Introduction: Pluvi.On - Pluviometro De Baixo Custo

By Pluvi.On
About: We started the development of Pluvi.On in jun / 2016. Today we are a real-time and hyperlocal rainfall service that sends accumulated volume and precipitation rate data to anyone who needs it, population, gove…

O Pluvi.On é uma pequena estação de medição de chuvas, temperatura e umidade, open source, de baixo custo que pode ser instalada em qualquer canto do Brasil! Ele consegue medir a intensidade da chuva e com isso acreditamos que seja possível antever a probabilidade de uma enchente no seu entorno.

Com este tutorial esperamos que qualquer pessoa com acesso a métodos de fabricação digital (corte laser e impressão 3D principalmente) possa construir o seu!

A única coisa que pedimos em troca hoje são as informações e para isso mantemos um servidor que recebe estes dados, consolida e publica para que todos possam ter acesso.

Borá construir um?!

Step 1: O Que Você Vai Precisar...

Mecânica:

  • 1 chapa de acrílico de 460 x 280 mm
  • 1 báscula impressa em ABS
  • 1 eixo de aço inox de 30 x 3 mm (vamos detalhar opções alternativas!)
  • 1 imã de 4 x 2 mm
  • 1 abrigo impresso em 3D para o sensor DHT22
  • Cola acrílica, Pincel

Eletrônica:

  • 1 Sensor de umidade e temperatura DHT22
  • 1 NodeMCU ESP8266 ESP12
  • 2 resistores de 10k de pull-up
  • 2 header fêmea de 14 pinos
  • 1 barra de pino 90 graus de 6 pinos (4 pinos + 2 pinos)
  • 1 sensor de efeito hall
  • 1 Placa de circuito impresso para montar o shield
  • 20 cm de um cabo de 3 vias (estamos usando um cabo de áudio de CD-ROM)
  • 1 fonte 5v de no mínimo 500 mA

Ferramentas:

  • Ferro de soldar (ou uma estação caso deseje fazer com componentes SMD)
  • Impressora 3D
  • Corte Laser
  • CNC (caso deseje fazer a PCB)

Step 2: Estrutura Mecânica (preparação)

O primeiro passo é cortar uma chapa de acrílico de 2,4mm* numa cortadora a laser.

Pensamos no Pluvi.On utilizando uma chapa de acrílico com tamanho que serve em todas as cortadoras laser que já usamos até hj! (chinesas, Epilog, Trotec, etc)

Abaixo o arquivo com o plano de corte dxf

Plano de Corte (DXF)

*É importante notar que a espessura do acrílico pode variar bastante (2,1~3,2mm) isso pode provocar problemas nos encaixes, verifique a espessura do seu acrílico e faça os ajustes necessários, especialmente nas peças 1,2,4 e 5.

**Outro aspecto importante é o “kwerf” do seu equipamento, ou seja, a espessura do laser fazendo o corte. Em boas cortadoras, diríamos que é um aspecto irrelevante, contudo existem algumas cortadoras menos precisas que isto deve ser levado em conta #ficaadica!

Existem mais 2 peças que precisam ser produzidas, a báscula e o abrigo de Stevenson, em ambos os casos utilizaremos impressão 3D para confecção. Nossa sugestão é que estas peças seja impressas em ABS pois ficarão expostas à intempéries.

Abaixo os modelos STL das peças

Arquivos 3D (3D Files)

A báscula tem um recesso para instalação do Imã, dependendo da distancia para o sensor você precisará de um imã dentro do recesso e outro por fora. Recomendamos que você envolva os imãs em algum tipo de cola para evitar os efeitos da intempérie (silicone, araldite, plastfilm...todos funcionam!)

Ok, então temos todas as peças cortadas e impressas, vamos a montagem...

Step 3: Iniciando a Montagem

Posicionar os apoios em seus lugares, tente deixá-los o mais

perpendicular possível com relação a peça 1 e utilize solda acrílica* para fixar a peça.

Vire a peça e passe mais cola nos encaixes.

*Se você nunca usou solda/cola acrílica, saiba que o processo se dá por capilaridade, ou seja, você encaixa as peças e depois passa a solda no seu entorno, o solvente penetra entre as peças e inicia uma reação química entre as peças provocando uma solda bastante resistente.

