Kippeimer-Regenmesser

Notwendige Werkzeuge und Maschinen

	3D-Drucker (generisch)
	Lötkolben (generisch)

Über dieses Projekt

Dies ist ein Kippeimer-Regenmesser, der auf Regenmessern basiert, die von professionellen Meteorologen verwendet werden. Das Gerät funktioniert, indem Regenwasser auf einen Kippeimer geleitet wird, der einer Wippe ähnelt, wobei an jedem Ende ein Eimer mit ca. 2 ml Regenwasser enthalten ist. Wenn sich eine Seite füllt, kippt der Eimer und das Regenwasser beginnt sich im gegenüberliegenden Eimer zu sammeln. Jedes Mal, wenn der Eimer kippt, wird ein Reed-Schalter vorübergehend eingeschaltet und sendet ein Signal an den Arduino-Hardware-Interrupt. Der Arduino verfolgt jede "Spitze" jedes Eimers und wandelt die "Spitzen" in die Niederschlagsmenge (Zoll Regen) um, basierend auf dem Volumen des Eimers und der Oberfläche des Sammelbehälters (16.605 Quadratzoll).

Das Innendisplay verfügt über eine Menüauswahl, um die Gesamtsummen „aktuelle Stunde“, „vorherige Stunde“, „aktueller Tag“ und „vorheriger Tag“ anzuzeigen.

Für jede Schaufelspitze wird ein Ereignis mit Datumsstempel in eine SD-Kartendatei geschrieben. Diese Datei kann später zur Analyse und Diagrammerstellung in Excel importiert werden.

Obwohl ich kein Video habe, das die tatsächliche "Eimerspitze" zeigt, zeigt dieses Video die Aufzeichnung des tatsächlichen Niederschlagsereignisses.

Schritt 1

Drucken Sie alle aufgeführten Komponenten aus. Ich habe PETG für alle Komponenten verwendet, da es sich um ein Material handelt, das sich gut für UV-Belichtung und Temperaturbelastung für den Außeneinsatz eignet. Stellen Sie beim oberen Filter sicher, dass alle horizontalen Schalen (oben und unten) ausgeschaltet sind, um das poröse Detail zu erstellen.

Schritt 2

Bevor Sie mit der Montage der Frontplattenplatine beginnen, setzen Sie das LCD auf die PY-5 * 10CM-Platine (ohne Löten) mit Pin 1 des LCD in die C-1-Lochposition auf der Platine. Bohren Sie an den Stellen der vier Befestigungslöcher für die LCD-Platine durch die Perf-Platine. Entfernen Sie nun das LCD für die spätere Montage.

Schritt 3

Platine der Frontplatte zusammenbauen. Platzieren Sie 74HC595N Schieberegister-IC, Schalter und Widerstände wie gezeigt. Verlegen Sie alle erforderlichen Kabel (siehe Schaltplan) zu den Positionspunkten, die am LCD-Display befestigt werden, sowie zu einer Länge von 6 Zoll, die verlängert wird, um später mit der zweiten Platine verbunden zu werden.

Schritt 4

Montieren Sie das LCD auf der Frontplattenplatine, indem Sie die gedruckten Abstandshalter verwenden, um das LCD anzuheben, um den IC freizugeben. Mit 3 mm x 15 mm Kopfschrauben und Muttern befestigen. (Alle Befestigungselemente sind über Fastenal und/oder McMaster Carr erhältlich)

Schritt 5

Montieren Sie die Hauptplatine, indem Sie Arduino mit Pin D12 an der Lochposition R27 auf der Platine einsetzen. Fügen Sie Kondensatoren und Widerstände hinzu und führen Sie alle Kabel zu den Stellen, bevor Sie SD- und RTC-Module einsetzen. Siehe Schaltplan für alle Details.

Schritt 6

Montieren Sie den SD-Leser an den Lochpositionen A-3 bis B-10. Montieren Sie TinyRTC an den Lochpositionen C-24 bis I-24. Löten Sie alle Anschlüsse.

