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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

Ove upute opisuju kako izgraditi jeftin mjerač razine vode u stvarnom vremenu za upotrebu u iskopanim bunarima. Mjerač razine vode dizajniran je tako da visi unutar iskopanog bunara, mjeri razinu vode jednom dnevno i šalje podatke putem WiFi -a ili mobilne veze na web stranicu radi neposrednog pregleda i preuzimanja. Cijena dijelova za izradu mjerača iznosi približno 200 USD za WiFi verziju i 300 USD za mobilnu verziju. Mjerač je prikazan na slici 1. Cijelo izvješće s 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 razine vode.pdf). Mjerači razine 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 mjerača za mjerenje vode temperatura, vodljivost i razina vode dostupni su ovdje:

Mjerač razine vode koristi ultrazvučni senzor za mjerenje dubine vode u bušotini. Senzor je priključen na uređaj Internet-of-Things (IoT) koji se povezuje na WiFi ili mobilnu mrežu i šalje podatke o razini vode na web-uslugu radi grafičkog prikaza. Web usluga koja se koristi u ovom projektu je ThingSpeak.com, koju možete besplatno koristiti za nekomercijalne male projekte (manje od 8, 200 poruka dnevno). Kako bi WiFi verzija mjerača radila, mora se nalaziti u blizini WiFi mreže. Bunari za domaću vodu često ispunjavaju ovaj uvjet jer se nalaze u blizini kuće s WiFi -jem. Mjerač ne uključuje zapisnik podataka, nego šalje podatke o razini vode na ThingSpeak gdje su pohranjeni 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 projektiran i ispitan za iskopane bušotine velikog promjera (0,9 m unutarnjeg promjera) s dubinama plitke vode (manje od 10 m ispod površine zemlje). Međutim, potencijalno bi se mogao koristiti za mjerenje razine vode u drugim situacijama, poput bušotina za praćenje okoliša, bušenih bušotina i površinskih vodnih tijela.

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

Pribor

Elektronički dijelovi:

Senzor - MaxBotix MB7389 (domet 5 m)

IoT uređaj - Photon of čestica sa zaglavljima

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

Baterija - 4 x AA

Žica - kratkospojna žica s utičnim konektorima (duljine 300 mm)

Baterije - 4 x AA

Vodovodni i hardverski dijelovi:

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

Gornji poklopac, ABS, 50 mm (2 inča), s navojem brtve za brtvljenje

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

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

Vijak s ušicom i 2 matice, od nehrđajućeg čelika (1/4 inča) za izradu vješalice na gornjoj kapici

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

Korak 1: Sastavite kućište mjerača

Sastavite kućište mjerača kako je prikazano na gornjim slikama 1 i 2. Ukupna duljina 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 mjerača treba biti izrezana na približno 125 mm duljine. To omogućuje dovoljno prostora unutar kućišta za smještaj IoT uređaja, baterije i unutarnje antene dugačke 170 mm.

Zatvorite sve spojeve silikonskim ili ABS ljepilom kako bi kućište bilo vodonepropusno. To je vrlo važno jer inače vlaga može ući u kućište i uništiti unutarnje komponente. U kutiju se može staviti malo pakiranje sa sredstvom za sušenje kako bi upilo vlagu.

Ugradite ušicu u gornji poklopac tako da izbušite rupu i umetnete ušicu i maticu. Za pričvršćivanje vijka s ušicom treba koristiti maticu s unutarnje i vanjske strane kućišta. Silikonizirajte unutrašnjost čepa 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 osjetnika GND, V+i pin 2). Lemljenje žica na senzor može biti izazovno jer su priključne rupe na senzoru male i blizu jedna drugoj. Vrlo je važno da su žice pravilno lemljene na senzor, tako da postoji dobra, snažna 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 u lemljenju, 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 lemljene na senzor, sav višak gole žice koji strši iz senzora može se odrezati rezačima žice na približno 2 mm duljine. Preporučuje se da lemni spojevi budu prekriveni debelim zrnom silicija. To daje priključcima veću čvrstoću 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 spoju senzora kako bi se osigurala dodatna zaštita i rasterećenje, smanjujući mogućnost da se žice slome na lemnim spojevima.

Žice senzora mogu imati priključke tipa push-on (vidi sliku 3b) na jednom kraju za pričvršćivanje na Photon. Korištenje utičnih konektora olakšava sastavljanje i rastavljanje mjerača. Žice senzora trebaju biti dugačke najmanje 270 mm kako bi mogle produljiti cijelu duljinu kućišta mjerača. Ova duljina omogućit će povezivanje Photona 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 izrezana na duljinu 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 uvrnuti u donju kapicu, pomoću teflonske trake kako bi se osigurala vodonepropusnost.

