Барометр из шприца. Мастер-класс «Самодельный барометр. Походный барометр своими руками

Помню, когда совсем маленьким был, то мой дед никогда не слушал по радио прогноз погоды, он всегда смотрел на свой старенький стрелочный барометр, стрелок у него было как минимум две (точно не помню, ведь столько лет прошло), и никогда не ошибался!

Вот и я давно хотел у себя в хозяйстве иметь барометр, да все никак, то дорого, то не попадался, то еще какие-то препятствия. Но вот начал заниматься микроконтроллерами и стало возможным сделать барометр самому.
Поднакопил я в заначке от любимой жены деньжат и приобрел датчики, MPX4115AP(датчик давления) и HIH-4000-004(датчик влажности), почему именно эти? Да просто, потому что в интернете именно по ним есть много информации, да и в продаже они были, хотя и дорогие. Львиная доля стоимости всего устройства пришлась именно на них.
Оба датчика аналоговые, а это значит, что барометр должен представлять из себя двухвходовый вольтметр, с корректировкой показаний АЦП в мм.рт.ст. (миллиметры ртутного столба), и % (проценты влажности воздуха). Сам пересчет показаний АЦП в мм.рт.ст. , и % я добросовестно взял из статьи «Небольшая метеостанция своими руками» - http://www.avispro.com.ua/doc.php?id=1172

Но представленная в статье конструкция показалась мне избыточной, а мне хотелось сделать проще и обязательно на светодиодных индикаторах, так как они светятся и имеют большой размер, а значит, их будет хорошо видно издалека, и при любом освещении, да и ток потребляют они гораздо меньше чем подсветка ЖКИ.
Я применил индикатор ВА56-12SRWA(светодиодный семисегментный, 3 разряда ОА ), 2 штуки. Они сверхяркие, т.е. можно дополнительно снизить потребляемый ток.

О том, как использовать значения атмосферного давления и влажности воздуха в предсказании погоды можно прочитать, например, здесь - http://www.meteopost.com/info/Pressure/

Вот такая в результате получилась схема:

Разводка платы такая:

На печатной плате общая шина - цифровая и аналоговая разделены.
Питание тоже разделено на аналоговое и цифровое, и подается через дроссели 25мкгн. на аналоговые цепи, а проводник в ферритовой трубочке на цифровые.

На входе АЦП конденсаторы по 0,33мкф на аналоговую землю, и резистор 750ом к датчикам. Это фильтры для снижения всевозможных помех на входы.

Выводы микроконтроллера AVCC и AREF зашунтированы керамическими конденсаторами по 0,1мкф, и еще по 10,0мкф танталовые (желтенькие со старых материнских плат).

Для того чтобы показания влажности воздуха были корректными, его необходимо вынести за пределы помещения (на улицу), и соединить с платой кабелем (лучше экранированным), и конечно защитить от прямого попадания осадков, ведь кристалл датчика совсем открытый. Датчик давления выносить за пределы платы совсем необязательно.

Эта программа, конечно не эталон, но как вариант для начинающих вполне сгодится
Безусловно, можно добавить гашение незначащего нуля в индикаторе влажности, это несложно, можно покопаться и что-то еще поправить, ведь совершенству нет предела.
Я предоставляю читателям полную свободу действий по улучшению кода.

Статья рассчитана на людей, которые любят что-то создавать своими руками, именно для души, и морального удовлетворения.

Замечание: Коммерческое использование материалов данной статьи запрещено!

Код написан в CodeWizardAVR V2.04.4a
Плата разведена в Sprint-Layout 5.0
Схема нарисована в Splan7.0.0.8_portable_rus

Существует много народных примет позволяющих определить, какая погода установиться на завтра. Приведем лишь некоторые из них:

Погода завтра улучшится –

1) если утром появятся кучевые облака, которые к вечеру исчезнут;

2) если вечером после ненастья выглянет солнце и в западной части неба не будет облаков;

3) если дым от костра или печных труб поднимается вверх столбом;

4) если кучевые облака движутся по небу в том же направлении, что и ветер у земли;

5) если ночью тихо и прохладно, а луна садится при чистом небе.

Погода завтра ухудшится –

1) если ветер к вечеру не стихнет, а усилится;

2) если утром появятся кучевые облака, которые к полудню примут форму высоких башен или гор;

3) если на небе одновременно видны облака всех типов: кучевые, "барашки", перистые и волнистые;

4) если дым от костра или из печных труб стелется по земле.