Schritt 7

Bohren Sie am Steuergehäuse des Innengeräts Löcher an einer Stelle, die Ihren Anforderungen am besten entspricht, für die beiden Kabel, die zum Außengerät führen, sowie Löcher für Kabel, die von einer externen Stromversorgung oder einer Wandwarze kommen. Führen Sie die Drähte in das Gehäuse durch und löten Sie an den entsprechenden Stellen. Schieben Sie die Hauptplatine in das Gehäuse und befestigen Sie sie mit zwei 3 mm x 6 mm langen Schrauben. Taster für Schalter durch Frontabdeckung stecken und Frontplatine mit 3 mm x 6 mm langen Schrauben an der Frontplatte befestigen. Hinweis:Ich habe anstelle des bedruckten Teils ein kleines Messingdrehstück für den Schalterknopf verwendet, da mir das "Gefühl" besser gefallen hat.

Schritt 8

Befestigen Sie die Frontabdeckung mit einer M3-0,5 x 10 mm langen Flachkopfschraube

.

Schritt 9

Schließen Sie den USB an den PC an und laden Sie das RTC-Programm hoch, um die Uhrzeit einzustellen. Nachdem die Uhr eingestellt ist, laden Sie das Hauptprogramm hoch. SD-Karte einlegen. Testen Sie das Gerät, indem Sie die Kabel zum Reed-Schalter am Außengerät kurzschließen. Die Niederschlagssummen sollten für jedes Kurzschlussereignis (Kontakt geschlossen) erhöht werden. Überprüfen Sie, ob die SD-Karte das Datum liest, indem Sie sie mit einem Texteditor wie Notepad oder WordPad auf einem Computer lesen. Es sollte eine Datei namens "Text.txt" geben. Die Datei hat einen Datumsstempel für jedes „Tipp“-Ereignis.

Schritt 10

Bringen Sie den Reed-Schalter an der Sub Base an. Verwenden Sie Kabelbinder, um sie an Ort und Stelle zu halten. Montieren Sie einen Magneten am Buck und montieren Sie den Bucket mit einem kurzen Stück Messingrohr mit einem Durchmesser von 1/8 "Durchmesser (ca. 2" lang). Beachten Sie, dass Sie vor dem Zusammenbau einen 1/8"-Bohrer durch die Löcher im Eimer führen, um ihn zu reinigen. Der Eimer muss leicht und ohne Reibung kippen. Verwenden Sie bei Bedarf eine kleine runde Feile in den Löchern des Eimers. Fügen Sie eine kleine 1/8"-Unterlegscheibe an der äußerste Seite des Eimers, um den Abstand etwas zu verkleinern. Bestimmen Sie, wie Sie das Außengerät montieren. Ich habe 1 "Aluminiumwinkel verwendet. Befestigen Sie die Basis mit 1/4-20 Sechskantschrauben von innen nach außen an dem Winkel oder der Halterung. Befestigen Sie die Unterplatte mit M3-0,5 x 10 mm Schrauben an der Unterseite der Außeneinheit.

Schritt 11

Trichter in das obere Gehäuse einsetzen. Schneiden Sie ca. 24 Stück 2" langer verzinkter Draht mit einer Länge von 18 Gauge. Halten Sie ein Stück Draht mit einer Zange fest, erhitzen Sie es mit einer Taschenlampe oder einem Feuerzeug und drücken Sie es vorsichtig in die Kunststoffoberseite. Diese Drähte halten Vögel davon ab, sich auf das Gerät zu setzen. Sie möchten die Regenmenge messen kein Vogelkot. Befestigen Sie das Oberteil mit (4) M3-0,5x 6-mm-Schrauben am Hauptgehäuse. Installieren Sie den Filter in der Trichteroberseite. Dieser Filter hält Blätter fern und verhindert ein Verstopfen. Denken Sie daran, gelegentlich zu überprüfen und bei Bedarf zu reinigen.

Schritt 12

Montieren Sie das Außengerät und führen Sie die Kabel zum Innengerät. Stellen Sie sicher, dass die Oberseite des Außengeräts in beide Richtungen eben ist.

Schritt 13

Schalten Sie das Gerät ein und füllen Sie das Außengerät mit Wasser, um den Betrieb zu überprüfen.

Schritt 14 (optional)

Um die Genauigkeit zu überprüfen, können Sie sehr LANGSAM eine Tasse Wasser hinzufügen und überprüfen, ob die Einheit 0,87" Niederschlag misst. (Eine Tasse =14,44 Kubikzoll. Die Kollektorfläche beträgt 16,605" [Regenfall =14,44 Kubikzoll. /16.605"=0.87"]. Sie können den Korrekturfaktor im Hauptprogramm anpassen, wenn Ihr Gerät von meinem abweicht.

