Valós idejű kút vízszintmérő: 6 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:39

Ezek az utasítások leírják, hogyan lehet olcsó, valós idejű vízszintmérőt készíteni ásott kutakban való használatra. A vízszintmérőt úgy tervezték, hogy egy ásott kút belsejében lógjon, naponta egyszer mérje a vízszintet, és WiFi -n vagy mobilkapcsolaton keresztül küldje el az adatokat egy weboldalra azonnali megtekintés és letöltés céljából. A mérőkészülék alkatrészeinek költsége körülbelül 200 dollár a WiFi verziónál és 300 dollár a mobil verziónál. A mérőműszert az 1. ábra mutatja. A mellékelt fájl tartalmazza a teljes jelentést az építési utasításokkal, az alkatrészlistával, a mérőeszköz felépítésével és működtetésével kapcsolatos tippekkel, valamint a vízmérő vízkútba történő beépítésének módjával (Vízszintmérő használati utasítás. Pdf). A vízszintmérőket regionális, valós idejű sekély víztartó megfigyelő hálózat kifejlesztésére használták Nova Scotia-ban, Kanadában: https://fletcher.novascotia.ca/DNRViewer/index.htm… Utasítások hasonló vízmérő építéséhez A hőmérséklet, a vezetőképesség és a vízszint itt érhető el:

A vízszintmérő ultrahangos érzékelővel méri a kút vízmélységét. Az érzékelő egy tárgyak internete (IoT) eszközhöz van csatlakoztatva, amely WiFi-hez vagy mobilhálózathoz csatlakozik, és elküldi a vízszint adatait egy grafikus webszolgáltatáshoz. A projektben használt webszolgáltatás a ThingSpeak.com, amely szabadon használható nem kereskedelmi jellegű kis projektekhez (kevesebb, mint 8 200 üzenet/nap). Annak érdekében, hogy a mérő WiFi verziója működjön, azt egy WiFi hálózat közelében kell elhelyezni. A háztartási vízkutak gyakran megfelelnek ennek a feltételnek, mert WiFi házhoz közel helyezkednek el. A mérő nem tartalmaz adatgyűjtőt, inkább a vízszint adatait küldi a ThingSpeaknek, ahol a felhőben tárolják. Ezért, ha adatátviteli probléma merül fel (pl. Internetkimaradás során), az adott nap vízszintes adatai nem kerülnek továbbításra, és véglegesen elvesznek.

A mérőt nagy átmérőjű (0,9 m belső átmérőjű) ásott kutakra tervezték és tesztelték, sekély vízmélységgel (kevesebb, mint 10 m a talajfelszín alatt). Azonban potenciálisan felhasználható vízszintek mérésére más helyzetekben, például környezeti megfigyelő kutaknál, fúrt kutaknál és felszíni víztesteknél.

Az itt bemutatott mérőfelépítést módosították egy mérő után, amelyet háztartási víztartály vízszintjének mérésére és a vízszint jelentésére a Twitteren keresztül tettek közzé, amelyet Tim Ousley tett közzé 2015 -ben: https://www.instructables.com/id/Wi -Fi-Twitter-Wa … A fő különbségek az eredeti kivitel és az itt bemutatott kivitel között az a képesség, hogy vezetékes hálózati adapter helyett AA elemmel működtetik a mérőt, az adatok Twitter-üzenet helyett egy idősoros grafikonon tekinthetők meg, valamint egy ultrahangos érzékelő, amelyet kifejezetten a vízszint mérésére terveztek.

Az alábbiakban lépésről lépésre talál útmutatást a vízszintmérő felépítéséhez. Javasoljuk, hogy az építtető olvassa el az összes építési lépést, mielőtt elkezdi a mérőműszer építési folyamatát. A projektben használt IoT eszköz részecske foton, ezért a következő szakaszokban az „IoT eszköz” és a „foton” kifejezéseket felcserélve használjuk.

