Mjerač nivoa vode u bunaru u stvarnom vremenu: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:04

Ove upute opisuju kako izgraditi jeftin mjerač nivoa vode u stvarnom vremenu za upotrebu u iskopanim bunarima. Mjerač vodostaja je dizajniran da visi unutar iskopanog bunara, mjeri nivo vode jednom dnevno i šalje podatke putem WiFi -a ili mobilne veze na web stranicu za trenutno pregledavanje i preuzimanje. Cijena dijelova za izradu mjerača iznosi približno 200 USD za WiFi verziju i 300 USD za mobilnu verziju. Mjerač je prikazan na slici 1. Cijeli izvještaj sa uputama za izgradnju, popisom dijelova, savjetima za konstrukciju i rad mjerača i načinom instaliranja mjerača u bunar za vodu nalazi se u priloženoj datoteci (Upute za mjerenje nivoa vode.pdf). Mjerači nivoa vode korišteni su za razvoj regionalne mreže za praćenje plitkih vodonosnika u stvarnom vremenu u Novoj Škotskoj, Kanada: https://fletcher.novascotia.ca/DNRViewer/index.htm… Upute za izgradnju sličnog brojila koje mjeri vodu temperatura, vodljivost i nivo vode dostupni su ovdje:

Mjerač nivoa vode koristi ultrazvučni senzor za mjerenje dubine vode u bunaru. Senzor je priključen na Internet-of-Things (IoT) uređaj koji se povezuje na WiFi ili mobilnu mrežu i šalje podatke o nivou vode web servisu radi grafičkog prikaza. Web usluga koja se koristi u ovom projektu je ThingSpeak.com, koja se može besplatno koristiti za nekomercijalne male projekte (manje od 8, 200 poruka dnevno). Da bi WiFi verzija mjerača radila, mora se nalaziti u blizini WiFi mreže. Bunari za domaću vodu često ispunjavaju ovaj uslov jer se nalaze u blizini kuće sa WiFi mrežom. Mjerač ne uključuje zapisnik podataka, već šalje podatke o razini vode u ThingSpeak gdje se pohranjuju u oblaku. Stoga, ako postoji problem prijenosa podataka (npr. Tijekom nestanka interneta), podaci o razini vode za taj dan se ne prenose i trajno se gube.

Mjerač je dizajniran i testiran za iskopane bunare velikog promjera (0,9 m unutarnjeg promjera) sa dubinama plitke vode (manje od 10 m ispod površine zemlje). Međutim, potencijalno bi se mogao koristiti za mjerenje vodostaja u drugim situacijama, poput bunara za praćenje okoliša, bušenih bunara i površinskih vodnih tijela.

Ovdje prikazani dizajn brojila izmijenjen je nakon mjerača koji je napravljen za mjerenje nivoa vode u kućnom spremniku vode i izvještavanje o nivou vode putem Twittera, koji je objavio Tim Ousley 2015. godine: https://www.instructables.com/id/Wi -Fi-Twitter-Wa…. Glavne razlike između originalnog dizajna i ovdje predstavljenog dizajna su mogućnost rada mjerača na AA baterijama umjesto ožičenog adaptera za napajanje, mogućnost pregleda podataka u grafikonu vremenskih serija umjesto Twitter poruke i upotreba ultrazvučnog senzora koji je posebno dizajniran za mjerenje nivoa vode.

Korak po korak upute za izradu mjerača razine vode navedene su u nastavku. Preporučuje se da graditelj pročita sve korake izgradnje prije početka procesa izgradnje brojila. IoT uređaj koji se koristi u ovom projektu je Photon of Particle, pa se stoga u sljedećim odjeljcima izrazi „IoT uređaj“i „Photon“koriste naizmjenično.

Supplies

Elektronski dijelovi:

Senzor - MaxBotix MB7389 (domet 5m)

IoT uređaj - Photon čestica sa zaglavljima

Antena (unutrašnja antena ugrađena u kućište mjerača) - 2,4 GHz, 6dBi, IPEX ili u. FL konektor, dugačak 170 mm

Baterija - 4 x AA

Žica - kratkospojna žica sa utičnim konektorima (dužine 300 mm)

Baterije - 4 x AA

Vodovodni i hardverski dijelovi:

Cijev - ABS, promjera 50 mm (2 inča), dužine 125 mm

Gornji poklopac, ABS, 50 mm (2 inča), sa navojem zaptivke za vodootpornu zaptivku

Donji poklopac, PVC, 50 mm (2 inča) sa ¾ inčnim NPT navojem za postavljanje senzora

2 spojnice za cijevi, ABS, 50 mm (2 inča) za spajanje gornje i donje kapice na ABS cijev

