოლოს მეტეოროლოგიური სადგური, მაგალითად ის, რასაც Raspberry Pi Foundation ააშენებს გაერთიანებული სამეფოს სკოლებისთვის, მაგრამ ის არ არის ხელმისაწვდომი ფართო საზოგადოებისთვის. არსებობს უამრავი შესაფერისი სენსორი, ზოგი ანალოგი, ზოგი ციფრული, ზოგი მყარი მდგომარეობა, ზოგი მოძრავი ნაწილებით და ზოგი ძალიან ძვირადღირებული სენსორები, როგორიცაა ულტრაბგერითი ანემომეტრი (ქარის სიჩქარე და მიმართულება)

მე გადავწყვიტე ღია კოდის, ღია ტექნიკის მეტეოროლოგიური სადგურის მშენებლობა, სადაც სამხრეთ აფრიკაში არსებული ნაწილები შეიძლება იყოს ძალიან სასარგებლო პროექტი და მე ბევრი გართობა მექნება (და რთული თავის ტკივილი).

მე გადავწყვიტე დავიწყო მყარი მდგომარეობის (მოძრავი ნაწილების გარეშე) წვიმის საზომით. იმ საფეხურზე გადასვლის ტრადიციულმა თაიგულმა იმ ეტაპზე ჩემზე დიდი შთაბეჭდილება არ მოახდინა (ისიც კი მეგონა, რომ მე არასოდეს გამომიყენებია). ასე რომ, ვფიქრობდი, წვიმა წყალია და წყალი ელექტროენერგიას ატარებს. არსებობს მრავალი ანალოგური რეზისტენტული სენსორი, სადაც წინააღმდეგობა მცირდება წყალთან კონტაქტისას. ვფიქრობდი, რომ ეს იქნება სრულყოფილი გამოსავალი. სამწუხაროდ, ეს სენსორები განიცდიან ყველა სახის ანომალიას, როგორიცაა ელექტროლიზი და დეოქსიდაცია და ამ სენსორების კითხვა არასანდო იყო. მე კი ვაშენებ ჩემს უჟანგავი ფოლადის ზონდებს და რელეს პატარა მიკროსქემის დაფას, რათა შევქმნა ალტერნატიული პირდაპირი დენი (მუდმივი 5 ვოლტი, მაგრამ პოზიტიური და უარყოფითი პოლუსები მონაცვლეობით) ელექტროლიზის აღმოსაფხვრელად, მაგრამ კითხვები მაინც არასტაბილური იყო.

ჩემი უახლესი არჩევანი არის ულტრაბგერითი ხმის სენსორი. ამ სენსორს, რომელიც დაკავშირებულია ლიანდაგის ზედა ნაწილთან, შეუძლია გაზომოთ მანძილი წყლის დონემდე. ჩემდა გასაკვირად ეს სენსორები იყო ძალიან ზუსტი და ძალიან იაფი (50 ZAR– ზე ნაკლები ან 4 აშშ დოლარი)

ნაბიჯი 1: საჭირო ნაწილები (ნაბიჯი 1)

თქვენ დაგჭირდებათ შემდეგი

1) 1 Raspberry Pi (ნებისმიერი მოდელი, მე ვიყენებ Pi 3)

2) 1 პურის ბორდი

3) ზოგიერთი მხტუნავი კაბელი

4) ერთი Ohms resistor და ორი (ან 2.2) Ohms resistor

5) ძველი გრძელი ჭიქა წვიმის შესანახად. მე დავბეჭდე ჩემი (ხელმისაწვდომია რბილი ასლი)

6) ძველი სახელმძღვანელო წვიმის საზომი აღების ნაწილი (ან შეგიძლიათ შექმნათ თქვენი საკუთარი და დაბეჭდოთ)

7) საზომი მოწყობილობა მილილიტრების გასაზომად ან წყლის წონა

8) HC-SR04 ულტრაბგერითი სენსორი (სამხრეთ აფრიკელებს შეუძლიათ მიიღონ ისინი Communica– დან)

ნაბიჯი 2: შექმენით თქვენი წრე (ნაბიჯი 2)