Kellékek

Elektronikus részek:

Érzékelő - MaxBotix MB7389 (5 m hatótávolság)

IoT eszköz - részecske foton fejléccel

Antenna (belső antenna beépítve a mérőházba) - 2,4 GHz, 6dBi, IPEX vagy u. FL csatlakozó, 170 mm hosszú

Akkumulátor - 4 x AA

Huzal - áthidaló huzal nyomható csatlakozókkal (300 mm hosszú)

Elemek - 4 x AA

Víz- és hardver alkatrészek:

Cső - ABS, 50 mm (2 hüvelyk) átmérőjű, 125 mm hosszú

Felső kupak, ABS, 50 mm (2 hüvelyk), tömítéssel menetes, hogy vízzáró legyen

Alsó kupak, PVC, 50 mm (2 hüvelyk) ¾ hüvelykes NPT menettel az érzékelőhöz való illesztéshez

2 csőcsatlakozó, ABS, 50 mm (2 hüvelyk) a felső és az alsó kupak csatlakoztatásához az ABS csőhöz

Szemcsavar és 2 anya, rozsdamentes acél (1/4 hüvelyk), hogy akasztót lehessen készíteni a felső kupakra

Egyéb anyagok: elektromos szalag, teflonszalag, forraszanyag, szilikon, ragasztó a tok összeállításához

Lépés: Szerelje össze a mérőházat

Szerelje össze a mérőházat a fenti 1. és 2. ábrán látható módon. Az összeszerelt mérő teljes hossza, a hegytől a hegyig, beleértve az érzékelőt és a szemcsavart, körülbelül 320 mm. A mérőház készítéséhez használt 50 mm átmérőjű ABS csövet körülbelül 125 mm hosszúra kell vágni. Ez elegendő helyet biztosít a tok belsejében az IoT-eszköz, az akkumulátor és a 170 mm hosszú belső antenna elhelyezéséhez.

Zárja le az összes kötést szilíciummal vagy ABS ragasztóval, hogy a tok vízzáró legyen. Ez nagyon fontos, különben nedvesség kerülhet a házba, és tönkreteheti a belső alkatrészeket. Egy kis nedvszívó csomagolást helyezhet a tok belsejébe, hogy felszívja a nedvességet.

Szereljen be egy szemcsavart a felső kupakba úgy, hogy lyukat fúr, és behelyezi a szemcsavart és az anyát. A tok belsejében és kívül is anyát kell használni a szemcsavar rögzítésére. A kupak belsejét szilikonnal a csavar lyukánál vízzáróvá kell tenni.

Lépés: Csatlakoztassa a vezetékeket az érzékelőhöz

Három vezetéket (lásd a 3a. Ábrát) kell forrasztani az érzékelőhöz a fotonhoz való rögzítéshez (azaz a GND, V+és a 2 -es tű). A vezetékek forrasztása az érzékelőhöz nehéz lehet, mivel az érzékelő csatlakozófuratai kicsiek és közel vannak egymáshoz. Nagyon fontos, hogy a vezetékek megfelelően vannak forrasztva az érzékelőhöz, így jó, erős fizikai és elektromos kapcsolat van, és nincsenek forrasztóívek a szomszédos vezetékek között. A jó világítás és a nagyító lencse segít a forrasztási folyamatban. Azok számára, akik nem rendelkeznek korábbi forrasztási tapasztalattal, bizonyos gyakorlatot kell végezni a forrasztás előtt, mielőtt a vezetékeket az érzékelőhöz forrasztják. A forrasztásról szóló online oktatóanyag elérhető a SparkFun Electronics webhelyen (https://learn.sparkfun.com/tutorials/how-to-solder…).

Miután a vezetékeket az érzékelőhöz forrasztották, az érzékelőből kilógó felesleges csupasz huzal vágható le kb. 2 mm hosszúságú huzalvágókkal. Javasoljuk, hogy a forrasztási kötéseket vastag szilícium -gyöngy borítsa. Ez nagyobb szilárdságot biztosít a csatlakozásoknak, és csökkenti a korrózió és az elektromos problémák esélyét az érzékelőcsatlakozásoknál, ha nedvesség kerül a mérőházba. Elektromos szalagot is lehet tekerni a három vezeték köré az érzékelőcsatlakozásnál, hogy további védelmet és húzást biztosítson, csökkentve annak valószínűségét, hogy a vezetékek elszakadnak a forrasztási kötéseknél.

