Një matës i nivelit të ujit të pusit në kohë reale: 6 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:10

Këto udhëzime përshkruajnë se si të ndërtoni një ujëmatës me kosto të ulët, në kohë reale për përdorim në puse të gërmuara. Matësi i nivelit të ujit është krijuar për të varur brenda një pusi të gërmuar, për të matur nivelin e ujit një herë në ditë dhe për të dërguar të dhënat me anë të WiFi ose lidhjes celulare në një faqe në internet për shikim dhe shkarkim të menjëhershëm. Kostoja për pjesët për ndërtimin e njehsorit është afërsisht 200 dollarë për versionin WiFi dhe 300 dollarë për versionin celular. Matësi tregohet në Figurën 1. Një raport i plotë me udhëzimet e ndërtimit, lista e pjesëve, këshilla për ndërtimin dhe funksionimin e njehsorit, dhe si të instaloni njehsorin në një pus uji është dhënë në skedarin e bashkangjitur (Udhëzimet e Nivelit të Ujit të Metrit.pdf) Me Matësit e nivelit të ujit janë përdorur për të zhvilluar një rrjet rajonal, në kohë reale të monitorimit të ujëmbajtësve të cekët në Nova Scotia, Kanada: https://fletcher.novascotia.ca/DNRViewer/index.htm… Udhëzime për ndërtimin e nje njehsori të ngjashëm që mat ujin temperatura, përçueshmëria dhe nivelet e ujit janë në dispozicion këtu:

Matësi i nivelit të ujit përdor një sensor tejzanor për të matur thellësinë e ujit në pus. Sensori është i bashkangjitur në një pajisje Internet-of-Things (IoT) që lidhet me një WiFi ose rrjet celular dhe dërgon të dhënat e nivelit të ujit në një shërbim në internet për tu grafikuar. Shërbimi në internet i përdorur në këtë projekt është ThingSpeak.com, i cili është falas për t’u përdorur për projekte të vogla jo-komerciale (më pak se 8, 200 mesazhe/ditë). Në mënyrë që versioni WiFi i njehsorit të funksionojë, ai duhet të jetë i vendosur afër një rrjeti WiFi. Puset e ujit të brendshëm shpesh e plotësojnë këtë kusht sepse ato janë të vendosura afër një shtëpie me WiFi. Matësi nuk përfshin një regjistrues të të dhënave, përkundrazi ai dërgon të dhënat e nivelit të ujit në ThingSpeak ku ruhen në re. Prandaj, nëse ka një problem të transmetimit të të dhënave (p.sh. gjatë një ndërprerje të internetit) të dhënat e nivelit të ujit për atë ditë nuk transmetohen dhe humbasin përgjithmonë.

Matësi është projektuar dhe testuar për diametër të madh (0.9 m diametër të brendshëm) puse të gërmuara me thellësi të cekëta uji (më pak se 10 m nën sipërfaqen e tokës). Sidoqoftë, potencialisht mund të përdoret për matjen e niveleve të ujit në situata të tjera, të tilla si puset e monitorimit të mjedisit, puset e shpuar dhe trupat e ujit sipërfaqësor.

Dizajni i njehsorit i paraqitur këtu u modifikua pasi një njehsor i bërë për matjen e niveleve të ujit në një rezervuar uji të brendshëm dhe raportimin e nivelit të ujit përmes Twitter, botuar nga Tim Ousley në 2015: https://www.instructables.com/id/Wi -Fi-Twitter-Wa…. Dallimet kryesore midis modelit origjinal dhe modelit të paraqitur këtu janë aftësia për të përdorur njehsorin në bateri AA në vend të një përshtatësi të energjisë me tela, aftësia për të parë të dhënat në një grafik të serive kohore në vend të një mesazhi në Twitter dhe përdorimi të një sensori tejzanor që është krijuar posaçërisht për matjen e niveleve të ujit.

Udhëzimet hap pas hapi për ndërtimin e njehsorit të nivelit të ujit janë dhënë më poshtë. Rekomandohet që ndërtuesi të lexojë të gjitha hapat e ndërtimit para fillimit të procesit të ndërtimit të njehsorit. Pajisja IoT e përdorur në këtë projekt është një Photon Particle, dhe për këtë arsye në pjesët në vijim termat "pajisje IoT" dhe "Photon" përdoren në mënyrë të ndërsjellë.

