N Intydse watervlakmeter: 6 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:23

Hierdie instruksies beskryf hoe u 'n goedkoop, intydse watervlakmeter kan bou vir gebruik in gegrawe putte. Die watervlakmeter is bedoel om in 'n gegrawe put te hang, een keer per dag die watervlak te meet en die data per WiFi of mobiele verbinding na 'n webblad te stuur vir onmiddellike besigtiging en aflaai. Die koste vir die onderdele om die meter te bou, beloop ongeveer $ 200 vir die WiFi -weergawe en $ 300 vir die mobiele weergawe. Die meter word getoon in Figuur 1. 'n Volledige verslag met bouinstruksies, onderdele lys, wenke vir die konstruksie en werking van die meter en hoe om die meter in 'n waterput te installeer, word in die aangehegte lêer (Water Level Meter Instructions.pdf) verskaf. Die watervlakmeters is gebruik om 'n plaaslike, intydse, vlak waterdigte moniteringsnetwerk in Nova Scotia, Kanada te ontwikkel: https://fletcher.novascotia.ca/DNRViewer/index.htm… Instruksies vir die bou van 'n soortgelyke meter wat water meet temperatuur, geleidingsvermoë en watervlakke is hier beskikbaar:

Die watervlakmeter gebruik 'n ultrasoniese sensor om die diepte na water in die put te meet. Die sensor is gekoppel aan 'n Internet-of-Things (IoT) -apparaat wat met 'n WiFi- of selfoonnetwerk verbind word en die watervlakdata na 'n webdiens stuur om 'n grafiek te maak. Die webdiens wat in hierdie projek gebruik word, is ThingSpeak.com, wat gratis gebruik kan word vir nie-kommersiële klein projekte (minder as 8 200 boodskappe/dag). Om die WiFi -weergawe van die meter te laat werk, moet dit naby 'n WiFi -netwerk geleë wees. Huishoudelike waterputte voldoen dikwels aan hierdie voorwaarde omdat dit naby 'n huis met WiFi geleë is. Die meter bevat geen datalogger nie, dit stuur eerder die watervlakdata na ThingSpeak waar dit in die wolk gestoor word. As daar dus 'n probleem met data -oordrag is (byvoorbeeld tydens 'n internetonderbreking), word die watervlakdata vir die dag nie oorgedra nie en gaan dit permanent verlore.

Die meter is ontwerp en getoets vir putte met 'n groot deursnee (0,9 m binnediameter) met 'n vlak waterdiepte (minder as 10 m onder die grondoppervlak). Dit kan egter moontlik gebruik word vir die meting van watervlakke in ander situasies, soos omgewingsmoniteringsputte, geboorde putte en oppervlakwaterliggame.

Die meterontwerp wat hier aangebied word, is verander na 'n meter wat gemaak is vir die meting van watervlakke in 'n huishoudelike watertenk en die watervlak via Twitter, wat deur Tim Ousley in 2015 gepubliseer is: https://www.instructables.com/id/Wi -Fi-Twitter-Wa …. Die belangrikste verskille tussen die oorspronklike ontwerp en die ontwerp wat hier aangebied word, is die vermoë om die meter op AA-batterye te gebruik in plaas van 'n bedrade kragadapter, die vermoë om die data in 'n tydreeksgrafiek in plaas van 'n Twitter-boodskap te sien, en die gebruik van 'n ultrasoniese sensor wat spesifiek ontwerp is vir die meting van watervlakke.

Stap-vir-stap instruksies vir die konstruksie van die watervlakmeter word hieronder gegee. Dit word aanbeveel dat die bouer alle konstruksiestappe deurlees voordat hy met die meterkonstruksie begin. Die IoT -toestel wat in hierdie projek gebruik word, is 'n Particle Photon, en daarom word die terme "IoT -toestel" en "Photon" in die volgende afdelings uitruilbaar gebruik.

Voorrade

Elektroniese onderdele:

Sensor - MaxBotix MB7389 (afstand van 5 m)

IoT -toestel - Particle Photon met headers

Antenne (interne antenne in die meterkas geïnstalleer) - 2,4 GHz, 6dBi, IPEX of u. FL -aansluiting, 170 mm lank

Batterypak - 4 x AA

Draad - jumperdraad met aansluitverbindings (lengte 300 mm)

Batterye - 4 x AA

Loodgieters- en hardeware -onderdele:

Pyp - ABS, 50 mm (2 duim) deursnee, 125 mm lank

Bovendeksel, ABS, 50 mm (2 duim), met pakking vasgemaak om 'n waterdigte seël te maak

Onderdop, PVC, 50 mm (2 duim) met ¾ duim NPT -draad om pas sensor te pas

2 pypkoppelaars, ABS, 50 mm (2 duim) om die boonste en onderste kap aan die ABS -pyp te koppel

Oogbout en 2 moere, vlekvrye staal (1/4 duim) om 'n hanger op die boonste kap te maak

Ander materiale: elektriese band, teflonband, soldeer, silikoon, gom vir die samestelling van kaste

Stap 1: Monteer die meterkas

Monteer die meterkas soos in Figuur 1 en 2 hierbo getoon. Die totale lengte van die saamgestelde meter, punt tot punt, insluitend die sensor en oogbout, is ongeveer 320 mm. Die ABS -pyp met 'n deursnee van 50 mm wat gebruik word om die meterkas te maak, moet ongeveer 125 mm lank wees. Dit bied genoeg ruimte in die omhulsel om die IoT-toestel, die battery en 'n 170 mm lange interne antenne te huisves.

