Pengukur Curah Hujan Bucket Tumpah Canggih dengan Integrasi Arduino

Alat dan Mesin yang Diperlukan

	3D Printer (generic)
	Soldering iron (generic)

Tentang Proyek Ini

Ini adalah pengukur curah hujan bucket tumpah, berdasarkan pengukur curah hujan yang digunakan oleh meteorolog profesional. Perangkat ini bekerja dengan mengalirkan air hujan ke bucket tumpah yang mirip dengan ganggang, dengan setiap ujung memiliki ember yang menampung sekitar 2 ml air hujan. Ketika satu sisi terisi, ember tumpah dan air hujan mulai terkumpul di ember sebaliknya. Setiap kali ember tumpah, reed switch secara sementara menyala mengirimkan sinyal ke hardware interrupt Arduino. Arduino melacak setiap 'tip' ember, dan mengonversi 'tips' menjadi jumlah curah hujan (inci hujan), berdasarkan volume ember dan luas permukaan reservoir pengumpulan (16.605 sq. in.).

Unit tampilan indoor memiliki menu pilihan untuk menampilkan total 'jam ini', 'jam sebelumnya', 'hari ini', dan 'hari sebelumnya'.

Untuk setiap tip ember, event dengan cap tanggal ditulis ke file SD card. File ini nantinya dapat diimpor ke Excel untuk analisis dan pembuatan grafik.

Meskipun saya tidak memiliki video yang menunjukkan 'tip ember' sebenarnya, video ini menunjukkan pengukur merekam event curah hujan sebenarnya.

Langkah 1

Cetak semua komponen yang terdaftar. Saya menggunakan PETG untuk semua komponen karena ini adalah bahan yang cocok untuk paparan UV dan paparan suhu untuk penggunaan luar ruangan. Untuk filter atas, pastikan untuk mematikan semua shell horizontal (atas dan bawah) untuk membuat detail berpori.

Langkah 2

Sebelum memulai pemasangan papan sirkuit panel depan, masukkan LCD ke dalam board PY-5*10CM (tanpa soldering) dengan pin 1 LCD di lokasi lubang C-1 pada board. Bor melalui papan perf pada lokasi keempat lubang pemasangan papan LCD. Sekarang hapus LCD untuk pemasangan nanti.

Langkah 3

Pasang papan sirkuit panel depan. Tempatkan IC Shift Register 74HC595N, saklar, dan resistor seperti yang ditunjukkan. Rute semua kabel yang diperlukan (rujuk ke diagram kabel) ke titik lokasi yang akan ditempel ke LCD Display, serta kabel 6" panjang yang akan memperluas untuk kemudian dihubungkan ke papan kedua.

Langkah 4

Pasang LCD pada papan panel depan, menggunakan spasi yang dicetak untuk mengangkat LCD agar melampaui IC. Tempel menggunakan baut cap skru dan baut 3mm x15mm. (Semua penangkal tersedia melalui Fastenal dan/atau McMaster Carr)

Langkah 5

Pasang papan sirkuit utama dengan memasukkan Arduino dengan Pin D12 di lokasi lubang R27 pada papan sirkuit. Tambahkan kapasitor dan resistor, dan jalankan semua kabel ke lokasi sebelum memasukkan modul SD dan RTC. Lihat skema kabel untuk semua detail.

Langkah 6

Pasang SD Reader di lokasi lubang A-3 melalui B-10. Pasang TinyRTC di lokasi lubang C-24 melalui I-24. Solder semua koneksi.

Langkah 7

Pada Unit Kontrol Enclosure Indoor, bor lubang di lokasi apa pun yang paling sesuai dengan kebutuhan Anda untuk dua kabel yang akan pergi ke unit luar, serta lubang untuk kabel yang datang dari sumber daya eksternal atau wall wart. Jalankan kabel melalui enclosure, dan solder di lokasi yang sesuai. Masukkan papan utama ke dalam casing dan pasang dengan dua skru panjang 3mm x 6mm. Masukkan tombol tekan untuk saklar melalui tutup depan dan pasang papan sirkuit depan ke panel depan dengan skru panjang 3mm x 6mm. Catatan: Saya menggunakan potongan kuningan kecil yang diputar untuk tombol saklar alih-alih bagian yang dicetak, karena saya suka 'rasanya' lebih baik.