Furnizimet

Pjesë elektronike:

Sensori - MaxBotix MB7389 (rreze 5m)

Pajisja IoT - Foton i grimcave me tituj

Antena (antena e brendshme e instaluar brenda kutisë së njehsorit) - lidhës 2.4 GHz, 6dBi, IPEX ose u. FL, i gjatë 170 mm

Paketa e baterisë - 4 X AA

Tela - tela kërcyes me lidhës shtytës (gjatësi 300 mm)

Bateri - 4 X AA

Pjesë hidraulike dhe harduerike:

Tub - ABS, diametër 50 mm (2 inç), i gjatë 125 mm

Kapaku i sipërm, ABS, 50 mm (2 inç), i filetuar me copë litari për të bërë një vulë të papërshkueshme nga uji

Kapaku i poshtëm, PVC, 50 mm (2 inç) me fije NPT femër ¾ inç për t'iu përshtatur sensorit

2 bashkues tubash, ABS, 50 mm (2 inç) për të lidhur kapakun e sipërm dhe të poshtëm me tubin ABS

Rrufe në sy dhe 2 arra, çelik inox (1/4 inç) për të bërë një varëse rrobash në kapakun e sipërm

Materiale të tjera: shirit elektrik, shirit Teflon, saldim, silikon, ngjitës për montimin e kasës

Hapi 1: Mblidhni kutinë e njehsorit

Mblidhni kutinë e njehsorit siç tregohet në Figurat 1 dhe 2 më sipër. Gjatësia e përgjithshme e njehsorit të montuar, nga maja në majë përfshirë sensorin dhe rrufe në sy, është afërsisht 320 mm. Tubi ABS me diametër 50 mm i përdorur për të bërë kutinë e njehsorit duhet të pritet në afërsisht 125 mm në gjatësi. Kjo lejon hapësirë të mjaftueshme brenda rastit për të vendosur pajisjen IoT, paketën e baterisë dhe një antenë të brendshme 170 mm të gjatë.

Mbuloni të gjitha nyjet me silikon ose zam ABS për ta bërë kutinë të papërshkueshëm nga uji. Kjo është shumë e rëndësishme, përndryshe lagështia mund të futet brenda rastit dhe të shkatërrojë përbërësit e brendshëm. Një paketë e vogël tharëse mund të vendoset brenda kasës për të thithur lagështi.

Instaloni një rrufe në sy në kapakun e sipërm duke shpuar një vrimë dhe duke futur rrufe në sy dhe arrë. Një arrë duhet të përdoret si në pjesën e brendshme ashtu edhe në pjesën e jashtme të kasës për të siguruar bulonën e syrit. Silikoni pjesën e brendshme të kapakut në vrimën e rrufe në qiell për ta bërë atë të papërshkueshëm nga uji.

Hapi 2: Bashkoni telat në Sensor

Tre tela (shiko figurën 3a) duhet të ngjiten në sensor në mënyrë që ta lidhin atë me Photon (domethënë kunjat e sensorit GND, V+dhe Pin 2). Lidhja e telave te sensori mund të jetë sfiduese sepse vrimat e lidhjes në sensor janë të vogla dhe të afërta. Veryshtë shumë e rëndësishme që telat të ngjiten siç duhet në sensor, kështu që ka një lidhje të mirë, të fortë fizike dhe elektrike dhe nuk ka harqe lidhës midis telave ngjitur. Ndriçimi i mirë dhe një lente zmadhuese ndihmojnë në procesin e bashkimit. Për ata që nuk kanë përvojë të mëparshme të saldimit, rekomandohet disa praktika të saldimit para se të bashkoni telat në sensor. Një tutorial online se si të bashkoni është në dispozicion nga SparkFun Electronics (https://learn.sparkfun.com/tutorials/how-to-solder…).

Pasi telat janë ngjitur në sensor, çdo tel i tepërt i zhveshur që del nga sensori mund të shkurtohet me prerës teli në gjatësi afërsisht 2 mm. Rekomandohet që nyjet e saldimit të mbulohen me një sferë të trashë silikoni. Kjo i jep lidhjeve më shumë forcë dhe zvogëlon mundësinë e korrozionit dhe problemeve elektrike në lidhjet e sensorit nëse lagështia futet në kutinë e njehsorit. Shirit elektrik gjithashtu mund të mbështillet rreth tre telave në lidhjen e sensorit për të siguruar mbrojtje shtesë dhe lehtësim të sforcimit, duke zvogëluar mundësinë që telat të prishen në nyjet e saldimit.