**Se não encontrar cola/solda acrílica você pode usar cola instantânea, mas saiba que onde a cola encostar o acrílico ficara todo esbranquiçado.

Step 4: Montagem

Agora já fica mais legal! Vamos montar a peça 3 nos encaixes

da 1 e a peça 2 sobre a 3. Cuidado com os lados!!!

A peça 3 tem um “engraving” mostrando o lado de cima da peça! Já a peça 2 deve ter sua abertura alinhada com os apoios e os furinhos da peça 1.

Step 5: Montagem

Basta encaixar e colar ambas as laterais, peças 4 e 5, para

garantir que as peças estão do lado certo, use as marcações no canto das peças – setas para cima!

Uma sugestão aqui é deixar os “engravings” virados para o lado de dentro do seu Pluvi.On. O acabamento fica mais interessante!

Step 6: Montagem, Reforce As Soldas!

Temos a estrutura base montada, agora é importante soldar bem todas as peças acrílicas que tem contato. Isso vai garantir robustez e estanqueidade onde necessário

Step 7: Inserindo O Eixo Da Báscula

Esta etapa depende um pouco do que você esta usando como eixo, já testamos vários materiais, um dos que mais funciona é um rolete de alumínio encontrado em sucatas de impressora. Mas para deixarmos mais democrático, nosso exemplo aqui usa um pino de rebite!

Insira seu eixo no furo da placa 6, vire para o outro lado e trave com uma bucha de acrílico. Aqui é importante que você ajuste o furo da bucha de acordo com o eixo que você vai usar, senão, não vai travar ☹

Insira quantas buchas forem necessárias para centralizar sua báscula (calma, já chegaremos lá!)

Você pode colar a(s) bucha(s) na peça 6 se preferir, mas isto não é obrigatório.

Coloque a báscula no eixo, cheque para ver se esta bem livre! Ela deve se mover com seu próprio peso.

Step 8: Fechamento Do Lado Da Báscula

Adicione uma bucha no eixo e agora basta encaixar a peça 6 na estrutura. Adicione mais buchas no eixo para centraliza-lo na aberta superior. O eixo da báscula deve ser inserido no furo da peça da 3 durante esta montagem.

Teste novamente o movimento da báscula, uma dica é virar o conjunto de ponta cabeça e checar se a báscula se movimenta apenas com isso.

Step 9: Montagem Da Pirâmide/funil

Esta parte é meio chatinha, precisa de paciência! Então, respire fundo, pegue um café e vamos nessa...

Cole as peças maiores com fita adesiva, beeeeeem juntinhas....Depois cole uma das laterais da peça menor em uma das laterais.

Dobre as peças até que as arestas encostem formando uma pirâmide, cole com fita adesiva a aresta que ainda não foi colada.

Legal, temos uma pirâmide de fita adesiva, heheheheh!

É só virar a pirâmide do lado oposto à fita adesiva e passar cola acrílica nas arestas.

De longe, este não é o melhor método, o ideal seria cortar as arestas em ângulo que apesar de possível é bem difícil, você teria que fazer um gabarito para segurar a peça na sua cortadora laser no angulo correto, mas fique tranquilo, o metodo descrito acima funciona! Se quiser reforce depois um pouco de silicone.

S2 - Aproveite para fazer novas amizades!

A ajuda de umx amigx para segurar a pirâmide e aproximar as arestas, facilita na aplicação e absorção da cola!

Step 10: Eletrônica

Nós não vamos detalhar a soldagem da PCB aqui. Todos os recursos necessários para isso estão no nosso repositório e se estiver afim de fazer, não terá dificuldades de entender! Arquivos Eagle e BOM detalhado com links! :)

Esquema e Layout da PCB

Mas se ainda assim não rolar, deixa um comment ai embaixo que faremos o possível para ajudar!

Logo, nossa eletrônica aqui no Instructables, se resume a soldar fios e montar tudo dentro do Pluvi.On! Vamos lá?

1) Solde 3 fios no DHT22, obedecendo a seguinte pinagem (VCC/DATA/NC/GROUND). Nós temos utilizado cabos de audio de CD-ROM! Funciona bem e é bem fácil de achar.