ვიპოვე ძალიან სასარგებლო სახელმძღვანელო, რომელიც დამეხმარება სქემის აგებაში და ამ პროექტის პითონის სკრიპტების დაწერაში. ეს ნაკაწრი გამოითვლის დისტანციებს და თქვენ გამოიყენებთ მას გამოსათვლელად მანძილი სენსორს შორის, რომელიც დამონტაჟებულია თქვენი საზომი ავზის ზედა ნაწილსა და წყლის დონეს შორის

თქვენ შეგიძლიათ იპოვოთ აქ:

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

შეისწავლეთ იგი, შექმენით თქვენი წრე, დაუკავშირეთ იგი თქვენს პი -ს და ითამაშეთ პითონის კოდით. დარწმუნდით, რომ სწორად ააშენეთ ძაბვის გამყოფი. მე გამოვიყენე 2.2 ohms რეზისტორი GPIO 24 -სა და GND- ს შორის.

ნაბიჯი 3: შექმენით თქვენი მაჩვენებელი (ნაბიჯი 3)

თქვენ შეგიძლიათ დაბეჭდოთ თქვენი ლიანდაგი, გამოიყენოთ არსებული ლიანდაგი ან ჭიქა. HC-SR04 სენსორი იქნება დამაგრებული თქვენი ლიანდაგის მთავარი ავზის თავზე. მნიშვნელოვანია დარწმუნდეთ, რომ ის ყოველთვის მშრალი დარჩება.

მნიშვნელოვანია გვესმოდეს თქვენი HC-SR04 სენსორის გაზომვის კუთხე. თქვენ არ შეგიძლიათ მიამაგროთ იგი ტრადიციული წვიმის საზომების კონუსის ზედა ნაწილზე. მე ჩვეულებრივი ცილინდრული ჭიქა გავაკეთებ. დარწმუნდით, რომ ის საკმარისად ფართოა იმისათვის, რომ სათანადო ბგერითი ტალღა ძირს დაეშვას. მე ვფიქრობ, რომ 75 x 300 მმ PVC მილი გააკეთებს. იმის შესამოწმებლად, სიგნალი გადის თუ არა თქვენს ცილინდრში და სწორად ბრუნდება უკან, გაზომეთ მანძილი ცენზორიდან ცილინდრის ბოლომდე მრგვალით, შეადარეთ ეს გაზომვა მანძილს, რომელსაც მიიღებთ სენსორიდან TOF (ფრენის დრო) სავარაუდო მანძილი ბოლომდე.

ნაბიჯი 4: გათვლები და დაკალიბრება (ნაბიჯი 4)

რას ნიშნავს 1 მილიმეტრიანი წვიმა? ერთი მმ წვიმა ნიშნავს, რომ თუ გქონდათ კუბური 1000 მმ X 1000 მმ X 1000 მმ ან 1 მ X 1 მ X 1 მ, კუბს ექნება 1 მმ სიღრმის წვიმის წყალი, თუ გარეთ დატოვებთ წვიმის დროს. თუ თქვენ გადაწურავთ ამ წვიმას 1 ლიტრიან ბოთლში, ის ბოთლს 100 % -ით შეავსებს და წყალი ასევე 1 კილოგრამს შეაფასებს. სხვადასხვა წვიმის მრიცხველებს აქვთ განსხვავებული წყალშემკრები აუზები. თუ თქვენი გამრიცხველიანების ფართობი იყო 1 მ X 1 მ, ადვილია.

ასევე, 1 გრამი წყალი არის ჩვეულებრივი 1 მლ

ნალექების გამოთვლა მმ -ით თქვენი ლიანდაგიდან შეგიძლიათ გააკეთოთ შემდეგი წვიმის წყლის აწონვის შემდეგ:

W არის ნალექის წონა გრამში ან მილილიტრში

A არის თქვენი წყალშემკრები ტერიტორია კვადრატულ მმ -ში

R არის თქვენი საერთო ნალექი მმ -ში

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

WC– ის გამოსაყენებლად HC-SR04– ის გამოყენების ორი შესაძლებლობა არსებობს (R– ს გამოსათვლელად გჭირდებათ W).

