Fortgeschrittener Kippwannen-Regenmesser mit Arduino-Integration

Berechnung: Auffangfläche = 16,605 in² (ca. 107 cm²). 1 Kipp = 2 ml = 0,122 in³ → Niederschlag = 0,122 / 16,605 = 0,00735 Zoll (0,187 mm) pro Kipp. Im Code als conversion_factor = 0.00854 Zoll (kalibriert).

Aufbau-Schritte (Kurzfassung)

1. 3D-Druck: Alle Teile in PETG (UV- & temperaturbeständig). Filter ohne Top/Bottom-Layer (porös).
2. Frontplatine: LCD trocken einpassen, Bohrungen für Montagelöcher in Lochraster übertragen. 74HC595, Taster, Widerstände bestücken, Verdrahtung laut Schema.
3. LCD montieren: Mit gedruckten Distanzhaltern (Spacer) über dem IC befestigen (M3×15).
4. Hauptplatine: Arduino Nano (Pin D12 → Loch R27), Kondensator, Widerstände, Verdrahtung. Dann SD- & RTC-Modul einlöten.
5. Innen-Gehäuse: Kabeldurchführungen bohren, Hauptplatine einschieben (2× M3×6), Frontplatine anschrauben, Taster durch Frontabdeckung.
6. Außen-Einheit: Reed-Kontakt an Unterbau (Kabelbinder). Magnet an Kippwanne. Wanne auf Messingrohr (1/8″, ca. 5 cm) als Achse → leichtgängig! 1/8″ Unterlegscheibe außen. Basis an Aluwinkel (1/4-20 Schrauben von innen). Unterbau an Gehäuseboden (M3×10).
7. Trichter & Filter: Trichter einsetzen. Vogelschutz: 24 Stück 2″ verzinkter Draht (erhitzt in Kunststoff drücken). Filter in Trichter einlegen (regelmäßig reinigen).
8. Aufstellung: Außenwaage in beide Richtungen nivellieren. Kabel zur Inneneinheit verlegen.
9. Inbetriebnahme: RTC-Zeit setzen (eigenes Sketch), Hauptprogramm flashen, SD-Karte einlegen. Test: Reed-Kontakt kurzschließen → Zähler steigt. SD-Karte prüfen (Text.txt mit Zeitstempeln).
10. Kalibrierung (optional): 1 Tasse (236,6 ml = 14,44 in³) sehr langsam eingießen → Anzeige soll 0,87″ (22,1 mm) zeigen. conversion_factor anpassen.

Display & Menü

Ein Taster schaltet durch 4 Anzeigemodi (Entprellung 300 ms, Hintergrundbeleuchtung 30 s nach Tastendruck):

1. Aktuelle Stunde (seit letzter vollen Stunde)
2. Vorherige Stunde
3. Aktueller Tag (seit Mitternacht)
4. Vorheriger Tag

Hintergrundbeleuchtung schaltet sich nach 30 s Inaktivität aus.

Datenlogging (SD-Karte)

Jeder Kipp-Ereignis wird sofort mit Zeitstempel (JJJJ/MM/TT HH:MM:SS) und Niederschlagsmenge in test.txt geschrieben. Format:

Event 2021/12/24 14:32:15 0.00854
Event 2021/12/24 14:35:02 0.00854
...

Datei kann in Excel/Calc importiert → Diagramme, Statistiken.

Arduino-Code (Zwei Sketches)

1. RTC-Zeit einstellen (einmalig)

#include <Wire.h>
#define DS1307_I2C_ADDRESS 0x68
byte decToBcd(byte v) { return (v/10*16)+(v%10); }
void setDateDs1307() {
  byte second=0, minute=11, hour=12, dayOfWeek=5, dayOfMonth=24, month=7, year=20;
  Wire.beginTransmission(DS1307_I2C_ADDRESS);
  Wire.write(0); Wire.write(decToBcd(second)); Wire.write(decToBcd(minute));
  Wire.write(decToBcd(hour)); Wire.write(decToBcd(dayOfWeek));
  Wire.write(decToBcd(dayOfMonth)); Wire.write(decToBcd(month)); Wire.write(decToBcd(year));
  Wire.endTransmission();
}
void setup() { Wire.begin(); Serial.begin(19200); setDateDs1307(); }
void loop() { delay(2000); /* Zeit auslesen & anzeigen */ }

