Как сделать детектор дождя

Система обнаружения дождя на Arduino и датчике дождя

Простую систему обнаружения дождя можно спроектировать, подключив датчик дождя к плате Arduino. Этот датчик будет обнаруживать любые осадки, которые падают на его поверхность и передавать сигнал об этом на плату Arduino, которая будет выполнять необходимые операции. Подобная система обнаружения дождя может быть использована в различных приложениях:

В данной статье мы рассмотрим создание простейшей системы обнаружения дождя на основе платы Arduino, датчике дождя и зуммера. При обнаружении дождя в нашей системе плата Arduino будет подавать сигнал на включение зуммера, который будет издавать звуковой сигнал. В дальнейшем вы на основе этого проекта сможете при обнаружении дождя с помощью платы Arduino управлять любыми необходимыми вам исполнительными механизмами, то есть построить именно ту систему обнаружения дождя, которая вам нужна.

Необходимые компоненты

Датчик дождя (Rain sensor)

Модуль датчика дождя состоит из двух плат – плата обнаружения дождя (Rain Board) и плата управления (Control Board).

Плата обнаружения дождя состоит из двух медных проводников, спроектированных таким образом (имеющих такую форму), что в условиях сухого воздуха они имеют большое сопротивление, поэтому на выходе модуля в этих условиях будет напряжение 5V. По мере увеличения влажности окружающей среды сопротивление этих проводников постепенно уменьшается, что приводит к уменьшению напряжения на выходе модуля пропорционально увеличению влажности окружающей среды. Плата обнаружения дождя имеет 2 контакта, к которым подключается плата управления как показано на следующем рисунке.

Плата управления регулирует чувствительность датчика дождя и преобразует аналоговый выход платы обнаружения дождя в цифровой выход. Если значение аналогового напряжения на входе платы управления (с выхода платы обнаружения дождя) меньше определенной границы, то на выходе платы будет напряжение низкого уровня (low), а если значение аналогового напряжения на входе платы будет больше этой границы, то на выходе платы будет напряжение высокого уровня (high). Для этой цели в составе платы присутствует компаратор на основе микросхемы операционного усилителя LM393.

Модуль датчика дождя, показанный на рисунке ниже, имеет с одной стороны 4 контакта (VCC, GND, D0, A0), которые мы будем подключать к плате Arduino, и 2 контакта с другой стороны, которые мы будем подключать к плате обнаружения дождя. Таким образом, в нашем проекте плата обнаружения дождя будет обнаруживать наличие дождя, а плата управления будет использоваться для регулировки чувствительности и преобразования аналогового выхода платы обнаружения дождя в цифровой выход.

Принцип работы датчика дождя

Принцип работы датчика дождя достаточно прост. В ясную сухую погоду он имеет большое сопротивление, поэтому на его выходе формируется напряжение высокого уровня (5V), что соответствует значению 1023 на выходе АЦП (аналого-цифрового преобразователя) того аналогового контакта платы Arduino, к которому подключен датчик. Во время влажной погоды (дождя) сопротивление датчика уменьшается, следовательно, уменьшается и напряжение на выходе датчика.

Когда влажность очень сильная, сопротивление датчика будет равно его минимальному значению, поэтому и напряжение на выходе датчика будет приблизительно равно 0. Это значение напряжения 0V будет соответствовать значению 0 на выходе АЦП того аналогового контакта платы Arduino, к которому подключен датчик. Если же, к примеру, на выходе датчика будет напряжение 3V, то это будет соответствовать значению 613 на выходе АЦП контакта платы Arduino. Поэтому формула для расчета значения на выходе АЦП будет выглядеть следующим образом:

ADC = (analog voltage value X 1023)/5,

где analog voltage value – аналоговое значение напряжения на выходе датчика дождя.

Схема проекта

Схема подключения датчика дождя к плате Arduino Uno представлена на следующем рисунке. Работа данной схемы была смоделирована в симуляторе Proteus.

На представленной схеме плата обнаружения дождя подключена к плате управления. Контакт VCC платы управления подключен к источнику напряжения 5V. Земля платы управления подключена к земле схемы. Выходной контакт датчика можно подключить к любому цифровому контакту платы Arduino, однако в результате наших экспериментов мы выяснили, что более стабильно схема работает если его подключить к аналоговому контакту платы Arduino. Зуммер подключен к контакту D5 платы Arduino.

Примечание : в нарисованной схеме небольшая ошибка, выходной контакт датчика дождя должен быть подключен не к контакту Reset, а к аналоговому контакту A0 платы Arduino.

Объяснение программы для Arduino

Полный код программы приведен в конце статьи, здесь же мы кратко рассмотрим его основные фрагменты.

Вначале в программе инициализируем необходимые контакты и переменные.