Vijak za ušice i 2 matice, od nehrđajućeg čelika (1/4 inča) za vješanje na gornjoj kapici

Ostali materijali: električna traka, teflonska traka, lemljenje, silikon, ljepilo za sastavljanje kućišta

Korak 1: Sastavite kućište mjerača

Sastavite kućište mjerača kao što je prikazano na slikama 1 i 2 gore. Ukupna dužina sastavljenog mjerača, od vrha do vrha, uključujući senzor i ušicu, je približno 320 mm. ABS cijev promjera 50 mm koja se koristi za izradu kućišta brojila treba biti odrezana na približno 125 mm po dužini. To omogućava dovoljno prostora unutar kućišta za smještaj IoT uređaja, baterije i unutrašnje antene dugačke 170 mm.

Zabrtvite sve spojeve silikonskim ili ABS ljepilom kako bi kućište bilo vodonepropusno. To je vrlo važno jer u protivnom vlaga može ući u kućište i uništiti unutarnje komponente. Malo pakovanje sredstva za sušenje može se staviti unutar kućišta kako bi upilo vlagu.

Ugradite ušicu u gornji poklopac tako da izbušite rupu i umetnete ušicu i maticu. Za pričvršćivanje ušice treba koristiti maticu s unutarnje i vanjske strane kućišta. Silikonizirajte unutrašnjost poklopca na otvoru za vijak kako biste ga učinili vodonepropusnim.

Korak 2: Priključite žice na senzor

Tri žice (vidi sliku 3a) moraju biti lemljene na senzor kako bi se pričvrstile na foton (tj. Pinovi senzora GND, V+i pin 2). Lemljenje žica na senzor može biti izazov jer su priključne rupe na senzoru male i blizu jedna drugoj. Vrlo je važno da su žice pravilno lemljene na senzor kako bi postojala dobra, jaka fizička i električna veza i nema lemljenih lukova između susjednih žica. Dobro osvjetljenje i povećalo pomažu u procesu lemljenja. Za one koji nemaju prethodno iskustvo lemljenja, preporučuje se malo vježbe lemljenja prije lemljenja žica na senzor. Mrežni vodič o lemljenju dostupan je na SparkFun Electronics (https://learn.sparkfun.com/tutorials/how-to-solder…).

Nakon što su žice zalemljene na senzor, sav višak gole žice koji strši iz senzora može se odrezati rezačima žice na približno 2 mm dužine. Preporučuje se da lemni spojevi budu prekriveni debelim zrnom silicija. Time se priključcima daje veća čvrstoća i smanjuje mogućnost korozije i električnih problema na spojevima senzora ako vlaga uđe u kućište mjerača. Električna traka također se može omotati oko tri žice na priključku senzora kako bi se pružila dodatna zaštita i smanjilo naprezanje, smanjujući mogućnost da se žice puknu na lemnim spojevima.

Žice senzora mogu imati priključke tipa push-on (vidi sliku 3b) na jednom kraju za pričvršćivanje na foton. Korištenje utičnih konektora olakšava sastavljanje i rastavljanje mjerača. Žice senzora trebaju biti dugačke najmanje 270 mm kako bi mogle protezati cijelom dužinom kućišta mjerača. Ova dužina će omogućiti povezivanje fotona s gornjeg kraja kućišta sa senzorom na donjem kraju kućišta. Imajte na umu da ova preporučena duljina žice pretpostavlja da je ABS cijev koja se koristi za izradu kućišta mjerača rezana na dužinu od 125 mm. Prije rezanja i lemljenja žica na senzoru potvrdite da je žica dužine 270 mm dovoljna da se protegne izvan vrha kućišta mjerača kako bi se Photon mogao spojiti nakon što je kućište sastavljeno i senzor trajno pričvršćen na slučaj.

Senzor se sada može pričvrstiti na kućište mjerača. Treba ga čvrsto pričvrstiti u donji poklopac, koristeći teflonsku traku kako bi se osiguralo vodonepropusno brtvljenje.

Korak 3: Priključite senzor, bateriju i antenu na IoT uređaj

Priključite senzor, bateriju i antenu na foton (slika 4) i umetnite sve dijelove u kućište mjerača. Spisak pin veza koji je prikazan na slici 4 nalazi se ispod. Žice senzora i kompleta baterija mogu se pričvrstiti lemljenjem direktno na Photon ili pomoću utičnih konektora koji se pričvršćuju na igle zaglavlja na donjoj strani fotona (kao što je prikazano na slici 2). Korištenje utičnih konektora olakšava rastavljanje mjerača ili zamjenu fotona u slučaju kvara. Za povezivanje antene na Photonu potreban je konektor tipa u. FL (slika 4) i potrebno ga je jako čvrsto pritisnuti na Photon da bi se uspostavila veza. Nemojte umetati baterije u bateriju sve dok mjerač nije spreman za testiranje ili instaliran u bunar. U ovaj dizajn nije uključen prekidač za uključivanje/isključivanje, pa se mjerač uključuje i isključuje postavljanjem i vađenjem baterija.

