Realaus laiko šulinio vandens lygio matuoklis: 6 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:44

Šiose instrukcijose aprašoma, kaip sukurti nebrangų realaus laiko vandens lygio matuoklį, skirtą naudoti iškastuose šuliniuose. Vandens lygio matuoklis skirtas pakabinti iškastame šulinyje, matuoti vandens lygį kartą per dieną ir siųsti duomenis „Wi -Fi“arba korinio ryšio pagalba į tinklalapį, kad būtų galima nedelsiant peržiūrėti ir atsisiųsti. Skaitiklio pagaminimo dalių kaina yra maždaug 200 USD už „WiFi“versiją ir 300 USD už korinio ryšio versiją. Skaitiklis parodytas 1 paveiksle. Išsami ataskaita su statybos instrukcijomis, dalių sąrašu, patarimais, kaip sukonstruoti ir naudoti skaitiklį bei kaip sumontuoti skaitiklį vandens šulinyje, pateikta pridedamame faile (Vandens lygio matuoklio instrukcijos.pdf). Vandens lygio matuokliai buvo panaudoti kuriant regioninį, realiu laiku seklių vandeningųjų sluoksnių stebėjimo tinklą Naujojoje Škotijoje, Kanadoje: https://fletcher.novascotia.ca/DNRViewer/index.htm… Instrukcijos, kaip sukurti panašų vandens matuoklį temperatūrą, laidumą ir vandens lygį rasite čia:

Vandens lygio matuoklis naudoja ultragarso jutiklį, kad išmatuotų vandens gylį šulinyje. Jutiklis prijungtas prie daiktų interneto (daiktų interneto) įrenginio, kuris jungiasi prie „WiFi“ar korinio tinklo ir siunčia vandens lygio duomenis į žiniatinklio paslaugą, kurią reikia nubraižyti. Šiame projekte naudojama žiniatinklio paslauga yra „ThingSpeak.com“, kurią galima nemokamai naudoti nekomerciniams mažiems projektams (mažiau nei 8 200 pranešimų per dieną). Kad veiktų „WiFi“skaitiklio versija, ji turi būti arti „WiFi“tinklo. Buitiniai vandens gręžiniai dažnai atitinka šią sąlygą, nes jie yra netoli namo su belaidžiu internetu. Skaitiklyje nėra duomenų kaupiklio, o jis siunčia vandens lygio duomenis į „ThingSpeak“, kur jie saugomi debesyje. Todėl, jei yra duomenų perdavimo problema (pvz., Nutrūkus internetui), tos dienos vandens lygio duomenys neperduodami ir visam laikui prarandami.

Skaitiklis buvo suprojektuotas ir išbandytas dėl didelio skersmens (0,9 m vidinio skersmens) iškastų šulinių, kurių gylis negilus (mažiau nei 10 m žemiau žemės paviršiaus). Tačiau jis gali būti naudojamas vandens lygiui matuoti kitose situacijose, tokiose kaip aplinkos stebėjimo šuliniai, gręžiniai ir paviršiniai vandens telkiniai.

Čia pateikta skaitiklio konstrukcija buvo pakeista po skaitiklio, kuris buvo skirtas vandens lygiui buitiniame vandens rezervuare matuoti ir apie vandens lygį pranešti „Twitter“, kurį paskelbė Timas Ousley 2015 m.: Https://www.instructables.com/id/Wi -Fi-Twitter-Wa…. Pagrindiniai originalios ir čia pateiktos konstrukcijos skirtumai yra galimybė matuoklį valdyti naudojant AA baterijas, o ne laidinį maitinimo adapterį, galimybę peržiūrėti duomenis laiko eilutės grafike, o ne „Twitter“žinutėje, ir naudojimą ultragarso jutiklis, specialiai sukurtas vandens lygiui matuoti.

Žemiau pateikiamos nuoseklios vandens lygio matuoklio kūrimo instrukcijos. Prieš pradedant skaitiklio statybos procesą, statybininkui rekomenduojama perskaityti visus konstrukcijos veiksmus. Šiame projekte naudojamas daiktų interneto įrenginys yra dalelių fotonas, todėl tolesniuose skyriuose terminai „daiktų interneto įrenginys“ir „fotonas“vartojami pakaitomis.