Источник

AltT64 › Блог › Принцип работы датчика дождя и света

А оказалось все намного проще …

1 – датчики дождя и освещенности; 2 – зеркала заднего вида; 3 – зона перекрытия действия стеклоочистителей; 4 – ветровое стекло

Датчик дождя и освещенности предназначен для того, чтобы при опознании влаги на стекле включать стеклоочиститель в зависимости от количества осадков с нулевого положения до максимального цикла очищения, или включать фары в зависимости от условий освещения. Включение датчика осуществляется определенными рычагами или выключателями.

Датчик дождя и освещенности состоит из комбинации светочувствительных элементов и светодиода. Все части смонтированы на плате в корпусе датчика. Оптический элемент перекрывает корпус датчика и ветровое стекло. Задачей оптического элемента является фокусирование и выравнивание исходящего и входящего света. Весь датчик прикреплен к ветровому стеклу при помощи клеящей фольги. Для распознавания дождя используются светодиод 6 и фотодиод 8.

Принцип работы датчика дождя состоит в том, что свет, исходящий от светодиода, частично отражается на поверхности стекла и, сфокусировавшись через оптический элемент, попадает на фотодиод. Если на улице сухо, весь свет отражается обратно и попа­дает на фотоприемник (так рассчитана оптическая система). Поскольку луч моду­лирован импульсами, то на посторонний свет датчик не среагирует, как телеви­зор, «не видящий» чужой пульт. Степень отражения света от диода и таким образом количество света, который попадает на фотодиод, изменяется, если стекло покрыто каплями воды или имеет водяную пленку. Чем сильнее увлажнение, тем меньше отражение преломленного света. На основании этого для определения количества осадков используется выходной сигнал фотодиода. Это фиксиру­ется сенсором, и контроллер рассчитывает подходящий режим работы стеклоочи­стителя. Время реагирования на распознавание дождя, т.е. время, затраченное между распознаванием осадков и подачей выходного сигнала на стеклоочиститель, составляет менее 20 мс.

1 – ветровое стекло; 2 – свет удаленного источника; 3 – проникающий внешний свет; 4 – капли дождя; 5 – оптический элемент; 6 – светодиод; 7 – дистанционный фотодиод-датчик; 8 – фотодиод; 9 – фотодиод-датчик внешнего освещения

Для распознавания света применяются дистанционный фотодиод 7 и датчик внешнего освещения 9. Датчик 9 охватывает световые условия непосредственного пространственно вокруг автомобиля и служит для авто­матического включения фар, а дистанционный датчик 7 – световые условия на расстоянии до трех длин автомобиля по направлению движения.

Система распознает в целом уменьшение или увеличение освещенности и включает или выключает свет фар. Из разности сигналов обоих датчиков система, например, может определить, что автомобиль въезжает в туннель и, таким образом, свет фар включается не позднее въезда в туннель. Логика системы действует таким образом, что свет отключается лишь тогда, когда датчик света определит достаточное значение освещенности. Если наряду с распознаванием света активно также распознавание дождя, то система включает фары и при сильных осадках.

1 – анализ внешней освещенности; 2 – анализ разности освещенности; 3 – анализ дистанционной освещенности; а – разница освещенности меньше, чем значение порога включения, свет выключен; б – разница освещенности больше, чем значение порога включения, свет включен

Вот еще 5 мифов о работе датчика дождя

Миф №1 мы уже развеяли: датчик дождя НЕ активируется от удара капель по стеклу, а также вибрации и иных механических воздействий. Работа датчика дождя основана на действии фотоэлементов. Если бы датчик реагировал на удары, щетки бы усердно стирали со стекла мух, комаров и мелкие камушки.

Миф №2: «Датчик дождя не работает ночью». Как мы уже выяснили, работа датчика дождя построена на принципе отражения инфракрасных лучей. Их свойства не зависят от освещенности. Иначе бы, например, пульты дистанционного управления не работали в темноте.

Миф №3: «При замене стекла с датчиком дождя придется попрощаться». Не придется: многие производители предлагают автостекла с местом под датчик дождя. Например, в компании Олимпия можно приобрести стекла под датчик дождя для большинства иномарок: Тойоты Камри, VW Passat, Audi A4 и других автомобилей.

Миф №4: «На лобовое стекло с датчиком дождя нельзя клеить полосу тонировки». Можно: в этом случае в тонировочной пленке вырезается отверстие под датчик. Главное, чтобы тонировка стекол была сделана по ГОСТу.

Миф №5: «Датчик дождя бесполезен зимой». Так как работает датчик дождя, реагируя на капли воды, а не снег, зимой он функционирует хуже. Однако если в автомобиле есть обогрев стекла, падающий снег сразу тает, превращаясь в воду, и работа датчика дождя будет в норме.