Если же вы были дома и не наблюдали, что происходило за окном вчера вечером, для предсказания погоды вам может пригодиться - барометр.

Можно пользоваться подсказками природы, а можно и попытаться изготовить барометр своими руками. Далее мы приведем несколько способов изготовления простых барометров, найденных при изучении журналов «Левша» и приложения «Для умелых рук» к журналу «Юный техник».

Барометр из лампочки.

Необходимо взять электрическую лампочку, и там, где начинается цоколь с резьбовой частью, аккуратно просверлить небольшое отверстие диаметром 2-3 мм. Это следует делать очень осторожно, иначе баллон может треснуть или разбиться.

Самый простой способ сверления стекла: на точку, где вы наметили отверстие, нанесите каплю машинного или подсолнечного масла; возьмите абразивный порошок от среднезернистой наждачной бумаги и подсыпьте его к масляной капле, чтобы получилась вязкая паста, чуть жиже зубной; зажмите в патроне дрели медную проволоку (диаметр ее должен соответствовать размеру отверстия, которое вы хотите просверлить); цоколь лампы аккуратно зажмите в тисках, а стеклянную колбу оберните полотенцем или тряпкой.

Осторожно просверлите отверстие, прикладывая минимальное усилие. Залейте в него водопроводную воду, заполнив стеклянную колбу до половины, затем добавьте в нее две-три капли чернил или кусочек грифеля химического карандаша и перемешайте – барометр готов.

Когда внутренняя стенка колбы просохнет, можно подвесить барометр между оконными рамами, а лучше всего с северной стороны, где на него не будут попадать прямые солнечные лучи. Если окна выходят на юг, установите в верхней части окна и через несколько часов можно снимать показания. Барометр может предсказывать погоду за сутки достаточно полно. Сплошная или переменная облачность ожидает нас, установится ли жара, или пойдет дождь мелкий затяжной кратковременный, может, грозовой...

Необходимо знать некоторые особенности, чтобы расшифровать показания такого барометра:

1) внутренние стенки лампочки покрылись мелкими каплями сконденсировавшейся воды – завтра будет сплошная облачность, но без осадков.

2) стенки лампочки покрылись каплями средней величины, а между ними образовались вертикальные сухие полосы – переменная облачность.

3) если стенки частично покрыты крупными каплями росы – ждите кратковременных осадков.

4) сверху донизу и капли, укрупняясь, стекают вниз - будет гроза.

5) крупные капли только у поверхности воды, а горловина лампочки сухая – дождь пройдет стороной, в 30-60 км от ваших мест.

6) за окном дождь, а стенки лампочки стали совершенно сухими, без тумана и капелек – завтра установится отличная погода.

7) если появились капли росы лишь на северной стороне баллона, ждите завтра дождя во второй половине дня.

Пользоваться таким барометром можно лишь в том случае, если температура воздуха выше нуля, то есть весной, летом и ранней осенью.

Барометр из сосновой шишки.

Дерево, кожа, другие органические материалы, даже наши волосы чутко реагируют на любые изменения погодных условий – во влажном воздухе волосы становятся длиннее, кожа - мягче, а дерево меняет объем... Например, под дождем чешуйки сосновой шишки плотнее прижимаются друг к другу, а в сухую погоду, наоборот, раскрываются, отчего шишка становится ершистой.

Такое свойство и можно использовать и сделать простейший барометр, предсказывающий погоду на несколько часов вперёд. Для изготовления барометра вам понадобятся две ровные деревянные дощечки для основания и боковины. Соедините их на клею, укрепив мелкими гвоздями, как показано на рисунке, из плотной бумаги вырежьте шкалу, нарисуйте на ней деления и два знака: солнце и зонтик, у самой боковины прикрепите к основанию крупную сухую сосновую шишку. К одной из нижних ее чешуек приклейте еще сухую былинку с бумажной стрелкой на конце.

Установите барометр на балконе или за окном - и, пожалуйста, с высокой точностью он подскажет, брать пи в этот день с собой зонтик.

Барометр из фотопластинки.

Ещё одна удивительная конструкция барометра для тех, кто увлекается фотографией.

Найдите черно-белый негатив ландшафта, на котором были бы изображены и вода, и растительность, возьмите стеклянную фотопластинку и экспонируйте на нее негатив. Затем проявите и сразу после промывки опустите на 15 минут в 10-процентный раствор азотнокислого кобальта, минуя стадию промывки, подсушите пластинку и аккуратно закрасьте со стороны эмульсии изображенные на ней деревья, кустарники и траву тонким слоем пористой, легко пропускающей влагу желтой краски, например, акварели или гуаши. После того, как краска подсохнет, окантуйте пластинку рамочкой – барометр погоды готов, а чтобы не повредить хрупкие слои эмульсии и краски, поместите его между стеклами оконной рамы.