Prekės

Elektroninės dalys:

Jutiklis - „MaxBotix MB7389“(5 m diapazonas)

Daiktų interneto įrenginys - dalelių fotonas su antraštėmis

Antena (vidinė antena sumontuota matuoklio korpuse) - 2,4 GHz, 6dBi, IPEX arba u. FL jungtis, 170 mm ilgio

Akumuliatorius - 4 x AA

Laidas - jungiamasis laidas su užspaudžiamomis jungtimis (300 mm ilgio)

Baterijos - 4 x AA

Vandentiekio ir techninės įrangos dalys:

Vamzdis - ABS, 50 mm (2 colių) skersmens, 125 mm ilgio

Viršutinis dangtelis, ABS, 50 mm (2 colių), su sriegiu su tarpikliu, kad būtų sandarus vandeniui

Apatinis dangtelis, PVC, 50 mm (2 colių) su ¾ colio vidiniu NPT sriegiu, kad tilptų jutiklis

2 vamzdžių jungtys, ABS, 50 mm (2 colių), skirtos viršutiniam ir apatiniam dangteliui prijungti prie ABS vamzdžio

Akių varžtas ir 2 veržlės, nerūdijančio plieno (1/4 colio), kad būtų galima pakabinti ant viršutinio dangtelio

Kitos medžiagos: elektros juosta, tefloninė juosta, lydmetalis, silikonas, klijai dėklo surinkimui

1 žingsnis: Surinkite matuoklio korpusą

Surinkite skaitiklio korpusą, kaip parodyta 1 ir 2 paveiksluose. Bendras surinkto skaitiklio ilgis nuo galo iki galo, įskaitant jutiklį ir varžtą, yra maždaug 320 mm. 50 mm skersmens ABS vamzdis, naudojamas skaitiklio korpusui gaminti, turi būti supjaustytas maždaug 125 mm ilgio. Tai leidžia korpuso viduje turėti pakankamai vietos daiktų interneto įrenginiui, akumuliatoriui ir 170 mm ilgio vidinei antenai.

Uždenkite visas jungtis silicio arba ABS klijais, kad korpusas būtų nepralaidus vandeniui. Tai labai svarbu, kitaip drėgmė gali patekti į korpuso vidų ir sunaikinti vidinius komponentus. Į dėklo vidų galima įdėti nedidelę sausiklio pakuotę, kuri sugeria drėgmę.

Įdėkite akies varžtą į viršutinį dangtelį, išgręždami skylę ir įkišdami akies varžtą ir veržlę. Korpuso vidinėje ir išorinėje pusėje reikia naudoti veržlę, kad būtų pritvirtintas varžtas. Silikono dangtelio viduryje prie varžto skylės, kad jis būtų nepralaidus vandeniui.

2 žingsnis: pritvirtinkite laidus prie jutiklio

Trys laidai (žr. 3a paveikslą) turi būti lituojami prie jutiklio, kad būtų pritvirtintas prie fotono (ty jutiklio kaiščiai GND, V+ir 2 kaištis). Lituoti laidus prie jutiklio gali būti sudėtinga, nes jutiklio jungties angos yra mažos ir arti viena kitos. Labai svarbu, kad laidai būtų tinkamai prilituoti prie jutiklio, kad būtų geras, stiprus fizinis ir elektrinis ryšys ir nebūtų lydmetalio lankų tarp gretimų laidų. Geras apšvietimas ir didinamasis lęšis padeda lituoti. Tiems, kurie neturi ankstesnės litavimo patirties, prieš lituojant laidus prie jutiklio, rekomenduojama šiek tiek atlikti litavimą. Internetinę pamoką, kaip lituoti, galite rasti „SparkFun Electronics“(https://learn.sparkfun.com/tutorials/how-to-solder…).

Po to, kai laidai prilituoti prie jutiklio, bet koks plikos vielos perteklius, išsikišęs iš jutiklio, gali būti nupjautas maždaug 2 mm ilgio vielos pjaustytuvais. Rekomenduojama, kad litavimo jungtys būtų padengtos storu silicio rutuliu. Tai suteikia jungtims daugiau tvirtumo ir sumažina korozijos bei elektros problemų atsiradimo tikimybę jutiklių jungtyse, jei drėgmė patenka į skaitiklio korpusą. Elektrinė juosta taip pat gali būti apvyniota aplink tris laidus prie jutiklio jungties, kad būtų užtikrinta papildoma apsauga ir sumažintas įtempimas, sumažinant tikimybę, kad laidai nutrūks lydmetalio jungtyse.