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. U nastavku se nalazi popis pin veza spojen na slici 4. Žice senzora i baterije mogu se pričvrstiti lemljenjem izravno 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 spajanje antene na Photonu potreban je konektor tipa u. FL (slika 4) i potrebno ga je jako čvrsto gurnuti na Photon kako bi se uspostavila veza. Nemojte umetati baterije u bateriju sve dok mjerač ne bude spreman za testiranje ili instaliran u bunar. U ovom dizajnu nema prekidača za uključivanje/isključivanje, pa se mjerač uključuje i isključuje postavljanjem i vađenjem baterija.

Popis 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 - spojite se na - Antenu

Korak 4: Postavljanje softvera

Pet glavnih koraka potrebno je za postavljanje softvera za mjerač:

1. Napravite račun za čestice koji će omogućiti internetsko sučelje s 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 mrežne 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. Izradite 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 kanala ThingSpeak nalaze se 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 računa ThingSpeak.

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

4. Webhook koji je stvoren u gornjem koraku mora se umetnuti u kôd koji upravlja Photonom. Kôd za WiFi verziju mjerača razine vode nalazi se u priloženoj datoteci (Code1_WiFi.txt). Na računalu 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 izradu nove aplikacije na sučelju aplikacije Particle. Umetnite naziv web -huoka stvorenog iznad u redak 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 promjene u kôd kako bi se učestalost izvješćivanja postavila jednom dnevno i dodali podaci o bušotini za vodu (to je opisano u priloženoj datoteci Upute za mjerenje razine vode.pdf u odjeljku pod naslovom “Ugradnja mjerača u bunar za vodu”).

Korak 5: Testirajte mjerač

Konstrukcija brojila i postavljanje softvera sada su dovršeni. U ovom trenutku preporučuje se testiranje mjerača. Trebalo bi dovršiti dva ispitivanja. Prvi test koristi se za potvrdu da mjerač može ispravno mjeriti razinu vode i poslati podatke u ThingSpeak. Drugi se test koristi za potvrdu da je potrošnja energije Photona unutar očekivanog raspona. Ovaj drugi test koristan je 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 svake dvije minute. Ovo je praktično vremensko razdoblje 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 unosi se u sekundama (tj. 120 sekundi je jednako dvije minute).

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

Za drugo ispitivanje treba izmjeriti električnu struju između baterije i Fotona 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 identificirati neispravne IoT uređaje 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 mirovanja. 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 zatim automatski preći u duboki način mirovanja na dvije minute (na što ukazuje LED na Photonu koji se isključuje). Pomoću mjerača struje u ovom trenutku promatrajte duboku struju sna. Radna struja trebala bi 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, Foton treba zamijeniti.

Mjerač je sada spreman za ugradnju u bunar za vodu (slika 6). Upute o tome kako instalirati mjerač u bunar za vodu nalaze se u priloženoj datoteci (Upute za mjerenje razine vode.pdf).

Korak 6: Kako napraviti staničnu verziju mjerača

Stanična verzija mjerača vode može se izraditi izmjenama na prethodno opisanom popisu dijelova, uputama i kodu. Mobilna verzija ne zahtijeva WiFi jer se povezuje s internetom putem mobilnog signala. Cijena dijelova za izradu mobilne verzije mjerača iznosi približno 300 USD (bez poreza i dostave), plus otprilike 4 USD mjesečno za podatkovni plan koji dolazi s mobilnim IoT uređajem.

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

• Zamijenite WiFi IoT uređaj (Particle Photon) za stanični 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.

• Stanični 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 s 4 AA baterije. LiPo baterija od 3,7 V priključuje se izravno na IoT uređaj pomoću isporučenih konektora. AA baterija priključena je na IoT uređaj na isti način kao što je gore opisano za WiFi verziju mjerača u koraku 3. Testiranje na terenu pokazalo je da će mobilna verzija mjerača raditi približno 9 mjeseci pomoću gore opisanog postavljanja baterije. Alternativa korištenju AA baterije i 3,7 V Li-Po baterije od 2000 mAh je korištenje jedne 3,7V Li-Po baterije većeg kapaciteta (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 usluga mobilne telefonije u kojoj će se koristiti vodomjer. Antena koja dolazi s mobilnim IoT uređajem nije prikladna za vanjsku uporabu. Vanjska antena može se spojiti dugačkim (3 m) kabelom koji omogućuje pričvršćivanje antene na vanjsku stranu bušotine na ušću bušotine (slika 7). Preporuča se umetanje antenskog kabela kroz dno kućišta i temeljito začepljenje silikonom kako bi se spriječio ulazak vlage (slika 8). Preporučuje se kvalitetan, vodootporan vanjski koaksijalni produžni kabel.

• Mobilni IoT uređaj radi na drugačijem kodu od WiFi verzije mjerača. Kôd za staničnu verziju mjerača nalazi se u priloženoj datoteci (Code2_Cellular.txt).