Herzliche Glückwünsche!! Genießen Sie es, Ihren Niederschlag zu verfolgen.

Code

• Arduino-Code zum Einstellen der Uhrzeit auf RTC
• Hauptprogramm Arduino-Code für Regenmesser

Arduino-Code zum Einstellen der Uhrzeit auf RTCArduino

#include "Wire.h"#define DS1307_I2C_ADDRESS 0x68 // die I2C-Adresse von Tiny RTCbyte Sekunde, Minute, Stunde, TagOfWeek, TagOfMonth, Monat, Jahr;/ / Konvertieren Sie normale Dezimalzahlen in binär codierte Dezimalzahlen decToBcd(byte val){return ( (val/10*16) + (val%10));} // Konvertieren Sie binär codierte Dezimalzahlen in normale Dezimalzahlenbyte bcdToDec(byte val){return ( (val/16*10) + (val%16) );}// Funktion zum Einstellen der aktuellen Zeit, ändern Sie die Sekunde&Minute&Stunde in die richtige Zeitvoid setDateDs1307(){Sekunde =00;Minute =11;Stunde =12;TagOfWoche =5;dayOfMonth =24;Monat =7;Jahr=20;Wire.beginTransmission(DS1307_I2C_ADDRESS);Wire.write(decToBcd(0));Wire.write(decToBcd(second)); // 0 bis Bit 7 startet die UhrWire.write(decToBcd(minute));Wire.write(decToBcd(hour)); // Wenn Sie 12 Stunden am/pm wollen, müssen Sie // Bit 6 setzen (auch readDateDs1307)Wire.write(decToBcd(dayOfWeek));Wire.write(decToBcd(dayOfMonth));Wire.write(decToBcd .) (Monat));Wire.write(decToBcd(year));Wire.endTransmission();}// Funktion zum Abrufen von Datum und Uhrzeit vom ds1307 und Ausgabe des resultvoid getDateDs1307(){// Zurücksetzen des RegisterzeigersWire.beginTransmission( DS1307_I2C_ADDRESS);Wire.write(decToBcd(0));Wire.endTransmission();Wire.requestFrom(DS1307_I2C_ADDRESS, 7);second =bcdToDec(Wire.read() &0x7f);Minute =bcdToDec(Wire.read() );Stunde =bcdToDec(Wire.read() &0x3f); // Muss dies ändern, wenn 12 Stunden am/pmdayOfWeek =bcdToDec(Wire.read());dayOfMonth =bcdToDec(Wire.read());month =bcdToDec(Wire.read());year =bcdToDec(Wire. read());Serial.print(Stunde, DEZ);Serial.print(":");Serial.print(Minute, DEC);Serial.print(":");Serial.print(Sekunde, DEC); Serial.print("");Serial.print(Monat, DEC);Serial.print("/");Serial.print(dayOfMonth, DEC);Serial.print("/");Serial.print(Jahr, DEC);Serial.print(" ");Serial.println();//Serial.print("Wochentag:");}void setup() {Wire.begin();Serial.begin(19200); setDateDs1307(); // Aktuelle Zeit einstellen;}void loop () {delay (2000); getDateDs1307 (); // die Zeitdaten von der winzigen RTC abrufen}