Telat e sensorit mund të kenë lidhës të tipit shtytës (shiko figurën 3b) në njërën anë për t'u ngjitur në Photon. Përdorimi i lidhësve shtytës e bën më të lehtë montimin dhe çmontimin e njehsorit. Telat e sensorit duhet të jenë të paktën 270 mm të gjatë në mënyrë që të mund të zgjasin të gjithë gjatësinë e kutisë së njehsorit. Kjo gjatësi do të lejojë që Fotoni të lidhet nga skaji i sipërm i kasës me sensorin në vend në skajin e poshtëm të kasës. Vini re se kjo gjatësi e rekomanduar e telit supozon se tubi ABS i përdorur për të bërë kutinë e njehsorit është prerë në një gjatësi prej 125 mm. Konfirmoni paraprakisht prerjen dhe ngjitjen e telave në sensor se një tel i gjatë 270 mm është i mjaftueshëm për të kaluar përtej pjesës së sipërme të kutisë së njehsorit, në mënyrë që Photon të lidhet pasi të jetë montuar kutia dhe sensori të jetë ngjitur përgjithmonë rasti.

Sensori tani mund të lidhet me kutinë e njehsorit. Duhet të jetë i dehur fort në kapakun e poshtëm, duke përdorur shirit Teflon për të siguruar një vulë të papërshkueshme nga uji.

Hapi 3: Bashkëngjitni sensorin, paketën e baterisë dhe antenën në pajisjen IoT

Bashkoni sensorin, paketën e baterisë dhe antenën në Photon (Figura 4) dhe futni të gjitha pjesët në kutinë e njehsorit. Një listë e lidhjeve të kunjave të treguar në Figurën 4 është dhënë më poshtë. Telat e sensorit dhe paketës së baterisë mund të ngjiten duke u bashkuar drejtpërdrejt në Photon ose me lidhës të tipit shtytës që ngjiten në kunjat e kokës në pjesën e poshtme të Photon (siç shihet në Figurën 2). Përdorimi i lidhësve shtytës e bën më të lehtë çmontimin e njehsorit ose zëvendësimin e fotonit nëse dështon. Lidhja e antenës në Photon kërkon një lidhës të tipit u. FL (Figura 4) dhe duhet të shtyhet shumë fort mbi Photon për të bërë lidhjen. Mos i instaloni bateritë në paketën e baterisë derisa njehsori të jetë gati për t'u testuar ose instaluar në një pus. Nuk ka asnjë çelës ndezës/fikur të përfshirë në këtë dizajn, kështu që njehsori ndizet dhe fiket duke instaluar dhe hequr bateritë.

Lista e lidhjeve pin në pajisjen IoT (Partoni Photon):

Kunja e fotonit D3 - lidheni me - Kunja e sensorit 2, të dhëna (tela ngjyrë kafe)

Kunja e fotonit D2 - lidheni me - Kunja e sensorit 6, V+ (tela e kuqe)

Kunja e fotonit GND - lidheni me - Kunja e sensorit 7, GND (tela e zezë)

PIN fotoni VIN - lidheni me - Paketa e baterisë, V+ (tela e kuqe)

Kunja e fotonit GND - lidheni me - Paketa e baterisë, GND (tela e zezë)

Photon u. FL pin - lidheni me - Antenë

Hapi 4: Konfigurimi i softuerit

Pesë hapa kryesorë janë të nevojshëm për të vendosur softuerin për njehsorin:

1. Krijoni një llogari Particle që do të sigurojë një ndërfaqe në internet me Photon. Për ta bërë këtë, shkarkoni aplikacionin celular Particle në një smartphone: https://docs.particle.io/quickstart/photon/. Pas instalimit të aplikacionit, krijoni një llogari Particle dhe ndiqni udhëzimet në internet për të shtuar Photon në llogari. Vini re se çdo Foton shtesë mund të shtohet në të njëjtën llogari pa pasur nevojë të shkarkoni aplikacionin Particle dhe të krijoni një llogari përsëri.