Langkah 8

Pasang tutup depan menggunakan baut Flathead M3-0.5 x 10mm panjang

.

Langkah 9

Colokkan USB ke PC dan unggah program RTC untuk mengatur waktu. Setelah jam diatur, unggah program utama. Masukkan SD card. Uji unit dengan menyalingkan kabel yang pergi ke reed switch pada unit luar. Total curah hujan seharusnya bertambah untuk setiap event rangkaian pendek (kontak tertutup).Verifikasi SD card membaca tanggal dengan membaca dengan editor teks seperti Notepad atau WordPad pada komputer. Harus ada file bernama"Text.txt". File akan memiliki cap tanggal untuk setiap event 'tip'.

Langkah 10

Pasang reed switch ke Sub Base. Gunakan kait kabel untuk memegangnya. Pasang magnet pada ember, dan pasang ember dengan potongan pendek tabung kuningan 1/8"diameter (sekitar 2" panjang). Catatan sebelum memasang, bor 1/8" melalui lubang pada ember untuk membersihkan. Ember perlu tumpah dengan mudah tanpa gesekan. Gunakan pili bulat kecil di lubang ember jika diperlukan. Tambahkan pelat kecil 1/8" di sisi terluar ember untuk menutup spasi sedikit. Tentukan bagaimana Anda akan memasang unit luar. Saya menggunakan sudut aluminium 1". Pasang dasar ke sudut atau bracket dengan baut hex 1/4-20 dipasang dari dalam ke luar. Pasang sub base ke bawah unit luar menggunakan skru M3-0.5x 10mm.

Langkah 11

Masukkan saluran ke dalam enclosure atas. Potong sekitar 24 potongan kabel seng galvanis 18 gauge panjang 2". Memegang satu potongan kabel dengan alicate, panaskan dengan obor atau pelita dan hati-hati tekan ke dalam plastik atas. Kabel ini akan mencegah burung bersarang di unit. Anda ingin mengukur jumlah hujan bukan kotoran burung. Pasang atas ke enclosure utama dengan (4)M3-0.5x 6mm skru. Pasang filter ke saluran atas. Filter ini akan mencegah daun dan mencegah tersumbat.. Ingat untuk memeriksa sesekali dan membersihkan jika diperlukan.

Langkah 12

Pasang unit luar dan jalankan kabel ke unit indoor. Pastikan bagian atas unit luar rata di kedua arah.

Langkah 13

Nyalakan unit dan tambahkan air ke unit luar untuk memverifikasi operasi.

Langkah 14 (Opsional)

Untuk memverifikasi akurasi, Anda dapat sangat LAMBAT menambahkan satu cangkir air dan memeriksa apakah unit mengukur 0.87" curah hujan. (Satu cangkir = 14,44 inci kubik. Area kolektor adalah 16.605" [Curah Hujan=14.44 cu.in./16.605"=0.87"]. Anda dapat menyesuaikan faktor koreksi dalam program utama jika unit Anda berbeda dari milik saya.

Selamat!! Nikmati kemampuan untuk melacak curah hujan Anda.

Kode

• Kode Arduino untuk mengatur waktu pada RTC
• Program Utama Kode Arduino Untuk Pengukur Curah Hujan