Az érzékelővezetékek egyik végén push-on típusú csatlakozók lehetnek (lásd 3b. Ábra), amelyek a fotonhoz rögzíthetők. A push-on csatlakozók használata megkönnyíti a mérő összeszerelését és szétszerelését. Az érzékelő vezetékeinek legalább 270 mm hosszúnak kell lenniük, hogy meghosszabbíthassák a mérőház teljes hosszát. Ez a hosszúság lehetővé teszi a foton csatlakoztatását a tok felső végéről az érzékelővel a tok alsó végén. Vegye figyelembe, hogy ez az ajánlott huzalhossz feltételezi, hogy a mérőház készítéséhez használt ABS cső 125 mm hosszúra van vágva. A vezetékek vágása és forrasztása előtt győződjön meg arról, hogy a 270 mm -es huzalhossz elegendő ahhoz, hogy túlnyúljon a mérőház tetején, hogy a foton csatlakoztatható legyen a ház összeszerelése és az érzékelő tartós rögzítése után az ügy.

Az érzékelő most rögzíthető a mérőházhoz. Szorosan csavarja be az alsó kupakba, teflonszalaggal, hogy biztosítsa a vízzáró tömítést.

3. lépés: Csatlakoztassa az érzékelőt, az akkumulátort és az antennát az IoT -eszközhöz

Csatlakoztassa az érzékelőt, az akkumulátort és az antennát a fotonhoz (4. ábra), és helyezze be az összes alkatrészt a mérőházba. Az alábbiakban felsoroljuk a 4. ábrán látható csapcsatlakozásokat. Az érzékelő és az akkumulátor vezetékei forrasztással közvetlenül a fotonhoz csatlakoztathatók, vagy push-on típusú csatlakozókkal, amelyek a foton alsó oldalán található fejlécekhez csatlakoznak (lásd a 2. ábrát). A push-on csatlakozók használata megkönnyíti a mérő szétszerelését vagy a Photon cseréjét, ha meghibásodik. A Photon antennacsatlakozásához u. FL típusú csatlakozó szükséges (4. ábra), és nagyon erősen rá kell tolni a fotonra a csatlakozáshoz. Ne helyezze be az elemeket az akkumulátorba, amíg a mérőeszköz készen áll a vizsgálatra vagy a kútba. Ez a kivitel nem tartalmaz ki/be kapcsolót, így a mérő be- és kikapcsolása az elemek behelyezésével és eltávolításával történik.

Az IoT -eszköz (Particle Photon) tűcsatlakozásainak listája:

D3 fotoncsap - csatlakozás - 2. érzékelőcsap, adat (barna vezeték)

D2 fotoncsap - csatlakozás - 6. érzékelő, V+ (piros vezeték)

Fotoncsap GND - csatlakozás - 7. érzékelőcsap, GND (fekete vezeték)

Foton pin VIN - csatlakozás - Akkumulátor, V+ (piros vezeték)

Fotoncsap GND - csatlakozás - Akkumulátor, GND (fekete vezeték)

Photon u. FL pin - csatlakoztassa - Antenna

4. lépés: Szoftver beállítása

A mérő szoftverének beállításához öt fő lépésre van szükség:

1. Hozzon létre egy részecske -fiókot, amely online felületet biztosít a fotonnal. Ehhez töltse le a Particle mobilalkalmazást okostelefonra: https://docs.particle.io/quickstart/photon/. Az alkalmazás telepítése után hozzon létre egy részecske -fiókot, és kövesse az online utasításokat a foton hozzáadásához a fiókhoz. Ne feledje, hogy bármilyen további foton hozzáadható ugyanahhoz a fiókhoz anélkül, hogy le kellene töltenie a Részecske alkalmazást, és új fiókot kell létrehoznia.