Hauptprogramm Arduino-Code für RegenmesserArduino

/*Tipping Bucket Rain GaugeWritten by Bob Torrence*/#include #include #include #include "RTClib.h"#include  // enthält die LiquidCrystal Library (spezielle Version) ref https://roboindia.com/ Tutorials/arduino-3-pin-serial-lcd/// Definieren von LCD und Pins für die Schnittstelle.LiquidCrystal_SR lcd(6, 5, 9); // Pin 6 - Data Enable/ SER, Pin 5 - Clock/SCL, Pin 9 -SCKRTC_DS3231 rtc;int backlight =7; // der Pin, an dem die LED mit Pin 7 (D7) verbunden ist // Konstanten ändern sich nicht. Sie werden hier verwendet, um Pin-Nummern zu setzen:const byte InterruptPin_bucket =3;const byte InterruptPin_menu =2;// Variablen ändern sich:volatile int Bucket_Tip_Occurence;volatile int Menu_Select;float Bucket_tip_hour_total =0;float Bucket_tip_current_hour_total =0;float Bucket_tip_current_hour_total =0;float Bucket_tip_current_hour_total =;float Bucket_tip_current_day_total =0;float Bucket_tip_vorheriger_day_total =0;int current_minute;int loop_minute;int current_hour;int loop_hour;int current_day;int loop_day;int tip_counter;float Conversion_factor =.00854; // Zoll Regen pro Spitze - berechnet durch Messung des Eimervolumens und der Kollektorfläche (16.605 sq.in.)volatile unsigned long backlightOfftime;volatile unsigned long backlightOnDuration=30000; // Dauer (Millisekunden), die die Hintergrundbeleuchtung nach dem Menüauswahlknopf angeschaltet bleibt PushString print_time (DateTime timestamp) { char message[120]; int Jahr =Zeitstempel.Jahr(); int Monat =Zeitstempel.Monat(); int Tag =Zeitstempel.Tag(); int Stunde =Zeitstempel.Stunde(); int Minute =Zeitstempel.Minute(); int Sekunde=Zeitstempel.Sekunde(); sprintf(Nachricht, "%02d:%02d:%02d %02d/%02d", Stunde,Minute,Sekunde,Monat,Tag); Nachricht zurückgeben;}Datei myFile;void setup() { lcd.begin (16,2); // Initialisiert die Schnittstelle zum LCD-Bildschirm und gibt die Abmessungen (Breite und Höhe) des Displays an lcd.home(); // Cursor auf Home setzen, d.h. 0,0 rtc.begin(); // Verwendung der Echtzeituhr-Variablen einleiten pinMode (10, OUTPUT); PinMode (Hintergrundbeleuchtung, AUSGANG); // Die LED als Ausgang deklarieren DigitalWrite (Hintergrundbeleuchtung, HOCH); // LCD-Hintergrundbeleuchtung einschalten backlightOfftime =millis () + backlightOnDuration; // Stellen Sie die anfängliche Zeitverzögerung für die LCD-Hintergrundbeleuchtung ein, wenn (! SD.begin (4)) {lcd.print ("SD-Karte einfügen"); Rückkehr; } // Richten Sie unseren digitalen Pin als Interrupt für Bucket pinMode (interruptPin_bucket, INPUT_PULLUP) ein; attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(interruptPin_bucket), count, FALLING); // Richten Sie unseren digitalen Pin als Interrupt für Bucket pinMode ein (interruptPin_menu, INPUT_PULLUP); attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(interruptPin_menu), menu, RISING); myFile =SD.open("test.txt", FILE_WRITE); if (myFile) { myFile.println ("Regenmesser bereit - Gerät eingeschaltet"); meineDatei.close(); } DateTime now =rtc.now(); aktuelle_minute =jetzt.minute(); loop_minute =now.minute(); aktuelle_Stunde =jetzt.Stunde(); loop_hour =now.hour(); lcd.setCursor (0,0); lcd.print (Druckzeit (jetzt)); // Druckt "Arduino" auf dem LCD lcd.setCursor(1,1); lcd.print ("Regenmesser"); }void loop () { DateTime now =rtc.now (); aktuelle_minute =jetzt.minute(); loop_minute =now.minute(); aktuelle_Stunde =jetzt.Stunde(); loop_hour =now.hour(); aktueller_Tag =jetzt.Tag(); loop_day =now.day(); // Schleife beginnen, um die aktuellen Tagessummen zu ermitteln while (loop_day - current_day ==0){ // Schleife beginnen, um die aktuellen Stundensummen zu ermitteln while (loop_hour - current_hour ==0) { if (millis ()> backlightOfftime) { digitalWrite (Hintergrundbeleuchtung, NIEDRIG); } if (Bucket_Tip_Occurence ==1) { Bucket_Tip_Occurence =0; tip_counter =tip_counter + 1; DatumZeit jetzt =rtc.now(); myFile =SD.open("test.txt", FILE_WRITE); myFile.print("Ereignis"); myFile.print(now.year(), DEC); myFile.print('/'); myFile.print(now.month(), DEC); myFile.print('/'); myFile.print(now.day(), DEC); meineDatei.print(" "); myFile.print(now.hour(), DEC); myFile.print(':'); myFile.print(now.minute(), DEC); myFile.print(':'); myFile.print(now.second(), DEC); meineDatei.print(" "); myFile.print(conversion_factor,5); meineDatei.println(); meineDatei.close(); Verzögerung (200); aufrechtzuerhalten. Sonst {//Überprüfe den aktuellen Stundenstatus DateTime now =rtc.now(); loop_hour=now.hour();} switch (Menu_Select) { Fall 1:lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Aktuelle Stunde"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print (tip_counter * Conversion_factor); Verzögerung (500); brechen; Fall 2:lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Vorherige Stunde"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print (Bucket_tip_vorherige_Stunde_Gesamt); Verzögerung (500); brechen; Fall 3:lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Aktueller Tag"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print (Bucket_tip_current_day_total + tip_counter * Conversion_Faktor); Verzögerung (500); brechen; Fall 4:lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Vorheriger Tag"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print (Bucket_tip_vorheriger_Tag_gesamt); // lcd.print (print_time (jetzt)); Verzögerung (500); brechen; } } DateTime now =rtc.now(); // Zähler für die nächste Stunde zurücksetzen loop current_hour =now.hour(); loop_day =now.day(); loop_hour=now.hour(); //Summieren der aktuellen Stundensumme Bucket_tip_vorherige_hour_total =tip_counter * Conversion_factor; Bucket_tip_current_day_total =Bucket_tip_vorherige_hour_total + Bucket_tip_current_day_total; tip_counter =0; /* Optionales Dateischreiben mit nur stündlicher Gesamtsumme myFile =SD.open("test.txt", FILE_WRITE); myFile.print("Stündliche Zusammenfassung"); myFile.print(Bucket_tip_vorherige_Stunde_gesamt); myFile.print(now.year(), DEC); myFile.print('/'); myFile.print(now.month(), DEC); myFile.print('/'); myFile.print(now.day(), DEC); meineDatei.print(" "); myFile.print(now.hour(), DEC); myFile.print(':'); myFile.print(now.minute(), DEC); myFile.print(':'); myFile.print(now.second(), DEC); meineDatei.print(" "); myFile.print(Bucket_tip_vorherige_Stunde_gesamt); meineDatei.println(); meineDatei.close(); Verzögerung (200); */ } //Summieren der aktuellen Stundensumme Bucket_tip_vorheriger_tag_total =Bucket_tip_current_day_total; Bucket_tip_current_day_total =0; Bucket_tip_current_hour_total =0; tip_counter =0;/* Optionales Schreiben der Datei mit dem Vortag total only myFile =SD.open("test.txt", FILE_WRITE); myFile.print("Tagessumme"); myFile.print (Bucket_tip_vorheriger_Tag_gesamt); myFile.print (print_time (jetzt)); meineDatei.close(); */} // Initiiere Interrupt von Bucket Reed Switchvoid count () { statisch unsigned long last_interrupt_time_bucket =0; unsigned long Interrupt_time_bucket =millis(); // Wenn Interrupts schneller als 300 ms kommen, nehmen Sie an, dass es sich um einen Bounce handelt, und ignorieren Sie if (interrupt_time_bucket - last_interrupt_time_bucket> 300) {Bucket_Tip_Occurence =1; } last_interrupt_time_bucket =Interrupt_time_bucket;} // Initiiere Interrupt aus dem Menü umschalten switchvoid menu () { statisch unsigned long last_interrupt_time_menu =0; unsigned long Interrupt_time_menu =millis(); // Wenn Interrupts schneller als 300 ms kommen, nehmen Sie an, dass es sich um einen Bounce handelt, und ignorieren Sie if (interrupt_time_menu - last_interrupt_time_menu> 300) { if (digitalRead (backlight) ==LOW) { digitalWrite (backlight, HIGH); // schaltet die Hintergrundbeleuchtung ein, wenn sie zuvor ausgeschaltet war} else Menu_Select =Menu_Select + 1; if(Menu_Select> 4){ Menu_Select =1; }backlightOfftime =millis() + backlightOnDuration;Menu_Select =Menu_Select; last_interrupt_time_menu =interrupt_time_menu; }}

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