Viename gale jutiklių laidai gali turėti užspaudžiamo tipo jungtis (žr. 3b paveikslą), kurias galima pritvirtinti prie fotono. Naudojant prispaudžiamas jungtis, lengviau surinkti ir išardyti skaitiklį. Jutiklio laidai turi būti bent 270 mm ilgio, kad jie galėtų išplėsti visą skaitiklio korpuso ilgį. Šis ilgis leis fotoną prijungti iš viršutinio korpuso galo, o jutiklis bus apačioje. Atkreipkite dėmesį, kad šis rekomenduojamas laido ilgis reiškia, kad ABS vamzdis, naudojamas skaitiklio korpusui gaminti, yra supjaustytas iki 125 mm ilgio. Prieš pjaudami ir lituodami laidus prie jutiklio, įsitikinkite, kad 270 mm ilgio laido pakanka, kad jis viršytų matuoklio korpuso viršutinę dalį, kad fotoną būtų galima prijungti po korpuso surinkimo ir jutiklio tvirtinimo byla.

Dabar jutiklį galima pritvirtinti prie skaitiklio korpuso. Jis turi būti sandariai įsuktas į apatinį dangtelį, naudojant tefloninę juostą, kad būtų užtikrintas vandens nepralaidumas.

3 veiksmas: pritvirtinkite jutiklį, akumuliatorių ir anteną prie „IoT“įrenginio

Pritvirtinkite jutiklį, akumuliatorių ir anteną prie fotono (4 pav.) Ir įdėkite visas dalis į skaitiklio korpusą. Žemiau pateikiamas 4 paveiksle nurodytų kaiščių jungčių sąrašas. Jutiklio ir akumuliatoriaus bloko laidus galima pritvirtinti lituojant tiesiogiai prie fotono arba su užspaudžiamomis jungtimis, kurios pritvirtinamos prie antgalių kaiščių apatinėje fotono pusėje (kaip parodyta 2 paveiksle). Naudojant stumiamas jungtis, lengviau išmontuoti matuoklį arba pakeisti fotoną, jei jis nepavyks. Antenos prijungimui prie fotono reikalinga u. FL tipo jungtis (4 pav.) Ir ją reikia labai tvirtai stumti ant fotono, kad būtų galima prijungti. Nemontuokite akumuliatorių į akumuliatorių, kol matuoklis nėra paruoštas bandymui arba įdėtas į šulinį. Šioje konstrukcijoje nėra įjungimo/išjungimo jungiklio, todėl skaitiklis įjungiamas ir išjungiamas įdedant ir išimant baterijas.

„IoT“įrenginio kaiščių jungčių sąrašas (dalelių fotonas):

Fotoninis kaištis D3 - jungtis prie - 2 jutiklio kaištis, duomenys (ruda viela)

Fotonų kaištis D2 - prijungti prie - Jutiklio kaištis 6, V+ (raudona viela)

Fotono kaištis GND - jungtis prie - Jutiklio kaištis 7, GND (juoda viela)

Fotono kaištis VIN - prijungti prie - Akumuliatorius, V+ (raudona viela)

Fotono kaištis GND - prijungti prie - Baterijos blokas, GND (juoda viela)

Fotono u. FL kaištis - prijunkite prie - antenos

4 žingsnis: programinės įrangos sąranka

Norint nustatyti skaitiklio programinę įrangą, reikia atlikti penkis pagrindinius veiksmus:

1. Sukurkite dalelių paskyrą, kuri suteiks internetinę sąsają su fotonu. Norėdami tai padaryti, atsisiųskite „Particle“programą mobiliesiems į išmanųjį telefoną: https://docs.particle.io/quickstart/photon/. Įdiegę programą, sukurkite dalelių paskyrą ir vadovaukitės internetinėmis instrukcijomis, kad prie paskyros pridėtumėte fotoną. Atminkite, kad bet kokius papildomus fotonus galima pridėti prie tos pačios paskyros nereikia atsisiųsti programos „Dalelės“ir iš naujo sukurti paskyrą.

2. Sukurkite „ThingSpeak“paskyrą https://thingspeak.com/login ir nustatykite naują kanalą, kuriame būtų rodomi vandens lygio duomenys. Vandens skaitiklio „ThingSpeak“tinklalapio pavyzdys pateiktas 5 paveiksle, kurį taip pat galite peržiūrėti čia: https://thingspeak.com/channels/316660. „ThingSpeak“kanalo nustatymo instrukcijos pateikiamos adresu https://docs.particle.io/tutorials/device-cloud/w… Atminkite, kad prie tos pačios paskyros galima pridėti papildomų kitų fotonų kanalų, nesukuriant kitos „ThingSpeak“paskyros.