2. Hozzon létre egy ThingSpeak fiókot https://thingspeak.com/login, és állítson be egy új csatornát a vízszint adatainak megjelenítésére. A vízmérőhöz tartozó ThingSpeak weboldal példája az 5. ábrán látható, amely szintén megtekinthető itt: https://thingspeak.com/channels/316660. A ThingSpeak csatorna beállítására vonatkozó utasítások a https://docs.particle.io/tutorials/device-cloud/w… címen találhatók. Vegye figyelembe, hogy más Photons csatornák is hozzáadhatók ugyanahhoz a fiókhoz anélkül, hogy másik ThingSpeak fiókot kellene létrehozni.

3. „Webhook” szükséges ahhoz, hogy a vízszint adatait továbbítsák a Photonról a ThingSpeak csatornára. A webhook beállítására vonatkozó utasítások a https://docs.particle.io/tutorials/device-cloud/w… címen találhatók. Ha egynél több vízmérőt építenek, minden további fotonhoz új webhook -ot kell létrehozni egyedi névvel.

4. A fenti lépésben létrehozott webhorgot be kell illeszteni a fotont működtető kódba. A vízszintmérő WiFi verziójának kódját a mellékelt fájl tartalmazza (Code1_WiFi.txt). Számítógépen nyissa meg a részecske weboldalt https://login.particle.io/login?redirect=https://… jelentkezzen be a Particle fiókba, és navigáljon a Particle app felületéhez. Másolja ki a kódot, és hozzon létre új alkalmazást a Részecske alkalmazás felületén. Illessze be a fenti webhook nevét a kód 87. sorába. Ehhez törölje az idézőjeleken belüli szöveget, és illessze be az új webhook nevet az idézőjelek közé a 87. sorba, amely így szól:

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

5. A kód most ellenőrizhető, menthető és telepíthető a fotonra. Vegye figyelembe, hogy a kódot a felhőből tárolják és telepítik a fotonra. Ezt a kódot kell használni a vízmérő működtetéséhez, amikor a vízkútban van. A szántóföldi telepítés során néhány változtatást kell végrehajtani a kódon, hogy a jelentési gyakoriságot naponta egyszer állítsa be, és információkat adjon hozzá a vízkútról (ezt a mellékelt Vízszintmérő használati utasítás.pdf fájl tartalmazza. A mérő felszerelése vízkútba”).

5. lépés: Ellenőrizze a mérőt

A mérőkészítés és a szoftver beállítása most befejeződött. Ezen a ponton javasolt a mérőműszer tesztelése. Két tesztet kell kitölteni. Az első teszt annak megerősítésére szolgál, hogy a mérőeszköz megfelelően tudja mérni a vízszintet, és elküldi az adatokat a ThingSpeaknek. A második teszt annak megerősítésére szolgál, hogy a foton energiafogyasztása a várt tartományon belül van. Ez a második teszt azért hasznos, mert az akkumulátorok a vártnál hamarabb meghibásodnak, ha a foton túl sok energiát használ.

Tesztelés céljából a kód úgy van beállítva, hogy két percenként méri és jelenti a vízszintet. Ez egy praktikus időtartam a mérések között, amíg a mérőt tesztelik. Ha más mérési gyakoriságra van szükség, módosítsa a kód 16. sorában a MeasureTime nevű változót a kívánt mérési frekvenciára. A mérési gyakoriságot másodpercben kell megadni (azaz 120 másodperc két perc).

Az első teszt elvégezhető az irodában úgy, hogy a mérőt a padló fölé akasztja, bekapcsolja, és ellenőrzi, hogy a ThingSpeak csatorna pontosan jelenti -e az érzékelő és a padló közötti távolságot. Ebben a vizsgálati forgatókönyvben az ultrahangos impulzus visszaverődik a padlóról, amelyet a kút vízfelületének szimulálására használnak.