2. Krijoni një llogari ThingSpeak https://thingspeak.com/login dhe krijoni një kanal të ri për të shfaqur të dhënat e nivelit të ujit. Një shembull i një faqe në internet ThingSpeak për një ujëmatës është treguar në Figurën 5, e cila gjithashtu mund të shihet këtu: https://thingspeak.com/channels/316660. Udhëzimet për ngritjen e një kanali ThingSpeak jepen në https://docs.particle.io/tutorials/device-cloud/w… Vini re se kanale shtesë për fotone të tjera mund të shtohen në të njëjtën llogari pa pasur nevojë të krijoni një llogari tjetër ThingSpeak Me

3. Kërkohet një "webhook" për të kaluar të dhënat e nivelit të ujit nga Photon në kanalin ThingSpeak. Udhëzimet për ngritjen e një webhook jepen në https://docs.particle.io/tutorials/device-cloud/w…. Nëse po ndërtohen më shumë se një ujëmatës, për çdo Photon shtesë duhet të krijohet një webhook i ri me një emër unik.

4. Webhook që është krijuar në hapin e mësipërm duhet të futet në kodin që operon me Photon. Kodi për versionin WiFi të matësit të nivelit të ujit është dhënë në skedarin e bashkangjitur (Code1_WiFi.txt). Në një kompjuter, shkoni në faqen e internetit të Particle https://login.particle.io/login?redirect=https://… hyni në llogarinë e Particle dhe lundroni në ndërfaqen e aplikacionit Particle. Kopjoni kodin dhe përdorni atë për të krijuar një aplikacion të ri në ndërfaqen e aplikacionit Particle. Futni emrin e webhook të krijuar më sipër në rreshtin 87 të kodit. Për ta bërë këtë, fshini tekstin brenda thonjëzave dhe futni emrin e ri të webhook brenda thonjëzave në rreshtin 87, i cili lexohet si më poshtë:

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

5. Kodi tani mund të verifikohet, ruhet dhe instalohet në Photon. Vini re se kodi ruhet dhe instalohet në Photon nga reja. Ky kod do të përdoret për të përdorur matësin e ujit kur është në pusin e ujit. Gjatë instalimit në terren, do të duhet të bëhen disa ndryshime në kodin për të vendosur frekuencën e raportimit një herë në ditë dhe të shtoni informacion në lidhje me pusin e ujit (kjo përshkruhet në skedarin e bashkangjitur Udhëzimet e Nivelit të Ujit të ujit.pdf në pjesën e titulluar " Instalimi i njehsorit në një pus uji ").

Hapi 5: Testoni njehsorin

Ndërtimi i njehsorit dhe konfigurimi i softuerit tani kanë përfunduar. Në këtë pikë rekomandohet që matësi të testohet. Dy teste duhet të përfundojnë. Testi i parë përdoret për të konfirmuar se njehsori mund të masë nivelet e ujit në mënyrë korrekte dhe t'i dërgojë të dhënat në ThingSpeak. Testi i dytë përdoret për të konfirmuar që konsumi i energjisë i Photon është brenda intervalit të pritur. Ky test i dytë është i dobishëm sepse bateritë do të dështojnë më shpejt nga sa pritej nëse Photon po përdor shumë energji.

Për qëllime testimi, kodi është vendosur për të matur dhe raportuar nivelet e ujit çdo dy minuta. Kjo është një periudhë kohore praktike për të pritur midis matjeve ndërsa njehsori është duke u testuar. Nëse dëshironi një frekuencë të ndryshme matjeje, ndryshoni ndryshoren e quajtur MeasureTime në rreshtin 16 të kodit në frekuencën e dëshiruar të matjes. Frekuenca e matjes futet në sekonda (pra 120 sekonda është e barabartë me dy minuta).

Testi i parë mund të bëhet në zyrë duke varur njehsorin mbi dysheme, duke e ndezur atë dhe duke kontrolluar që kanali ThingSpeak raporton me saktësi distancën midis sensorit dhe dyshemesë. Në këtë skenar testimi, pulsi tejzanor reflekton nga dyshemeja, e cila përdoret për të simuluar sipërfaqen e ujit në pus.