3. „Webhook“reikalingas norint perduoti vandens lygio duomenis iš „Photon“į „ThingSpeak“kanalą. „Webhook“nustatymo instrukcijos pateikiamos adresu https://docs.particle.io/tutorials/device-cloud/w…. Jei statomas daugiau nei vienas vandens skaitiklis, kiekvienam papildomam fotonui turi būti sukurtas naujas unikalus pavadinimas.

4. Tinklo kablys, sukurtas atlikus aukščiau nurodytą veiksmą, turi būti įterptas į kodą, kuriuo valdomas fotonas. Vandens lygio matuoklio „WiFi“versijos kodas pateiktas pridedamame faile (Code1_WiFi.txt). Kompiuteryje eikite į Dalelių tinklalapį https://login.particle.io/login?redirect=https://… prisijunkite prie „Particle“paskyros ir eikite į „Particle“programos sąsają. Nukopijuokite kodą ir naudokite jį kurdami naują programą dalelių programos sąsajoje. Įveskite aukščiau sukurto žiniatinklio kablio pavadinimą į kodo 87 eilutę. Norėdami tai padaryti, ištrinkite kabutėse esantį tekstą ir įterpkite naują žiniatinklio kablio pavadinimą į kabutes 87 eilutėje, kuri yra tokia:

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

5. Dabar kodą galima patikrinti, išsaugoti ir įdiegti į fotoną. Atminkite, kad kodas saugomas ir įdiegiamas fotone iš debesies. Šis kodas bus naudojamas vandens skaitikliui valdyti, kai jis yra vandens šulinyje. Įrengiant lauką, reikės atlikti tam tikrus kodo pakeitimus, kad pranešimų dažnis būtų nustatytas vieną kartą per dieną ir pridėta informacijos apie vandens gręžinį (tai aprašyta pridedamame faile „Vandens lygio matuoklio instrukcijos.pdf“skyriuje „ Skaitiklio montavimas vandens gręžinyje “).

5 veiksmas: patikrinkite matuoklį

Dabar skaitiklio konstrukcija ir programinės įrangos sąranka baigta. Šiuo metu rekomenduojama matuoklį išbandyti. Reikėtų atlikti du testus. Pirmasis bandymas naudojamas patvirtinti, kad matuoklis gali teisingai išmatuoti vandens lygį ir nusiųsti duomenis į „ThingSpeak“. Antrasis bandymas naudojamas patvirtinti, kad fotono energijos suvartojimas atitinka numatytą diapazoną. Šis antrasis bandymas yra naudingas, nes baterijos suges greičiau, nei tikėtasi, jei fotonas sunaudos per daug energijos.

Bandymo tikslais kodas yra nustatytas matuoti ir pranešti vandens lygį kas dvi minutes. Tai praktinis laikotarpis, per kurį reikia laukti tarp matavimų, kol matuoklis yra tikrinamas. Jei pageidaujate kitokio matavimo dažnio, kodo 16 eilutėje esantį kintamąjį „MeasureTime“pakeiskite į norimą matavimo dažnį. Matavimo dažnis įvedamas sekundėmis (t. Y. 120 sekundžių prilygsta dviem minutėms).

Pirmąjį bandymą galima atlikti biure, pakabinus skaitiklį virš grindų, jį įjungus ir patikrinus, ar „ThingSpeak“kanalas tiksliai praneša atstumą tarp jutiklio ir grindų. Šiame bandymo scenarijuje ultragarsinis impulsas atsispindi nuo grindų, kuris naudojamas imituoti vandens paviršių šulinyje.