მეთოდი 1: გამოიყენეთ ჩვეულებრივი ფიზიკა

გაზომეთ მანძილი HC-SR– დან თქვენი ლიანდაგის ბოლომდე (თქვენ ამას აკეთებდით ასევე წინა ეტაპზე) სენსორთან ერთად პითონის სკრიპტში TOF (ფრენის დრო) გამოთვლებით https://www.modmypi. com/blog/hc-sr04-ultrasonic-range-sensor-on-the-raspberry-pi დარეკეთ ამ CD- ზე (ცილინდრის სიღრმე)

გაზომეთ თქვენი ცილინდრის შიდა ფსკერის ფართობი კვადრატულ მმ -ში შესაფერისი ნებისმიერით. დაუძახეთ ამას IA.

ახლა ჩაასხით 2 მლ წყალი (ან ნებისმიერი შესაფერისი რაოდენობა) თქვენს ცილინდრში. ჩვენი სენსორის გამოყენებით, შეაფასეთ მანძილი წყლის ახალ დონემდე მმ -ით, Cal this Dist_To_Water).

წყლის სიღრმე (WD) მმ -ში არის:

WD = CD - Dist_To_Water (ან ცილინდრის სიღრმე გამოკლებული მანძილი ცენზორიდან წყლის დონემდე)

წყლის სავარაუდო წონა არ არის

W = WD x IA მლ ან გრამი (გახსოვდეთ 1 მლ წყლის წონა 1 გრამი)

ახლა თქვენ შეგიძლიათ შეაფასოთ ნალექი (R) მმ -ში W x [(1000 x 1000)/A] როგორც ადრე იყო ახსნილი.

მეთოდი 2: დააკალიბრეთ თქვენი მრიცხველი სტატისტიკით

ვინაიდან HC-SR04 არ არის სრულყოფილი (შეცდომები შეიძლება მოხდეს), როგორც ჩანს, ის მაინც მუდმივია გაზომვისას, არის თუ არა შესაფერისი თქვენი ცილინდრი.

შექმენით ხაზოვანი მოდელი სენსორული მაჩვენებლებით (ან სენსორული დისტანციებით), როგორც დამოკიდებული ცვლადი და წყლის ინექციური წონა, როგორც დამოკიდებული ცვლადი.

ნაბიჯი 5: პროგრამული უზრუნველყოფა (ნაბიჯი 5)

ამ პროექტის პროგრამული უზრუნველყოფა ჯერ კიდევ დამუშავების პროცესშია.

პითონის სკრიპტები https://www.modmypi.com/blog/hc-sr04-ultrasonic-range-sensor-on-the-raspberry-pi გამოსაყენებელი უნდა იყოს.

მიმაგრება არის პითონის ზოგიერთი სასარგებლო პროგრამა (ზოგადი საჯარო ლიცენზია), რომელიც შემუშავებულია ჩემს მიერ.

მე ვგეგმავ შემდგომ ვებ – ინტერფეისის შემუშავებას სრული ამინდის სადგურისთვის. მიმაგრება არის ჩემი ზოგიერთი პროგრამა, რომელიც გამოიყენება მრიცხველის დაკალიბრებისთვის და სენსორული კითხვების შესასრულებლად

გამოიყენეთ მიმაგრების დაკალიბრების სკრიპტი, რომ გაზომოთ სტატისტიკურად. მონაცემთა იმპორტი ცხრილში გასაანალიზებლად.

ნაბიჯი 6: ჯერ კიდევ გასაკეთებელი (ნაბიჯი 6)

სოლენოიდის სარქველი საჭიროა სატანკო დაცლისას (სენსორთან ახლოს)

წვიმის პირველი წვეთები ყოველთვის სწორად არ იზომება, განსაკუთრებით იმ შემთხვევაში, თუ ლიანდაგი არ არის სათანადოდ გასწორებული. მე ვმუშაობ დისტრო მრიცხველის შემუშავებაზე, რომ ეს წვეთები სწორად დავიჭირო. უარყოფითად განისაზღვრება ჩემი მომავალი.

განათავსეთ მეორე ულტრაბგერითი სენსორი ტემპერატურის ეფექტის გასაზომად TOF- ზე. მალე დავდებ განახლებას ამის შესახებ.

მე ვიპოვე შემდეგი რესურსი, რომელიც შეიძლება დაგეხმაროთ

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