Lista pin veza na IoT uređaju (Foton čestica):

Fotonski pin D3 - spojite na - Senzorski pin 2, podaci (smeđa žica)

Fotonski pin D2 - spojite na - Senzorski pin 6, V+ (crvena žica)

Fotonski pin GND - spojite na - Senzorski pin 7, GND (crna žica)

Foton pin VIN - spojite na - Baterija, V+ (crvena žica)

Fotonski pin GND - spojite na - Baterija, GND (crna žica)

Photon u. FL pin - povežite se na - antenu

Korak 4: Postavljanje softvera

Pet glavnih koraka potrebno je za postavljanje softvera za mjerač:

1. Kreirajte račun Particle koji će omogućiti internetsko sučelje sa Photonom. Da biste to učinili, preuzmite mobilnu aplikaciju Particle na pametni telefon: https://docs.particle.io/quickstart/photon/. Nakon instaliranja aplikacije, stvorite račun Particle i slijedite online upute za dodavanje Photona na račun. Imajte na umu da se svi dodatni fotoni mogu dodati na isti račun bez potrebe za preuzimanjem aplikacije Particle i ponovnim stvaranjem računa.

2. Kreirajte ThingSpeak račun https://thingspeak.com/login i postavite novi kanal za prikaz podataka o razini vode. Primjer ThingSpeak web stranice za vodomjer prikazan je na slici 5, koja se također može vidjeti ovdje: https://thingspeak.com/channels/316660. Upute za postavljanje ThingSpeak kanala date su na https://docs.particle.io/tutorials/device-cloud/w… Imajte na umu da se dodatni kanali za druge fotone mogu dodati na isti račun bez potrebe za stvaranjem drugog ThingSpeak računa.

3. "Webhook" je potreban za prosljeđivanje podataka o nivou vode sa Photona na ThingSpeak kanal. Upute za postavljanje web-huka nalaze se na https://docs.particle.io/tutorials/device-cloud/w…. Ako se gradi više od jednog vodomjera, mora se stvoriti nova web udica s jedinstvenim imenom za svaki dodatni foton.

4. Webhuka koja je stvorena u gornjem koraku mora se umetnuti u kôd koji upravlja Photonom. Kod za WiFi verziju mjerača razine vode nalazi se u priloženoj datoteci (Code1_WiFi.txt). Na računaru idite na web stranicu Particle https://login.particle.io/login?redirect=https://… prijavite se na račun Particle i idite na sučelje aplikacije Particle. Kopirajte kôd i upotrijebite ga za kreiranje nove aplikacije u sučelju aplikacije Particle. Umetnite naziv web -huka kreiranog iznad u red 87 koda. Da biste to učinili, izbrišite tekst unutar navodnika i umetnite novi naziv webhook unutar navodnika u retku 87, koji glasi kako slijedi:

Particle.publish ("Insert_Webhook_Name_Inside_These_Quotes", String (GWelevation, 2), PRIVATE);

5. Kôd se sada može provjeriti, spremiti i instalirati na Photon. Imajte na umu da je kôd pohranjen i instaliran na Photon iz oblaka. Ovaj kôd će se koristiti za rad vodomjera kada se nalazi u bunaru za vodu. Tijekom instalacije na terenu, potrebno je unijeti neke izmjene u kôd kako bi se učestalost izvještavanja postavila na jednom dnevno i dodali podaci o bunaru vode (to je opisano u priloženoj datoteci Upute za mjerenje nivoa vode.pdf u odjeljku pod naslovom „ Ugradnja mjerača u bunar za vodu”).

Korak 5: Testirajte mjerač

Konstrukcija brojila i postavljanje softvera su sada završeni. U ovom trenutku preporučuje se testiranje brojila. Trebalo bi dovršiti dva testa. Prvi test se koristi za potvrdu da mjerač može ispravno mjeriti nivo vode i poslati podatke u ThingSpeak. Drugi test se koristi za potvrdu da je potrošnja energije Photona unutar očekivanog raspona. Ovaj drugi test je koristan jer će baterije otkazati prije nego što se očekivalo ako Photon koristi previše energije.

Za potrebe testiranja, kôd je postavljen za mjerenje i izvještavanje o razinama vode svaka dva minuta. Ovo je praktičan vremenski period za čekanje između mjerenja dok se mjerač testira. Ako želite drugu mjernu frekvenciju, promijenite varijablu pod nazivom MeasureTime u retku 16 koda na željenu mjernu frekvenciju. Učestalost mjerenja se unosi u sekundama (tj. 120 sekundi je jednako dvije minute).