Antrojo bandymo metu reikia išmatuoti elektros srovę tarp akumuliatoriaus bloko ir fotono, kad būtų patvirtinta, jog ji atitinka fotonų duomenų lapo specifikacijas: https://docs.particle.io/datasheets/wi-fi/photon-d… Patirtis parodė, kad šis testas padeda nustatyti sugedusius daiktų interneto įrenginius prieš juos diegiant lauke. Išmatuokite srovę, pastatydami srovės matuoklį tarp teigiamo akumuliatoriaus V+ laido (raudono laido) ir fotono VIN kaiščio. Srovė turėtų būti matuojama tiek darbo režimu, tiek gilaus miego režimu. Norėdami tai padaryti, įjunkite fotoną ir jis pradės veikti darbo režimu (kaip rodo šviesos diodas ant fotono, įjungiančio žalsvai mėlyną spalvą), kuris veikia maždaug 20 sekundžių. Naudokite srovės matuoklį, kad stebėtumėte veikimo srovę per šį laiką. Tada fotonas dviem minutėms automatiškai pereis į gilaus miego režimą (kaip rodo šviesos diodas, išsijungiantis fotonui). Naudokite srovės matuoklį, kad šiuo metu stebėtumėte gilaus miego srovę. Darbinė srovė turi būti nuo 80 iki 100 mA, o gilaus miego srovė - nuo 80 iki 100 µA. Jei srovė yra didesnė už šias vertes, fotoną reikia pakeisti.

Dabar skaitiklis paruoštas montuoti į vandens šulinį (6 pav.). Instrukcijos, kaip įrengti skaitiklį vandens šulinyje, pateikiamos pridedamame faile (Vandens lygio matuoklio instrukcijos.pdf).

6 veiksmas: kaip sukurti korinio matuoklio versiją

Korinio vandens skaitiklio versiją galima sukurti pakeitus anksčiau aprašytą dalių sąrašą, instrukcijas ir kodą. Mobiliajai versijai nereikia „WiFi“, nes ji prisijungia prie interneto per korinį signalą. Korinio skaitiklio versijos kūrimo dalių kaina yra maždaug 300 USD (be mokesčių ir pristatymo), plius maždaug 4 USD per mėnesį už korinio ryšio duomenų planą, pateikiamą kartu su korinio ryšio interneto įrenginiu.

Mobiliajame matuoklyje naudojamos tos pačios dalys ir konstrukcijos žingsniai, išvardyti aukščiau, su šiais pakeitimais:

• Pakeiskite „WiFi IoT“įrenginį (dalelių fotoną) korinio korinio IoT įrenginiui (dalelių elektronui): https://store.particle.io/collections/cellular/pr…. Kurdami skaitiklį, naudokite tas pačias kaiščių jungtis, aprašytas aukščiau esančioje skaitiklio „WiFi“versijoje, atliktoje 3 veiksme.

• Mobilusis „IoT“įrenginys sunaudoja daugiau energijos nei „WiFi“versija, todėl rekomenduojami du baterijų šaltiniai: 3,7 V „Li-Po“baterija, pateikiama kartu su „IoT“įrenginiu, ir baterija su 4 AA baterijomis. 3,7 V „LiPo“akumuliatorius su pridedamomis jungtimis tvirtinamas tiesiai prie „IoT“įrenginio. AA baterijų paketas prijungtas prie daiktų interneto įrenginio taip pat, kaip aprašyta aukščiau esančioje matuoklio „WiFi“versijoje 3 veiksme. Lauko bandymai parodė, kad korinio ryšio matuoklio versija veiks maždaug 9 mėnesius, naudojant aukščiau aprašytą akumuliatoriaus sąranką. Alternatyva tiek AA, tiek 2000 mAh 3,7 V Li-Po baterijoms yra viena didesnės talpos (pvz., 4000 arba 5000 mAh) 3,7 V Li-Po baterija.

• Prie skaitiklio turi būti pritvirtinta išorinė antena, tokia kaip: https://www.amazon.ca/gp/product/B07PZFV9NK/ref=p…. Įsitikinkite, kad jis atitinka dažnį, kurį naudoja korinio ryšio paslaugų teikėjas, kur bus naudojamas vandens skaitiklis. Antena, pateikiama kartu su korinio IoT įrenginiu, netinka naudoti lauke. Išorinę anteną galima prijungti ilgu (3 m) kabeliu, kuris leidžia anteną pritvirtinti prie šulinio išorės šulinio galvutėje (7 pav.). Rekomenduojama antenos kabelį įkišti per korpuso apačią ir kruopščiai uždaryti siliciu, kad nepatektų drėgmės (8 pav.). Rekomenduojamas geros kokybės vandeniui atsparus lauko koaksialinis ilginamasis kabelis.

• Mobilusis „IoT“įrenginys veikia kitu kodu nei matuoklio „WiFi“versija. Korinio matuoklio versijos kodas pateikiamas pridėtame faile (Code2_Cellular.txt).