Небо и вода на фотопластинке заголубеют, а растительность станет зеленой при приближении сухой погоды, но стоит погоде ухудшиться, как поблекнет и изображение на пластинке: небо и вода посереют, а листья и трава пожелтеют. Принцип действия такого барометра основан на том, что кристаллы азотнокислого кобальта, осевшие на фотоэмульсионном слое, меняют свой цвет в зависимости от влажности воздуха: при большом содержании влаги они становятся бесцветными, а в сухую погоду – голубыми, в тех местах, которые покрыты краской, два цвета - желтый и голубой – смешиваются, образуя зеленый.

Предсказывает погоду такой незамысловатый барометр довольно точно.

Барометр из ветки пихты или сосны.

Для изготовления такого барометра необходимо срезать ветку с молодой пихты или сосны. После отделить от неё отрезок длиной 10 см с растущей сбоку тоненькой длинной иголкой. Затем возьмите ровную дощечку или фанерку размером 150x100 мм и прибейте к ней заготовленный кусочек пихты так, чтобы игла могла свободно двигаться (см. рис.) – барометр готов. Только его надо отградуировать: поднесите прибор к горячей печке или плите - от тепла игла выпрямится и поднимется вверх, там, где она остановится, сделайте риску; поднесите прибор к струйке пара, вырывающейся из носика чайника – от воздействия влаги иголка опустится вниз, здесь отметьте вторую риску. Риски соедините дугой и разделите на несколько равных частей, остается сделать соответствующие надписи, как на рисунке.

Можно также применить любую маленькую стеклянную бутылочку вместо металлической ёмкости, после заполнения подкрашенной водой и установки пробки с трубкой, долейте в трубку немного воды. Так как корпус барометра жесткий, при повышении давления уровень воды будет понижаться, при понижении – повышаться.

В сегодняшнем эксперименте мы попробуем сделать барометр из обычной стеклянной бутылки. Руководства по его изготовлению в большом количестве присутствуют на различных сайтах (причем однотипные, то есть, скорее всего, бездумно скопированные друг у друга). Например:

Принцип работы такого барометра довольно прост: внутри бутылки сохраняется объем воздуха при фиксированном давлении. Налитая жидкость играет роль подвижного поршня между этим объемом воздуха и внешней атмосферой. Если внешнее (атмосферное) давление будет изменяться, то и уровень жидкости в трубке тоже будет двигаться. Так, при повышении давления уровень столбика будет опускаться, при понижении давления – подниматься.

Попробуем сделать барометр. Для этого нам понадобятся: стеклянная бутылка (0.5 литра), питьевая соломинка, изолента. С помощью изоленты делаем на соломинке пробку, которая будет плотно входить в горлышко бутылки (можно взять и обычную пробку, у меня такой под рукой не оказалось). После того, как в бутылку налита жидкость и вставлена соломинка, внутренний объем воздуха необходимо герметизировать. Можно сделать это, например, залив горлышко клеем “Момент” (во время его высыхания не допускайте перепадов температуры, иначе клей будет вздуваться пузырями из-за выходящего воздуха).

После того, как все высохнет, барометр готов к работе. Здесь мы обнаруживаем неприятную особенность: он имеет высокую чувствительность, причем не только к давлению, но и к температуре. В итоге воздух либо входит внутрь бутылки, либо, наоборот, вода выливается наружу. Таким образом, использовать такой барометр по своему прямому назначению крайне затруднительно.

В доказательство проведем некоторые расчеты “на пальцах”:

Атмосферное давление изменяется примерно на 20 мм. рт. столба от нормального. Таким образом, относительное изменение давления:

delta_P / P = 20 / 760 = 0.0263

Это изменение приводит к такому же относительному изменению объема воздуха, находящегося в бутылке. Будем считать, что бутылка заполнена наполовину, т.е. V = 250 мл. Тогда

delta_V = V * 0.0263 = 6.58 мл = 6580 мм 3

В то же время, объем соломинки (диаметр 2 мм, длина 20 см = 200 мм):

V сол = 3.14*1*200 = 630 мм 3

Видно, что объема соломинки заведомо не хватает, чтобы вместить всю ту жидкость, которая будет подниматься или опускаться. Такая же проблема наблюдается и при изменении температуры. Даже если температура изменится всего на 5 градусов, относительное изменение составит:

delta_T / T = 5 / 270 = 0.019

что сравнимо по эффекту с изменением давления.