Kode Arduino untuk mengatur waktu pada RTCArduino

#include "Wire.h" #define DS1307_I2C_ADDRESS 0x68 // the I2C address of Tiny RTC byte second, minute, hour, dayOfWeek, dayOfMonth, month, year; // Convert normal decimal numbers to binary coded decimal byte decToBcd(byte val) { return ( (val/10*16) + (val%10) ); } // Convert binary coded decimal to normal decimal numbers byte bcdToDec(byte val) { return ( (val/16*10) + (val%16) ); } // Function to set the currnt time, change the second&minute&hour to the right time void setDateDs1307() { second =00; minute = 11; hour = 12; dayOfWeek = 5; dayOfMonth =24; month =7; year= 20; Wire.beginTransmission(DS1307_I2C_ADDRESS); Wire.write(decToBcd(0)); Wire.write(decToBcd(second)); // 0 to bit 7 starts the clock Wire.write(decToBcd(minute)); Wire.write(decToBcd(hour)); // If you want 12 hour am/pm you need to set // bit 6 (also need to change readDateDs1307) Wire.write(decToBcd(dayOfWeek)); Wire.write(decToBcd(dayOfMonth)); Wire.write(decToBcd(month)); Wire.write(decToBcd(year)); Wire.endTransmission(); } // Function to gets the date and time from the ds1307 and prints result void getDateDs1307() { // Reset the register pointer Wire.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()); hour = bcdToDec(Wire.read() & 0x3f); // Need to change this if 12 hour am/pm dayOfWeek = bcdToDec(Wire.read()); dayOfMonth = bcdToDec(Wire.read()); month = bcdToDec(Wire.read()); year = bcdToDec(Wire.read()); Serial.print(hour, DEC); Serial.print(":"); Serial.print(minute, DEC); Serial.print(":"); Serial.print(second, DEC); Serial.print(" "); Serial.print(month, DEC); Serial.print("/"); Serial.print(dayOfMonth, DEC); Serial.print("/"); Serial.print(year,DEC); Serial.print(" "); Serial.println(); //Serial.print("Day of week:"); } void setup() { Wire.begin(); Serial.begin(19200); setDateDs1307(); //Set current time; } void loop() { delay(2000); getDateDs1307();//get the time data from tiny RTC } 