Për testin e dytë, rryma elektrike midis paketës së baterisë dhe Photon duhet të matet për të konfirmuar që përputhet me specifikimet në fletën e të dhënave të Photon: https://docs.particle.io/datasheets/wi-fi/photon-d… Përvoja ka treguar se ky test ndihmon në identifikimin e pajisjeve IoT me defekt para se të vendosen në terren. Matni rrymën duke vendosur një njehsor aktual midis telit pozitiv V+ (teli i kuq) në baterinë dhe kunjit VIN në Photon. Rryma duhet të matet si në modalitetin e funksionimit ashtu edhe në atë të gjumit të thellë. Për ta bërë këtë, ndizni Photon dhe ai do të fillojë në modalitetin e funksionimit (siç tregohet nga LED në Photon që kthehet në një ngjyrë cianike), e cila funksionon për rreth 20 sekonda. Përdorni matësin aktual për të vëzhguar rrymën e funksionimit gjatë kësaj kohe. Fotoni do të kalojë automatikisht në modalitetin e gjumit të thellë për dy minuta (siç tregohet nga LED në fikjen e Fotonit). Përdorni matësin aktual për të vëzhguar rrymën e gjumit të thellë në këtë kohë. Rryma e funksionimit duhet të jetë midis 80 dhe 100 mA, dhe rryma e gjumit të thellë duhet të jetë midis 80 dhe 100 µA. Nëse rryma është më e lartë se këto vlera, Photon duhet të zëvendësohet.

Matësi tani është gati për t'u instaluar në një pus uji (Figura 6). Udhëzimet se si të instaloni njehsorin në një pus uji jepen në skedarin e bashkangjitur (Udhëzimet e Nivelit të Nivelit të Ujit.pdf).

Hapi 6: Si të bëni një version celular të njehsorit

Një version celular i njehsorit të ujit mund të ndërtohet duke bërë modifikime në listën e pjesëve, udhëzimet dhe kodin e përshkruar më parë. Versioni celular nuk kërkon WiFi sepse lidhet me internetin përmes një sinjali celular. Kostoja e pjesëve për të ndërtuar versionin celular të njehsorit është afërsisht 300 dollarë (pa përfshirë taksat dhe transportin), plus afërsisht 4 dollarë në muaj për planin e të dhënave celulare që vjen me pajisjen celulare IoT.

Matësi celular përdor të njëjtat pjesë dhe hapat e ndërtimit të listuar më sipër me modifikimet e mëposhtme:

• Zëvendësoni pajisjen WiFi IoT (Partoni Photon) me një pajisje IoT celulare (Elektron Particle): https://store.particle.io/collections/cellular/pr…. Kur ndërtoni njehsorin, përdorni të njëjtat lidhje pin të përshkruara më lart për versionin WiFi të njehsorit në Hapin 3.

• Pajisja celulare IoT përdor më shumë energji sesa versioni WiFi, dhe për këtë arsye rekomandohen dy burime të baterisë: një bateri Li-Po 3.7V, e cila vjen me pajisjen IoT, dhe një paketë baterie me 4 bateri AA. Bateria 3.7V LiPo lidhet drejtpërdrejt me pajisjen IoT me lidhësit e dhënë. Paketa e baterisë AA është e bashkangjitur në pajisjen IoT në të njëjtën mënyrë siç është përshkruar më sipër për versionin WiFi të njehsorit në Hapin 3. Testimi në terren ka treguar se versioni celular i njehsorit do të funksionojë për rreth 9 muaj duke përdorur konfigurimin e baterisë të përshkruar më sipër Me Një alternativë për të përdorur si baterinë AA ashtu edhe baterinë 2000 mAh 3.7 V Li-Po është përdorimi i një baterie Li-Po 3.7V me një kapacitet më të lartë (p.sh. 4000 ose 5000 mAh).

• Një antenë e jashtme duhet t'i bashkëngjitet njehsorit, siç janë: https://www.amazon.ca/gp/product/B07PZFV9NK/ref=p…. Sigurohuni që të vlerësohet për frekuencën e përdorur nga ofruesi i shërbimit celular ku do të përdoret ujëmatësi. Antena që vjen me pajisjen celulare IoT nuk është e përshtatshme për përdorim në natyrë. Antena e jashtme mund të lidhet me një kabllo të gjatë (3 m) që lejon që antena të ngjitet në pjesën e jashtme të pusit në kokën e pusit (Figura 7). Rekomandohet që kablloja e antenës të futet në pjesën e poshtme të kutisë dhe të vuloset tërësisht me silikon për të parandaluar hyrjen e lagështirës (Figura 8). Rekomandohet një kabllo zgjatuese me cilësi të mirë, e papërshkueshme nga uji, në natyrë.

• Pajisja celulare IoT funksionon me një kod të ndryshëm nga versioni WiFi i njehsorit. Kodi për versionin celular të njehsorit jepet në skedarin e bashkangjitur (Code2_Cellular.txt).