Интересные факты про датчики дождя

— Концерн General Motors проводил первые эксперименты по созданию датчиков дождя еще в 1950е годы. Датчик создавался для культовой модели — Кадиллак Эльдорадо. Но технологии были далеки от совершенства: между тем, как работает датчик дождя на современном автомобиле, и первыми опытами инженеров GM стоят десятилетия конструкторских разработок.
— Одним из первых серийных автомобилей с датчиком дождя стал Nissan Silvia – спортивное купе. В 2000х годах датчики дождя появились на автомобилях марок Volkswagen, Cadillac и других ведущих производителей.
— Работа датчика дождя используется не только в автомобильной промышленности, но и в сельском хозяйстве, для управления системой полива. — «Полевые» датчики имеют иной принцип работы, нежели автомобильные: в них имеются гигроскопичные диски, которые во влажном состоянии увеличиваются в размерах, а при высыхании – сжимаются. Тем самым регулируется подача воды. Интересно, что некоторые датчики имеют встроенный индикатор температур, который останавливает подачу воды, если температура опускается ниже нуля.

Источник

Создана машина, вызывающая дождь

Швейцарские ученые на основе разработок советских ученых создали по заказу правителя эмирата Абу-Даби установку, способную вызывать выпадение дождей в пустыне. Они установили там специальные ионизаторы, похожие на гигантские фонари на столбах. В результате за лето минувшего года 52 раза погода радовала жителей эмирата грозовыми ливнями.

Еще с античных времен самой заветной мечтой человечества было превращение жарких и бесплодных пустынь в земли, пригодные для проживания и хозяйственной деятельности. С тех пор было предпринято много попыток осуществить ее, однако все они не дали значительных результатов — площадь пустынь во всем мире за последнюю тысячу лет не только не сократилась, но, наоборот, даже выросла.

Почему же вообще возникают пустыни? Причины их появления на Земле весьма различны, однако в большинстве случаев во всем виноват устойчивый блокирующий антициклон, который «зависает» над определенной территорией и не дает проходу влажным дождевым воздушным массам (о том, как образуются подобные антициклоны, «Правда.Ру» уже писала в статье «Блокирующий антициклон задал россиянам жару»). Именно из-за них обширные территории, на которых вполне могли бы безбедно проживать миллионы людей, оказываются совершенно непригодными для всякой хозяйственной деятельности.

Ладно, пускай в пустыню невозможно принести дождь «со стороны», но неужели нельзя вызвать дождь внутри нее самой? Ведь во многих пустынях все же происходит хоть какое-то испарение воды. Можно ли сделать так, чтобы это испарение способствовало образованию дождевых облаков, конденсации влаги и, следовательно, выпадению осадков?

Швейцарские ученые из компании Meteo Systems решили, что можно. Чтобы проверить свое предположение, они еще в начале минувшего года по заказу правителя эмирата Абу-Даби (Объединенные Арабские Эмираты) создали установку, способную вызвать появление дождевых туч. При этом они не скрывали, что при ее создании пользовались результатами исследований советских ученых второй половины XX века.

Хотя на самом деле подобные исследования начались гораздо раньше. Еще в 30-х годах прошлого столетия выдающийся ученый Александр Чижевский начал проводить опыты по ионизации воздуха. Собственно говоря, никаких дождей при этом он вызывать не собирался, его больше интересовало влияние «заряженного воздуха» на человеческий организм, однако исследователем было замечено, что возникающие в результате эксперимента ионы могут притягивать к себе содержащиеся в атмосфере частички воды и, таким образом, способствовать концентрации водяного пара (догадывались об этом уже давно, но экспериментально подтвердить предположение смог лишь Чижевский).

Однако в связи с тем, что в середине 30-х годов Чижевский был арестован и отправлен в лагеря, исследования были прерваны и возобновились лишь во второй половине столетия, после реабилитации ученого. В результате ему удалось сконструировать ионизатор воздуха, позже названный лампой Чижевского. В конце 1970-х годов отечественные ученые задумались над тем, можно ли создать подобную лампу гигантских размеров, чтобы с ее помощью вызывать дождь при засухе или заставлять дождевые тучи «проливаться» на подступах к городам. Однако подобные эксперименты (последний из них был проведен в 2009 году) не дали никаких результатов — конденсация водяного пара получалось столь маленькой, что ни о каком дожде не могло быть и речи. Исследователи объясняли это тем, что лампам Чижевского, участвовавшим в опытах, не хватало мощности, чтобы вызвать сильную ионизацию.

Швейцарские специалисты учли этот недостаток при разработке своей «дождевой» машины и в итоге создали установку небывалой мощности. В июне нынешнего года двадцать подобных ламп Чижевского, похожих на гигантские фонари на столбах, были установлены в окрестностях города Аль-Айн, расположенного посреди пустыни. В течение всего летаих включали семьдесят четыре раза, и в пятидесяти двух случаях вслед за этим в пустыне выпадали сильные дожди, сопровождавшиеся молниями и шквалистым ветром. Так что эксперимент, можно сказать, удался.