A második vizsgálathoz meg kell mérni az akkumulátor és a foton közötti elektromos áramot, hogy megbizonyosodjon arról, hogy az megfelel a foton adatlap specifikációinak: https://docs.particle.io/datasheets/wi-fi/photon-d… A tapasztalat azt mutatja, hogy ez a teszt segít azonosítani a hibás IoT -eszközöket, mielőtt azokat a terepen telepítik. Mérje meg az áramot úgy, hogy árammérőt helyez az akkumulátor pozitív V+ vezetéke (piros vezeték) és a foton VIN csapja közé. Az áramot mind üzemmódban, mind mély alvás üzemmódban kell mérni. Ehhez kapcsolja be a fotont, és az üzemmódban indul (amint azt a ciánkék színűre váltó foton lévő LED jelzi), amely körülbelül 20 másodpercig fut. Használja az árammérőt az üzemi áram megfigyelésére ez idő alatt. A foton ekkor automatikusan mély alvó üzemmódba kapcsol két percre (amint azt a foton kikapcsolásakor megjelenő LED jelzi). Használja az árammérőt a mély alvás áramának megfigyelésére. Az üzemi áramnak 80 és 100 mA között, a mély alvó áramnak pedig 80 és 100 µA között kell lennie. Ha az áram magasabb, mint ezek az értékek, a fotont ki kell cserélni.

A mérőműszer készen áll a vízkútba történő beépítésre (6. ábra). A vízmérő vízkútba történő felszerelésére vonatkozó utasítások a mellékelt fájlban találhatók (Vízszintmérő utasítások.pdf).

6. lépés: Hogyan készítsünk cellás verziót a mérőből

A vízmérő cellás változata a korábban leírt alkatrészlista, utasítások és kód módosításával készíthető el. A mobil verzió nem igényel WiFi -t, mert mobil jel útján csatlakozik az internethez. A mérőműszer mobil verziójának elkészítéséhez szükséges alkatrészek költsége körülbelül 300 dollár (adók és szállítás nélkül), plusz körülbelül havi 4 dollár havonta a mobil IoT -eszközhöz tartozó mobil adatcsomaghoz.

A cellás mérő a fent felsorolt alkatrészeket és építési lépéseket használja a következő módosításokkal:

• Cserélje ki a WiFi IoT eszközt (Particle Photon) egy cellás IoT eszközre (Particle Electron): https://store.particle.io/collections/cellular/pr…. A mérőeszköz felépítésekor ugyanazokat a tűcsatlakozásokat használja, amelyeket a 3. lépésben a mérő WiFi verziójához írtunk.

• A mobil IoT-eszköz több energiát fogyaszt, mint a WiFi verzió, ezért két akkumulátorforrás ajánlott: egy 3,7 V-os Li-Po akkumulátor, amely az IoT-készülékhez tartozik, és egy 4 darab AA elemmel ellátott akkumulátor. A 3,7 V -os LiPo akkumulátor a mellékelt csatlakozókkal közvetlenül az IoT eszközhöz csatlakozik. Az AA elemcsomagot ugyanúgy csatlakoztatják az IoT eszközhöz, mint ahogyan azt a 3. lépésben a mérő WiFi verziójához leírtuk. A helyszíni tesztelés azt mutatta, hogy a mérő mobil verziója körülbelül 9 hónapig fog működni a fent leírt akkumulátor -beállítással. Az AA akkumulátor és a 2000 mAh-s 3,7 V-os Li-Po akkumulátorok alternatívájaként egy nagyobb kapacitású (pl. 4000 vagy 5000 mAh) 3,7 V-os Li-Po elemet használhat.

• A mérőórához külső antennát kell csatlakoztatni, például: https://www.amazon.ca/gp/product/B07PZFV9NK/ref=p…. Győződjön meg arról, hogy a mobilszolgáltató által használt frekvenciára van besorolva, ahol a vízmérőt használni fogják. A mobil IoT -eszközhöz mellékelt antenna nem alkalmas kültéri használatra. A külső antenna csatlakoztatható egy hosszú (3 m) kábellel, amely lehetővé teszi az antenna rögzítését a kút külső részén, a kútfejnél (7. ábra). Javasoljuk, hogy az antennakábelt dugja át a tok alján, és alaposan zárja le szilíciummal, hogy megakadályozza a nedvesség bejutását (8. ábra). Javasolt egy jó minőségű, vízálló, kültéri koaxiális hosszabbító kábel.

• A mobil IoT -eszköz más kódon fut, mint a mérő WiFi verziója. A mérő mobil verziójának kódját a mellékelt fájl tartalmazza (Code2_Cellular.txt).