2. Hauptprogramm (Rain Gauge)

#include <SPI.h> #include <SD.h> #include <Wire.h> #include <RTClib.h> #include <LiquidCrystal_SR.h>
// LiquidCrystal_SR lcd(DataPin, ClockPin, EnablePin) -> Pins 6,5,9
LiquidCrystal_SR lcd(6,5,9);
RTC_DS3231 rtc;

const byte INT_BUCKET = 3;  // Reed-Kontakt (FALLING)
const byte INT_MENU   = 2;  // Taster (RISING)
volatile int bucketTip = 0, menuSelect = 0;
float tipHour=0, tipPrevHour=0, tipDay=0, tipPrevDay=0;
int tipCounter=0, currMin, loopMin, currHour, loopHour, currDay, loopDay;
float conv = 0.00854; // Zoll pro Kipp (kalibrieren!)
unsigned long backlightOff=0, backlightDur=30000;
File myFile;

void setup() {
  lcd.begin(16,2); lcd.home();
  rtc.begin();
  pinMode(10,OUTPUT); pinMode(7,OUTPUT); digitalWrite(7,HIGH);
  backlightOff = millis()+backlightDur;
  if(!SD.begin(4)) { lcd.print("insert SD Card"); return; }
  pinMode(INT_BUCKET, INPUT_PULLUP); attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(INT_BUCKET), count, FALLING);
  pinMode(INT_MENU, INPUT_PULLUP); attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(INT_MENU), menu, RISING);
  myFile = SD.open("test.txt", FILE_WRITE);
  if(myFile) { myFile.println("Rain Gauge Ready"); myFile.close(); }
  DateTime now = rtc.now();
  currMin=loopMin=now.minute(); currHour=loopHour=now.hour(); currDay=loopDay=now.day();
  lcd.setCursor(0,0); lcd.print(printTime(now));
  lcd.setCursor(1,1); lcd.print("Rain Gauge");
}

void loop() {
  DateTime now = rtc.now();
  currMin=now.minute(); loopMin=now.minute();
  currHour=now.hour(); loopHour=now.hour();
  currDay=now.day(); loopDay=now.day();

  // Stündliche & tägliche Summenbildung (verschachtelte while-Schleifen)
  while (loopDay - currDay == 0) {
    while (loopHour - currHour == 0) {
      if (millis() > backlightOff) digitalWrite(7,LOW);
      if (bucketTip) { bucketTip=0; tipCounter++; logEvent(now); delay(200); }
      else { now = rtc.now(); loopHour = now.hour(); }
      showMenu(now);
    }
    // Stundenwechsel
    now = rtc.now(); currHour = now.hour(); loopDay = now.day(); loopHour = now.hour();
    tipPrevHour = tipCounter * conv;
    tipDay += tipPrevHour; tipCounter = 0;
  }
  // Tageswechsel
  tipPrevDay = tipDay; tipDay = 0; tipPrevHour = 0; tipCounter = 0;
}

void logEvent(DateTime ts) {
  myFile = SD.open("test.txt", FILE_WRITE);
  if(myFile) {
    myFile.print("Event "); myFile.print(ts.year()); myFile.print('/');
    myFile.print(ts.month()); myFile.print('/'); myFile.print(ts.day()); myFile.print(' ');
    myFile.print(ts.hour()); myFile.print(':'); myFile.print(ts.minute()); myFile.print(':');
    myFile.print(ts.second()); myFile.print(' '); myFile.println(conv,5);
    myFile.close();
  }
}

void showMenu(DateTime now) {
  switch(menuSelect) {
    case 1: lcd.clear(); lcd.print("Current Hour"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(tipCounter*conv); break;
    case 2: lcd.clear(); lcd.print("Previous Hour"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(tipPrevHour); break;
    case 3: lcd.clear(); lcd.print("Current Day"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(tipDay + tipCounter*conv); break;
    case 4: lcd.clear(); lcd.print("Previous Day"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(tipPrevDay); break;
  }
  delay(500);
}

// Interrupts mit Entprellung (300 ms)
void count() {
  static unsigned long last=0; unsigned long now=millis();
  if(now-last > 300) { bucketTip=1; } last=now;
}
void menu() {
  static unsigned long last=0; unsigned long now=millis();
  if(now-last > 300) {
    if(digitalRead(7)==LOW) digitalWrite(7,HIGH);
    else { menuSelect++; if(menuSelect>4) menuSelect=1; }
    backlightOff = now + backlightDur;
  }
  last=now;
}

String printTime(DateTime t) {
  char buf[20]; sprintf(buf, "%02d:%02d:%02d %02d/%02d", t.hour(), t.minute(), t.second(), t.month(), t.day());
  return String(buf);
}

3D-Druck Dateien (STL / STEP / Fusion 360)

• Außen: Basis, Deckel, Trichter, Filter (porös), Unterbau, Kippwanne
• Innen: Gehäuse, Frontabdeckung, LCD-Spacer, Taster-Knopf
• Montage-Modell (Fusion 360 .f3d, .step)

Schaltplan

Fritzing-Datei: rain_gauge.fzz (Haupt- & Frontplatine, Verdrahtung Nano, Shift-Register, LCD, RTC, SD, Reed, Taster, Netzteil).