Выводы:

Необходимо держать такой барометр в помещении с постоянной температурой (можно в холодильнике, но там запотевает стекло, и смотреть уровень жидкости затруднительно).

Необходимо использовать трубку большего диаметра.

При соблюдении этих условий можно рассчитывать на работоспособность данного устройства.

Барометр купить не всегда удается, поэтому хочу предложить конструкцию домашнего барометра, который с некоторой точностью будет показывать атмосферное давление.
Барометр (см. рисунок) состоит из бутылки с прозрачным стеклом, стеклянной трубки и пробки. Бутылка на одну треть заполняется водой, лучше брать дистилированую воду, поскольку обычная через год зацветает. Воду можно слегка подкрасить. В пробке делается отверстие, в которое вставляется стеклянная трубка. Место соединения замазывается пластилином. Теперь остаётся заткнуть бутылку пробкой. Барометр готов. Когда атмосферное давление начнет изменяться, то изменится уровень воды в трубке. Если из трубки начнут выходить пузырьки воздуха, значит давление очень высокое, а это к ясной устойчивой погоде, в такое время бывает хороший клев. Если вода начнет выливаться через верх трубки, давление низкое, можно ждать бурю, а на рыбалку идти не стоит.

Простейший барометр своими руками

Такой барометр можно сделать из маленькой жестяной масленки с параллельными боковыми сторонами.

Подберите пробку, которая бы плотно закрывала единственное отверстие будущего барометра. До того как вы поставите пробку на место, в ней необходимо проделать отверстие такого диаметра, чтобы пропустить сквозь него прозрачную трубку-соломинку для коктейлей. Впрочем, лучше применить стеклянную трубочку с внутренним диаметром отверстия 1,5 - 2,0 мм.

Ёмкость на 2/3 заполняется подкрашенной водой, в отверстие вставляется трубка с пробкой, в трубке при этом

Такой барометр закрепите на подставке с вертикальной линейкой. От градуировать его можно, снимая показания с настоящего барометра.

Вместо металлической емкости можно применить любую маленькую стеклянную бутылочку. После заполнения подкрашенной водой и установки пробки с трубкой, долейте в трубку немного воды. Так как корпус барометра жесткий, при повышении давления уровень воды будет понижаться, при понижении - повышаться.

Барометр из перегоревшей лампочки

Возьмите перегоревшую электрическую лампочку и там, где начинается цоколь с резьбовой частью, аккуратно просверлите небольшое отверстие диаметром 2-3 мм. Делать это следует очень осторожно, иначе баллон может треснуть или разбиться.
Вот самый простой способ сверления стекла. На точку, где вы наметили отверстие, нанесите каплю машинного или подсолнечного масла. Возьмите абразивный порошок от среднезернистой наждачной бумаги и подсыпьте его к масляной капле, чтобы получилась вязкая паста, чуть жиже зубной. Затем зажмите в патроне дрели медную проволоку. Диаметр ее должен соответствовать размеру отверстия, которое вы хотите просверлить. Цоколь лампы аккуратно зажмите в тисках. А стеклянную колбу оберните полотенцем или тряпкой. Сверлить нужно очень осторожно, прикладывая минимальное усилие.

Когда отверстие будет просверлено, залейте в него водопроводную воду, заполнив стеклянную колбу до половины. Затем добавьте в нее две-три капли чернил или кусочек грифеля химического карандаша и перемешайте. Барометр готов.

Остается подождать, пока внутренняя стенка колбы просохнет, и подвесить барометр между оконными рамами. Лучше всего с северной стороны, где на него не будут попадать прямые солнечные лучи. Если же окна выходят на юг, установите в верхней части окна. Через несколько часов можно снимать показания. Наш барометр может предсказывать погоду за сутки достаточно полно. Сплошная или переменная облачность ожидает нас, или пойдет дождь мелкий затяжной кратковременный, может, грозовой...
Правда надо знать некоторые особенности, чтобы расшифровать показания:

Если внутренние стенки лампочки покрылись мелкими каплями сконденсировавшейся воды - завтра будет сплошная облачность, но без осадков.

Если стенки лампочки покрылись каплями средней величины, а между ними образовались вертикальные сухие полосы - переменная облачность.