Prvi test može se obaviti u uredu tako da se mjerač objesi iznad poda, uključi i uključi i provjeri da li ThingSpeak kanal precizno izvještava o udaljenosti između senzora i poda. U ovom scenariju ispitivanja ultrazvučni impuls se reflektira od poda, što se koristi za simulaciju vodene površine u bušotini.

Za drugi test, električnu struju između baterije i fotona treba izmjeriti kako bi se potvrdilo da odgovara specifikacijama u tehničkom listu Photon: https://docs.particle.io/datasheets/wi-fi/photon-d… Iskustvo je pokazalo da ovaj test pomaže u identifikaciji neispravnih IoT uređaja prije nego što se rasporede na terenu. Izmjerite struju postavljanjem mjerača struje između pozitivne V+ žice (crvena žica) na bateriji i VIN pina na fotonu. Struju treba mjeriti iu načinu rada iu načinu dubokog sna. Da biste to učinili, uključite Photon i on će se pokrenuti u radnom načinu rada (što pokazuje LED dioda na Photonu koja postaje cijan boje), koji radi približno 20 sekundi. Pomoću mjerača struje promatrajte radnu struju za to vrijeme. Photon će tada automatski preći u duboki način mirovanja na dvije minute (kao što je označeno LED diodom na Photonu koja se isključuje). Pomoću mjerača struje u ovom trenutku promatrajte duboku struju sna. Radna struja bi trebala biti između 80 i 100 mA, a struja dubokog sna trebala bi biti između 80 i 100 µA. Ako je struja veća od ovih vrijednosti, Photon treba zamijeniti.

Brojilo je sada spremno za ugradnju u bunar za vodu (slika 6). Upute o tome kako instalirati mjerač u bunar za vodu nalaze se u priloženoj datoteci (Instrukcije za mjerenje nivoa vode.pdf).

Korak 6: Kako napraviti ćelijsku verziju mjerača

Mobilna verzija vodomjera može se izgraditi izmjenama na prethodno opisanoj listi dijelova, uputama i kodu. Mobilna verzija ne zahtijeva WiFi jer se povezuje na Internet putem mobilnog signala. Troškovi dijelova za izradu mobilne verzije brojila su otprilike 300 USD (bez poreza i dostave), plus otprilike 4 USD mjesečno za podatkovni plan koji dolazi s mobilnim IoT uređajem.

Mobilni mjerač koristi iste dijelove i korake konstrukcije navedene gore sa sljedećim izmjenama:

• Zamijenite WiFi IoT uređaj (Particle Photon) za mobilni IoT uređaj (Particle Electron): https://store.particle.io/collections/cellular/pr…. Prilikom izrade mjerača upotrijebite iste pin veze opisane gore za WiFi verziju mjerača u koraku 3.

• Mobilni IoT uređaj troši više energije od WiFi verzije, pa se preporučuju dva izvora baterije: Li-Po baterija od 3,7 V, koja dolazi s IoT uređajem, i baterija sa 4 AA baterije. LiPo baterija od 3,7 V priključuje se direktno na IoT uređaj pomoću isporučenih konektora. AA baterija je priključena na IoT uređaj na isti način kao što je gore opisano za WiFi verziju mjerača u koraku 3. Testiranje na terenu je pokazalo da će mobilna verzija mjerača raditi približno 9 mjeseci koristeći gore opisano postavljanje baterije. Alternativa korištenju AA baterije i Li-Po baterije od 3,7 V od 3,2 V od 2000 mAh je upotreba jedne Li-Po baterije od 3,7 V s većim kapacitetom (npr. 4000 ili 5000 mAh).

• Na mjerač mora biti priključena vanjska antena, na primjer: https://www.amazon.ca/gp/product/B07PZFV9NK/ref=p…. Uvjerite se da je ocijenjen za frekvenciju koju koristi davatelj mobilnih usluga gdje će se koristiti mjerač vode. Antena koja dolazi s mobilnim IoT uređajem nije prikladna za vanjsku upotrebu. Vanjska antena može se spojiti dugačkim (3 m) kabelom koji omogućava pričvršćivanje antene na vanjsku stranu bušotine na ušću bušotine (slika 7). Preporučuje se da se antenski kabel provuče kroz dno kućišta i dobro zatvori silikonom kako bi se spriječio ulazak vlage (slika 8). Preporučuje se kvalitetan, vodootporan vanjski koaksijalni produžni kabel.

• Mobilni IoT uređaj radi na drugom kodu od WiFi verzije mjerača. Kod za mobilnu verziju brojila dat je u priloženoj datoteci (Code2_Cellular.txt).