مقياس مطر يُعاير بوعاء مرجعي: مشاريع تخرج ESP32 للقياس المحلي

يعرض مقياس مطر منزلي 12 قلبة خلال عاصفة، لكن هل يعني ذلك كمية موثوقة أم أن جزءاً من الماء تسرب من القمع؟ يقترح هذا المشروع مقياس tipping-bucket صغيراً تقارن فيه كل قلبة بكمية ماء مرجعية تسكب ببطء، ثم يكتب ESP32 سجل القراءات مع وقتها. يفيد الموضوع في مشاريع تخرج ESP32 لأنه يجعل المعايرة جزءاً من المنتج، لا خطوة مخفية قبل رسم منحنى الطقس.

ابنِ آلية بسيطة يسهل تنظيفها

يتكون النموذج من قمع يجمع الماء ويوجهه إلى ذراع متوازن ينقلب عند بلوغ حجم معين. يمر مغناطيس صغير بجانب مفتاح Hall عند كل قلبة، فتسجل اللوحة نبضة. ضع شاشة حماية تسمح بفك القمع وتنظيفه، واجعل قناة التصريف مفتوحة كي لا يتجمع الماء داخل الصندوق الإلكتروني. استخدم مواد تتحمل الاستخدام الخارجي، مع صندوق منفصل للإلكترونيات ومجرى ماء لا يوجه البلل إلى اللوحة.

احسب مساحة فتحة القمع من أبعاده المقاسة، لكن لا تحوّل كمية إلى «ملم مطر» قبل معايرة آلية القلب نفسها. يمكن أن يحتبس الماء في الزوايا، أو تؤخر اللزوجة والقذارة الحركة، أو يعيد ارتداد الذراع نبضة ثانية. الهدف بناء جهاز طلابي يتعلم من هذه الحالات، لا بديل لمحطة أرصاد.

تحقق من نبضة القلبة كهربائياً

تصف ورقة DRV5032 من Texas Instruments مفتاح Hall منخفض القدرة ومخرجات رقمية بخيارات متعددة. افحص نوع خرج الوحدة، وجهد التغذية، ومقاومة السحب، والمسافة والاتجاه بين المغناطيس والحساس؛ القيم تختلف باختلاف النسخة وطريقة التركيب. اختبر المغناطيس يدوياً وسجل حالة الانتقال قبل تثبيت الذراع.

استخدم إزالة ارتداد زمنية قصيرة، لكن لا تجعلها طويلة بحيث تسقط قلبتين متتاليتين وقت المطر. خزّن زمن آخر نبضة، واحسب معدل القلابات، وارفض النبضات التي تتعارض مع الحد الميكانيكي المتوقع بدلاً من تسجيلها بصمت. ضع في واجهة التشخيص عداداً خاماً وآخر معتمداً كي يستطيع الفريق معرفة أثر مرشح الارتداد.

استخرج الحجم من اختبار معلوم

عاير الجهاز على دفعات صغيرة من الماء الموزون أو المقاس بأداة مرجعية مناسبة، وبمعدل سكب بطيء ثم أسرع. لكل دفعة سجل الحجم الداخل وعدد القلبات والماء المتبقي بعد النهاية. لا تستعمل ماءً قريباً من الإلكترونيات، ونفذ الاختبار فوق صينية احتواء. إذا كان القياس الحجمي المرجعي غير دقيق، فاذكر ذلك في عدم اليقين ولا تنسب كل الفرق للآلية.

للتوضيح فقط، يمكن للفريق اختبار دفعات 50 و100 و200 مل؛ هذه أحجام تخطيطية وليست مناسبة لكل قمع. معامل التجربة هو إجمالي الحجم مقسوماً على القلبات المكتملة، ثم يعاد اختباره على دفعة مستقلة. لا تستخدم معايرة واحدة إذا تغير مستوى القمع أو الميل أو آلية الذراع. احتفظ بسجل لكل نسخة تصميم.

سجل النبضة قبل إرسالها إلى الشبكة

يحفظ الجهاز محلياً وقت كل قلبة أو مجموعها خلال الدقيقة، ورقم إصدار المعايرة وحالة الحساس. إذا كانت الشبكة متاحة، يمكن إرسال ملخص دوري إلى وسيط MQTT. يوضح دليل Espressif لـMQTT دعم النقل الآمن TLS في أمثلة الإصدار، وهو مناسب لتجنب إرسال القياس عبر قناة مكشوفة عند النشر. ابدأ بوضع محلي ثم أضف الخادم بعد التحقق من إعادة المحاولة وتخزين الرسالة.

اجعل الرسالة تتضمن معرف الجهاز والتوقيت ووحدة القياس ومعامل المعايرة؛ لا ترسل رقماً مجرداً. عند فقد Wi-Fi، لا تصفر العداد، ولا تكرر سجل الدقائق عند عودة الشبكة. اختبر ذاكرة الجهاز ومعدل الكتابة حتى لا تتلف الملفات بسبب إيقاف الطاقة المفاجئ. لا ترفع مفاتيح الاتصال أو كلمات المرور إلى المستودع العام أو ملفات التقرير.

الانسداد والفقد جزء من التقييم

اختبر القمع فارغاً، وملوثاً بكمية محددة من الأوراق، والذراع بطيئاً، والذراع عالقاً، والمفتاح مفصولاً، والشبكة غير متاحة، ثم عودة الاتصال. يمكن إضافة مسطرة مرئية لمستوى الماء لاكتشاف أن النظام لا يسجل بينما يدخل الماء. لا تفسر غياب النبضات على أنه طقس جاف؛ اعرض آخر نبضة وحالة الجهاز كي يفرق المستخدم بين صفر مطر وعطل.

قارن الحجم المرجعي بالحجم المستنتج على عدة دفعات مستقلة، واعرض المتوسط والمدى والخطأ المطلق. سجّل معدل السكب لأن الآلية قد تستجيب بشكل مختلف عند التدفق السريع. لا تسند للواجهة دقة ثابتة قبل اختبارها خارج الصندوق وفي ظروف الرياح والاتساخ، ولا تعمم نتائج طاولة المعايرة على الفصول.

قدّم مقياساً يمكن تدقيقه

ارسم القمع وآلية القلبة بالحجم الذي تستطيع تصنيعه، ثم ناقش خطة معايرته ضمن مشاريع التخرج. حجم الفتحة وطريقة القياس المرجعي يحددان السؤال القابل للإجابة؛ ليس ضرورياً إضافة لوحة طقس كاملة قبل أن تثبت أن العداد يسجل القلبات كما ينبغي.