贝尔虹吸雨量计的制作

第1步：你需要什么

一个覆盆子pi。

3D打印机 - （打印铃铛。我将提供我的设计。您也可以将其带到打印服务处）

旧雨量计漏斗（或者您可以打印一个）我将提供我的设计。）

2个垫圈作为探头（我的设计为5x25x1.5 mm）

面包板（可选用于测试）。

一些Python技能会有所帮助，但提供了所有代码。

用于微调校准的电子秤。也可以使用大型注射器（60ml）。

树莓派的防水外壳。

超级胶水

2个鳄鱼跳线和2个公对母跳线

110毫米PVC管，+/- 40厘米长

第2步：设计和打印贝尔SIPHON

附上查找我的设计为Autocad123D和STL格式。您可以使用该设计，但更改设计可能会产生泄漏和无功能的钟形虹吸。我的印刷在XYZ DaVinci AIO上。支持已包含在设计中，因此可能不需要额外的支持。我选择厚壳，90％填充，0.2mm高。因为PLA会在室外降解，所以使用ABS细丝。打印漏斗后，在其上涂上丙烯酸喷雾，以保护其免受元素的影响。保持丙烯酸喷雾远离钟形虹吸管内部，因为喷雾可能会阻塞虹吸管中的水流。不要给虹吸管加丙酮浴

我还没有测试树脂打印机。如果使用树脂，则需要保护树脂免受阳光照射，以防止误导虹吸。

（此设计是对原版的改进：版本日期2019年6月27日）

步骤3：组装虹吸管

研究附加图像。使用超级胶水将所有物品粘在一起。请记住，超级胶水是不导电的，所有接触点都应该远离超级胶水。我使用鳄鱼跳线将探针（垫圈）连接到我的覆盆子pi上的公对母跳线。一个探头应连接到GPIO 20，另一个探头连接到21.此电路不需要电阻器。使用强力胶时，尽量使探头防水。硅胶也可以提供帮助。

尚未覆盖110mm PVC管中的虹吸管，必须先进行测试。

步骤4：测试探头

在您要保存python代码的目录中创建一个文件“rain_log.txt”。

打开您喜欢的python IDE并在其中键入以下代码。将其保存为siphon_rain_gauge2.py。运行python代码。在你的漏斗里添加一些人造雨。每次虹吸管释放水时，确保只有一个计数器。如果虹吸计数错误，请参阅故障排除部分。

#Bell-Siphon Rain Gauge

#Developed by JJ Slabbert

print（“The Bell Siphon rain gauge is waiting for some drops.。.”）

import gpiozero

import time

r=0.21676 #This is the calibrated rainfall per siphon release action.

t=0 #Total Rainfall

f=open（“rain_log.txt”， “a+”）

n=0

while True：

#After each siphoning， pin 20， 21 should alternate to prevent possible electrolysis

if n/2==int（n）：

siphon=gpiozero.Button（21，False）

output=gpiozero.LED（20）

output.on（）

else：

siphon=gpiozero.Button（20，False）

output=gpiozero.LED（21）

output.on（）

siphon.wait_for_press（）

n=n+1

t=t+r

localtime = time.asctime（ time.localtime（time.time（）） ）

print（“Total rain fall： ”+str（float（t））+“ mm ”+localtime）

f.write（str（t）+“， ”+localtime+“ ”）

siphon.close（）

output.close（）

time.sleep（1.5）

步骤5：计算和校准

为什么降雨以距离测量？ 1毫米雨是什么意思？如果你有一个1000mm×1000mm×1000mm或1m×1m×1m的立方体，如果你在下雨时把它留在外面，立方体将有1毫米的雨水深度。如果你在一个1升的瓶子中清空这个雨水，它将100％填满瓶子，水也将达到1公斤。不同的雨量计有不同的集水区。

此外，1克水是常规的1毫升。

如果您使用我的设计作为附件，可能不需要校准。

要校准雨量计，可以使用2种方法。对于这两种方法，请使用attach python（上一步）app来计算发布（虹吸操作）。每次虹吸管释放水时，确保只有一个计数器。如果虹吸计数错误，请参阅故障排除部分

方法一：使用现有（控制）雨量计

要使此方法有效，钟形虹吸漏斗必须与控制雨量计的面积相同。在您的虹吸漏斗上创建人造雨并使用python计算释放次数。用虹吸管收集所有的水释放。在你的控制雨量计。在大约50次释放（虹吸作用）后，测量控制雨量计中的降雨量

令R为每次虹吸作用的平均降雨量

R =（控制量表的总降雨量） ）/（虹吸作用次数）

方法二：降雨量（你需要一个电子秤）

设R是降雨量的平均值每次虹吸作用

令W为每次虹吸作用水的重量，单位为克或毫升

设A为漏斗的集水区

R =（Wx1000）/A

校准时，使用注射器将水缓慢注入钟形虹吸管。将水倒入已知重量的玻璃杯中。继续注水，直至虹吸管自行排空至少50次。称重玻璃杯中的水。计算每次虹吸释放水时释放的水的平均重量（W）。对于我的设计，它约为2.95克（ml）。对于我的漏斗直径129毫米，半径64.5毫米

A = pi *（64.5）^ 2 = 13609.8108371

R =（2.95 * 1000）/13609.8108371

R = 0.21676

如果您没有电子秤，您可以使用大号（60 ml/克）注射器。只需计算虹吸水释放次数

W =（注射器体积单位为mm）/（虹吸水释放次数）

使用新的R值更新python应用程序。

贝尔虹吸管（我的设计）需要大约1秒才能释放所有水。根据经验，在释放期间进入虹吸管的水也将被释放。在大雨期间，这会影响测量的线性度。更好的统计模型可以改善估计值。

步骤6：转到现场

将装配好的钟形虹吸管和漏斗放入合适的套管中。我用了110毫米的PVC管。还要确保连接的覆盆子是防水外壳。我的PI由一个用于演示目的的移动电源供电，但必须使用适当的外部电源或太阳能系统。

我使用VNC通过我的平板电脑连接到PI。这意味着我可以从任何地方监控我的装置的降雨量。

创建人工降雨并查看传感器的功能。

步骤7：故障排除

1）问题：如果我计算虹吸管的发布python应用程序，应用程序计算额外的版本。

建议：你的钟形虹吸管中的探针可能会关闭，水滴会卡在它们之间。

2）问题：水是穿过虹吸管。

建议：这是一个设计错误。改进设计。虹吸出口半径可能很大。科学家的一些帮助可能有所帮助如果你设计了自己的铃铛虹吸管，试试我提供的那个。您还可以将一个短的（15厘米）鱼缸管道连接到虹吸管出口，以改善释放的“拖曳力”。

3）问题：探头没有拾取所有虹吸管。

建议：用耳棒清洁探头。检查所有电缆连接。探针上可能有胶水。用精确的精确文件删除它。

4）问题：我的虹吸管释放都是正确计算的，但估算降雨量是错误的。

建议：你需要重新校准你的传感器。如果你有低估计r（每个虹吸作用的降雨量）需要增加。

步骤8：未来的改进和测试

金板块探针（垫圈）。这将有助于再次腐蚀。

用激光二极管和光电阻替换探头。

改进估算模型。简单的线性模型可能不适合大雨。

可以在第一个下方（在出口处）添加第二个较大的贝尔虹吸管以测量高密度降雨。

对于GUI，我建议使用Caynne IOT。