2) Cole com cola quente o sensor DHT22 dentro do abrigo de Stevenson

3) Passe o cabo por um dos furos da peça 1, se tiver um anel de vedação (grommet) é aqui que ele vai!

4) Conecte o cabo vindo do DHT na sua PCB, obedeça a mesma pinagem, existe um silk do DHT na placa para ajudar!

5) Passe o conector da fonte por um dos outros furos da peça 1 e conecte na alimentação da PCB. +5v é pra cima

6) Finalmente você pode colar a placa com cola quente na peça 3 tomando o cuidado de alinhar o furo da placa com o eixo. Isto garante o alinhamento do imã com o sensor Hall.

7) Organize os cabos da melhor maneira possível, se tiver segurança, corte os fios e mantenha tudo justo para evitar esta etapa!

Step 11: Calibrando Seu Pluvi.On

Nesta etapa vamos calibrar o Pluviometro.

Utilizaremos um método bastante simples, mas funcional. Utilizando uma seringa graduada, voce deve gotejar água no seu equipamento já montado, assim que a báscula virar anote qual o volume foi necessário para isso.

Neste projeto o volume gira entre 2 e 4 ml, mas tudo depende do material da impressão, da densidade da peça etc. A ideia é repetir esse processo 5 vezes para cada lado da báscula, no total são 10 medidas. Anote todos os valores e tire uma média. Por exemplo:

2,8 3,0 3,3 2,8 3,1 3,2 3,0 2,8 3,1 3,0

A média é (2,8 + 3,0 + 3,3 + 2,8 + 3,1 + 3,2 + 3,0 + 2,8 + 3,1 + 3,0)/10 = 3,01

Pronto! Agora temos o valor de calibração para colocar no setup do nosso Pluvi.On.

Mas como isso se torna uma medida de precipitação em mm? Bom, é necessário saber qual a área de contribuição, ou seja, qual a área que coleta a chuva.

Neste caso a medida do projeto é 6615 mm²

Então o cálculo que faremos no firmware é o seguinte:

Precipitação = Tips x 3,01 x 1000 / 6615

Onde tips é o número de basculadas que ocorreram nas últimas 24h contados a partir das 7:00 (ou 10:00 GMT+0)

Step 12: Firmware Configuração E Upload

Utilizando o dev kit do ESP8266 (NodeMCU) é bem tranquilo de fazer o upload do Firmware.

Você precisará seguir estes passos para habilitar o NodeMCU como uma das suas placas dentro da Arduino IDE

Tutorial ESP8266 no Arduino IDE

Feito isso, você deve inserir a chave gerada na pagina do Thingspeak no firmware.

Chave configurada, você pode subir nosso firmware no seu Pluvi.On, está tudo aqui:

Firmware Pluvion - Arduino IDE

O firmware foi desenvolvido pensando na eficiência de coleta dos dados bem como na facilidade de instalação, sendo assim modificamos uma biblioteca (WifiManager) para garantir uma experiência de configuração do seu Pluvi.On bem pouco traumática.

A lógica do firmware também esta documentada no Github, temos diversas funções e requisitos que já foram testados em campo. Esta é exatamente a versão que está rodando na rede de Pluvi.On's que implantamos em São Paulo/SP

Step 13: Configurando Seu Pluvi.On

Após o upload do firmware, basta inserir o NodeMCU no shield, fechar a tampa e ligar na tomada!

Agora é só seguir os passos de configuração no seu smartphone.

Obs: Seu Pluvi.On pode demorar até 5 min para disponibilizar uma rede wifi de conexão para configuração.

Step 14: Visualizando Os Dados

Para a visualização dos dados enviados:

Basta entrar na plataforma thingspeak - https://thingspeak.com/ e seguir os tutoriais para criação de canais e obtenção de suas respectivas "chaves" https://www.mathworks.com/help/thingspeak/users.html

É isso pessoal!!! Espero que tenham gostado do tutorial, fizemos com todo o carinho tentando cobrir todos os detalhes, mas se ainda ficou alguma dúvida, por favor entre em contato com a gente!

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Made with S2 in São Paulo/SP - Brasil