Calibrazione del pluviometro Arduino: 7 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Introduzione:

In questo Instructable 'costruiamo' un pluviometro con Arduino e lo calibriamo per segnalare le precipitazioni giornaliere e orarie. Il collettore di pioggia che sto usando è un pluviometro riutilizzato del tipo a secchio ribaltabile. Proviene da una stazione meteorologica personale danneggiata. Tuttavia ci sono molti ottimi Instructables su come crearne uno da zero.

Questo Instructable fa parte di una stazione meteorologica che sto realizzando ed è una documentazione del mio processo di apprendimento travestito da tutorial:)

Caratteristiche del pluviometro:

• le misurazioni delle precipitazioni giornaliere e orarie sono espresse in pollici per un facile caricamento su Weather Underground.
• il codice antirimbalzo per l'interruttore magnetico non è incluso per mantenere il codice semplice.
• essendo più un tutorial il prodotto finito è più un prototipo di un prototipo.

Passaggio 1: un po' di teoria

Le precipitazioni sono riportate/misurate in millimetri o pollici che hanno la dimensione della lunghezza. È indicativo di quanto in alto, ogni porzione di area piovosa ha ricevuto la pioggia, se l'acqua piovana non si fosse dissipata e drenata. Quindi, una pioggia di 1,63 mm significherebbe che se avessi un serbatoio livellato di qualsiasi forma l'acqua piovana raccolta sarebbe di un'altezza di 1,63 mm dal fondo del serbatoio.

Tutti i pluviometri hanno un bacino idrografico e una misurazione della quantità di pioggia. Il bacino di utenza è la regione su cui viene raccolta la pioggia. L'oggetto di misurazione sarebbe una sorta di misurazione del volume per un liquido.

Quindi la pioggia in mm o pollici sarebbe

altezza della pioggia = volume di pioggia raccolta / bacino idrografico

Nel mio raccoglitore di pioggia, la lunghezza e la larghezza erano rispettivamente di 11 cm per 5 cm, dando un bacino di utenza di 55 cmq. Quindi una raccolta di 9 millilitri di pioggia significherebbe 9 cc/55 cmq = 0,16363… cm = 1,6363… mm = 0,064 pollici.

Nel pluviometro a secchiello ribaltabile, il secchio si ribalta 4 volte per 9 ml (o 0,064… pollici di pioggia) e quindi un singolo puntale è per (9/4) ml = 2,25 ml (o 0,0161… pollici). Se prendiamo letture orarie (24 letture al giorno prima dei reset) mantenere una precisione di tre cifre significative è abbastanza decente.

Pertanto, ad ogni ribaltamento/rotazione del secchio, il codice vi accede come 1 sequenza on-off-on o un clic. Sì, abbiamo riportato 0,0161 pollici di pioggia. Per ripetere, dal punto di vista Arduino

un clic = 0,0161 pollici di pioggia

Nota 1: preferisco il sistema internazionale di unità, ma Weather Underground preferisce le unità imperiali/americane e quindi questa conversione in pollici.

Nota 2: se i calcoli non fanno per te, vai su Volume of Rainfall che fornisce un aiuto perfetto per tali questioni.

Passaggio 2: parti per questo progetto

La maggior parte delle parti erano in giro e un elenco equo (per formalità) è

1. Arduino Uno (o qualsiasi altro compatibile)
2. Pluviometro dalla vecchia stazione meteorologica danneggiata.
3. Tagliere.
4. RJ11 per collegare il mio pluviometro alla breadboard.
5. Resistore da 10K o superiore per fungere da resistore di pull-up. Ho usato 15K.
6. 2 pezzi di ponticelli maschio-femmina
7. 2 ponticelli maschio-maschio.
8. Cavo USB; A maschio a B maschio

Utensili:

Siringa (è stata utilizzata una capacità di 12 ml)

Passaggio 3: il collezionista di pioggia

Le foto del mio collezionista di pioggia dovrebbero chiarire le cose a molti. Ad ogni modo, la pioggia che cade sul suo bacino di utenza viene convogliata in uno dei due secchi ribaltabili al suo interno. I due secchi ribaltabili sono collegati come un'altalena e quando il peso dell'acqua piovana (0,0161 pollici di pioggia per il mio) fa cadere un secchio verso il basso, viene svuotato e gli altri secchi si alzano e si posizionano per raccogliere l'acqua piovana successiva. Il movimento di ribaltamento sposta un magnete su un "interruttore magnetico" e il circuito viene collegato elettricamente.

Passaggio 4: circuito

Per fare il circuito

1. Collega il pin digitale n. 2 di Arduino a un'estremità del resistore.
2. Collegare l'altra estremità del resistore al pin di terra (GND).
3. Collega un'estremità del jack RJ11 al pin digitale n. 2 di Arduino.
4. Collegare l'altra estremità del jack RJ11 al pin +5V di Arduino (5V).
5. Collegare il pluviometro all'RJ11.

Il circuito è completo. I cavi dei ponticelli e la breadboard rendono le connessioni più facili da realizzare.

Per completare il progetto collega l'Arduino al PC tramite il cavo USB e carica lo sketch fornito di seguito.

Passaggio 5: il codice

Lo schizzo RainGauge.ino (incorporato alla fine di questo passaggio) è ben commentato e quindi indicherò solo tre sezioni.

Una parte conta il numero di punte della benna ribaltabile.

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

… … }

Un'altra parte controlla il tempo e calcola la quantità di pioggia

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

hourlyRain = dailyRain - dailyRain_till_LastHour; …… ……

e un'altra parte cancella la pioggia per il giorno, a mezzanotte.

if(ora.ora() == 0){

pioggia giornaliera = 0; …..

Passaggio 6: calibrazione e test

Scollegare il Rain Collector dal resto del circuito ed eseguire i seguenti passaggi.

1. Riempi la siringa d'acqua. Riempio il mio con 10 ml.
2. Tenere il Rain Collector su una superficie piana e versare l'acqua dalla siringa poco a poco.
3. Tengo il conto dei secchi ribaltabili. Mi sono bastate quattro punte e ho scaricato 9 ml dalla siringa. Secondo i calcoli (vedi sezione teoria) ho ottenuto la quantità di 0,0161 pollici di pioggia per punta.
4. All'inizio includo queste informazioni nel mio codice.

const double bucketAmount = 0,0161;

Questo è tutto. Per una maggiore precisione, si possono includere più cifre come 0,01610595. Ovviamente i tuoi numeri calcolati dovrebbero variare se il tuo Rain Collector non è identico al mio.

A scopo di test

1. Collegare il Rain Collector alla presa RJ11.
2. Collega Arduino al PC usando il cavo USB.
3. Apri il monitor seriale.
4. Versare le quantità d'acqua precedentemente misurate e osservare l'uscita quando l'ora è passata.
5. Non versare acqua ma attendere che l'ora successiva sia completata. La pioggia oraria deve essere zero in questo caso.
6. Mantieni il PC con il circuito collegato alimentato durante la notte e verifica se la pioggia giornaliera e la pioggia oraria si azzerano a mezzanotte. Per questo passaggio si può anche modificare l'orologio del PC ad un valore opportuno (per vedere in diretta le uscite sul monitor seriale).

Passaggio 7: ripensamenti e ringraziamenti

La risoluzione delle letture delle precipitazioni nel mio caso è di 0,0161 pollici e non può essere resa più accurata. Le circostanze pratiche possono ridurre ulteriormente la precisione. Le misurazioni meteorologiche non hanno la precisione della meccanica quantistica.

Parte del codice è stato preso in prestito da Instructable di Lazy Old Geek.