Program Utama Kode Arduino Untuk Pengukur Curah HujanArduino

/* Tipping Bucket Rain Gauge Written by Bob Torrence */ #include <SPI.h> #include <SD.h> #include <Wire.h> #include "RTClib.h" #include <LiquidCrystal_SR.h> // includes the LiquidCrystal Library (special version) ref https://roboindia.com/tutorials/arduino-3-pin-serial-lcd/ // Defining LCD and Pins for interfacing. LiquidCrystal_SR lcd(6, 5, 9); // Pin 6 - Data Enable/ SER, Pin 5 - Clock/SCL, Pin 9 -SCK RTC_DS3231 rtc; int backlight = 7; // the pin the LED is connected to pin 7 (D7) // constants won't change. They're used here to set pin numbers: const byte interruptPin_bucket = 3; const byte interruptPin_menu = 2; // Variables will change: 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_previous_hour_total = 0; float Bucket_tip_current_day_total = 0; float Bucket_tip_previous_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; //inches of rain per tip - calculated by measuring bucket volume and area of collector (16.605 sq.in.) volatile unsigned long backlightOfftime; volatile unsigned long backlightOnDuration=30000; // duration (miiliseconds) that backlight remains on aftter menu select button pushed String print_time(DateTime timestamp) { char message[120]; int Year = timestamp.year(); int Month = timestamp.month(); int Day = timestamp.day(); int Hour = timestamp.hour(); int Minute = timestamp.minute(); int Second= timestamp.second(); sprintf(message, "%02d:%02d:%02d %02d/%02d", Hour,Minute,Second,Month,Day); return message; } File myFile; void setup() { lcd.begin(16,2); // Initializes the interface to the LCD screen, and specifies the dimensions (width and height) of the display lcd.home(); // Setting Cursor at Home i.e. 0,0 rtc.begin(); //initiate use of Real Time Clock variables pinMode(10, OUTPUT); pinMode(backlight, OUTPUT); // Declare the LED as an output digitalWrite(backlight,HIGH); //turn on lcd backlight backlightOfftime = millis() + backlightOnDuration; //set inital time delay for the LCD backlight to be On if (!SD.begin(4)) { lcd.print("insert SD Card"); return; } // Set up our digital pin as an interrupt for bucket pinMode(interruptPin_bucket, INPUT_PULLUP); attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(interruptPin_bucket), count, FALLING); // Set up our digital pin as an interrupt for bucket pinMode(interruptPin_menu, INPUT_PULLUP); attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(interruptPin_menu), menu, RISING); myFile = SD.open("test.txt", FILE_WRITE); if (myFile) { myFile.println("Rain Gauge Ready - unit powered up"); myFile.close(); } DateTime now = rtc.now() ; current_minute = now.minute(); loop_minute = now.minute(); current_hour = now.hour(); loop_hour = now.hour(); lcd.setCursor (0,0); lcd.print(print_time(now)); // Prints "Arduino" on the LCD lcd.setCursor(1,1); lcd.print("Rain Gauge"); } void loop(){ DateTime now = rtc.now() ; current_minute = now.minute(); loop_minute = now.minute(); current_hour = now.hour(); loop_hour = now.hour(); current_day = now.day(); loop_day = now.day(); //Begin Loop to determine tally current day totals while (loop_day - current_day == 0){ //Begin Loop to determine tally current hour totals while (loop_hour - current_hour == 0){ if (millis() > backlightOfftime) { digitalWrite(backlight,LOW); } if (Bucket_Tip_Occurence == 1) { Bucket_Tip_Occurence = 0; tip_counter = tip_counter + 1; DateTime now = rtc.now() ; myFile = SD.open("test.txt", FILE_WRITE); myFile.print("Event "); myFile.print(now.year(), DEC); myFile.print('/'); myFile.print(now.month(), DEC); myFile.print('/'); myFile.print(now.day(), DEC); myFile.print(" "); myFile.print(now.hour(), DEC); myFile.print(':'); myFile.print(now.minute(), DEC); myFile.print(':'); myFile.print(now.second(), DEC); myFile.print(" "); myFile.print(conversion_factor,5); myFile.println(); myFile.close(); delay(200); } else { //Check for current hour status DateTime now = rtc.now() ; loop_hour= now.hour();} switch (Menu_Select) { case 1: lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Current Hour"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(tip_counter * conversion_factor); delay(500); break; case 2: lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Previous Hour"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(Bucket_tip_previous_hour_total); delay(500); break; case 3: lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Current Day"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(Bucket_tip_current_day_total + tip_counter * conversion_factor); delay(500); break; case 4: lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Previous Day"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(Bucket_tip_previous_day_total); // lcd.print(print_time(now)); delay(500); break; } } DateTime now = rtc.now() ; // Reset counters for next one hour loop current_hour = now.hour(); loop_day = now.day(); loop_hour= now.hour(); //Totalize current hour total Bucket_tip_previous_hour_total = tip_counter * conversion_factor; Bucket_tip_current_day_total = Bucket_tip_previous_hour_total + Bucket_tip_current_day_total; tip_counter = 0; /* Optional file write with only hourly total myFile = SD.open("test.txt", FILE_WRITE); myFile.print("Hourly Summary "); myFile.print(Bucket_tip_previous_hour_total); myFile.print(now.year(), DEC); myFile.print('/'); myFile.print(now.month(), DEC); myFile.print('/'); myFile.print(now.day(), DEC); myFile.print(" "); myFile.print(now.hour(), DEC); myFile.print(':'); myFile.print(now.minute(), DEC); myFile.print(':'); myFile.print(now.second(), DEC); myFile.print(" "); myFile.print(Bucket_tip_previous_hour_total); myFile.println(); myFile.close(); delay(200); */ } //Totalize current hour total Bucket_tip_previous_day_total = Bucket_tip_current_day_total; Bucket_tip_current_day_total = 0; Bucket_tip_current_hour_total = 0; tip_counter = 0; /* Optional file write with previous day total only myFile = SD.open("test.txt", FILE_WRITE); myFile.print("Day Total "); myFile.print(Bucket_tip_previous_day_total); myFile.print(print_time(now)); myFile.close(); */ } //initaiate interrupt fromm bucket reed switch void count() { static unsigned long last_interrupt_time_bucket = 0; unsigned long interrupt_time_bucket = millis(); // If interrupts come faster than 300ms, assume it's a bounce and ignore if (interrupt_time_bucket - last_interrupt_time_bucket > 300) { Bucket_Tip_Occurence = 1; } last_interrupt_time_bucket = interrupt_time_bucket; } //initaiate interrupt fromm menu toggle switch void menu() { static unsigned long last_interrupt_time_menu = 0; unsigned long interrupt_time_menu = millis(); // If interrupts come faster than 300ms, assume it's a bounce and ignore if (interrupt_time_menu - last_interrupt_time_menu > 300) { if (digitalRead(backlight)== LOW) { digitalWrite(backlight,HIGH); //turns on backlight if was previously off } 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; }} 

Bagian dan Enclosure Kustom

Skema