Как же аль-айнским «дождевым» машинам удалось вызвать осадки? Дело в том, что они выделяют в атмосферу огромное количество ионов — электрически заряженных частиц. Ионы присоединяются к крупинкам пыли, огромные массы которой содержатся в воздухе в аравийских пустынях. В свою очередь облака ионизированной пыли поднимаются вверх с горячим воздухом от раскаленной земли на большую высоту, где ионы начинают притягивать к себе частицы воды, содержащейся в атмосфере. Это приводит к тому, что пылевые облака, «закачивая» в себя воду, превращаются в грозовые, которые проливаются на землю ливнями.

В результате после ливня пустыня может ненадолго покрыться сетью быстро бегущих ручьев из дождевой воды. По мнению ученых, эту воду можно собирать, очищать и использовать, при этом такая технология намного экономичнее, чем установки по опреснению воды. Кроме того, появившуюся воду можно направлять на поля или запасать в специальных водохранилищах.

Тем не менее далеко не во всякой пустыне это может сработать. В результате наблюдений, сделанных в ходе эксперимента, было установлено, что этот процесс может быть запущен, когда влажность воздуха поднимается до тридцати процентов. Такое действительно нередко происходит в Объединенных Арабских Эмиратах, расположенных на побережье моря. Однако в пустынях вроде знаменитой Атакамы в Чили, где влажность воздуха опускается до нуля процентов, вышеупомянутые лампы Чижевского вряд ли смогли бы вызвать хотя бы «грибной» дождик.

Кроме того, еще одним минусом конструкции является то, что она потребляет очень много электроэнергии. Для богатых нефтью Объединенных Арабских Эмиратов это, как вы понимаете, не проблема, однако вряд ли подобные «дождевые» машины смогут работать в африканских пустынях, поскольку многие государства, на территориях которых они находятся, бедны энергоресурсами. Впрочем, разработчики не исключают возможности модификации установок таким образом, чтобы они смогли работать от электростанций, действующих на так называемых альтернативных источниках энергии.

Интересно, что подобные эксперименты сразу же обеспокоили различных зеленых, которые посчитали, что при постоянном орошении пустынь ливнями их микроклимат может измениться, что повлечет за собой вымирание проживающих там уникальных растений и животных, которые на дух не переносят высокой влажности. Однако создатели установки успокоили борцов за сохранность природы, заявив, что никто не собирается держать «дождевые» машины включенными постоянно, на это не хватит денег даже у богатых ОАЭ. Речь идет лишь о том, чтобы время от времени вызывать дождь, когда это нужно местным жителям.

Несмотря на то что эксперты из разных стран предупреждают, что опыты швейцарской фирмы должны быть подвергнуты дополнительной проверке, полученные результаты уже получили положительные отзывы коллег, в том числе из престижного берлинского Института метеорологии имени Макса Планка. Разработчики заявили, что уже через два года вполне возможен запуск массового производства подобных «дождевых» машин. Возможно, именно тогда заветная мечта человечества сможет наконец-то осуществиться.

Остается лишь сожалеть о том, что отечественные специалисты, усилиями которых была создана первая лампа Чижевского, так и не смогли сделать из нее «дождевую» машину. А ведь подобная установка весьма пригодилось бы во время аномально жаркого лета прошлого года! Остается лишь надеяться, что в ближайшем будущем им удастся сконструировать что-нибудь подобное…

Читайте самое интересное в рубрике «Наука и техника«

Источник

⛅️Погодная станция на Arduino своими руками Подробнее

⏰Будильник рассвет своими руками на Arduino Подробнее

Что такое электричество? | Электроника шаг за шагом Подробнее

СЕКРЕТНЫЕ и ЗАПРЕЩЕННЫЕ СХЕМЫ в ЭЛЕКТРОНИКЕ Подробнее

Самодельный тепловизор на MLX90640 Подробнее

Как работает датчик дождя Подробнее

Галилео ☔ Как работает датчик дождя? Подробнее

СВОИМИ РУКАМИ ЭЛЕКТРОННЫЕ ЧАСЫ НА ARDUINO Подробнее

Погодная станция на ESP8266, MQTT и Epaper дисплее Подробнее

7 Мелодий Для Будильника / Электроника 77А (модель 1159) Подробнее

Вечная лампочка с Плавным включением и Плавным гашением ⚒️ Из мусора и Очень просто! Подробнее

Электронный предсказатель погоды своими руками Arduino Подробнее

Как СДЕЛАТЬ ПЕЙДЖЕР для сигнализатора поклевки. Подробнее

Урок 4 Подключаем модуль часов реального времени 1302 и дисплей 1602 I2C схема + код Подробнее

Домашняя электростанция электроника Часть 1 Подробнее

Источник