Verseël alle verbindings met silikon- of ABS -gom om die kas waterdig te maak. Dit is baie belangrik, anders kan daar vog in die omhulsel kom en die interne komponente vernietig. 'N Klein pakkie droogmiddel kan in die omhulsel geplaas word om vog te absorbeer.

Installeer 'n oogbout in die boonste dop deur 'n gat te boor en die oogbout en moer in te steek. 'N Moer moet binne en buite die omhulsel gebruik word om die oogbout vas te maak. Silikon die binnekant van die pet by die boutgat om dit waterdig te maak.

Stap 2: Heg drade aan sensor

Drie drade (sien figuur 3a) moet aan die sensor gesoldeer word om dit aan die Photon te kan heg (dws sensorpenne GND, V+en pen 2). Om die drade aan die sensor te soldeer, kan uitdagend wees omdat die verbindingsgate op die sensor klein en naby mekaar is. Dit is baie belangrik dat die drade behoorlik aan die sensor gesoldeer word, sodat daar 'n goeie, sterk fisiese en elektriese verbinding is en dat daar geen soldeerboë tussen aangrensende drade is nie. Goeie beligting en 'n vergrootglas help met die soldeerproses. Vir diegene wat nie vorige soldeerervaring het nie, word aanbeveel om soldeer te oefen voordat die drade aan die sensor gesoldeer word. 'N Aanlyn handleiding oor hoe om te soldeer is beskikbaar by SparkFun Electronics (https://learn.sparkfun.com/tutorials/how-to-solder…).

Nadat die drade aan die sensor gesoldeer is, kan enige oortollige kaal draad wat uit die sensor steek, met draadsnyers tot ongeveer 2 mm lank afgesny word. Dit word aanbeveel dat die soldeerverbindings bedek word met 'n dik silikon kraal. Dit gee die verbindings meer krag en verminder die kans op korrosie en elektriese probleme by die sensorverbindings as daar vog in die meterkas kom. Elektriese band kan ook om die drie drade by die sensoraansluiting gedraai word om ekstra beskerming en spanningverligting te bied, wat die kans verminder dat die drade by die soldeerverbindings breek.

Die sensordrade kan aan die een kant aanstootkoppelstukke hê (sien figuur 3b) om aan die foton geheg te word. Deur opsteekverbindings te gebruik, is dit makliker om die meter te monteer en te demonteer. Die sensordrade moet minstens 270 mm lank wees sodat hulle die hele lengte van die meterkas kan verleng. Met hierdie lengte kan die Photon aan die bokant van die omhulsel verbind word met die sensor aan die onderkant van die omhulsel. Let daarop dat hierdie aanbevole draadlengte veronderstel dat die ABS -pyp wat gebruik is om die meterkas te maak tot 'n lengte van 125 mm gesny is. Bevestig voorafgaand aan die sny en soldeer van die drade aan die sensor dat 'n draadlengte van 270 mm voldoende is om bo die bokant van die meterkas te strek, sodat die Photon verbind kan word nadat die omhulsel gemonteer is en die sensor permanent aan die geval.

Die sensor kan nou aan die meterkas geheg word. Dit moet styf in die onderste dop vasgeskroef word met behulp van Teflon -band om 'n waterdigte seël te verseker.

Stap 3: Koppel sensor, battery en antenna aan IoT -toestel

Koppel die sensor, battery en antenna aan die foton (figuur 4) en steek alle dele in die meterkas. 'N Lys van die penverbindings wat in figuur 4 aangedui word, word hieronder verskaf. Die sensor- en batterypakdrade kan gekoppel word deur direk aan die Photon te soldeer of met stukkers wat op die kopstukke aan die onderkant van die Photon vasgemaak word (soos gesien in figuur 2). Deur opsteekverbindings te gebruik, is dit makliker om die meter uitmekaar te haal of die Photon te vervang as dit misluk. Die antenna -aansluiting op die Photon benodig 'n u. FL -tipe aansluiting (figuur 4) en moet baie stewig op die foton gedruk word om die verbinding te maak. Moenie die batterye in die battery pak nie, voordat die meter gereed is om getoets of in 'n put geïnstalleer te word. Daar is geen aan/uit -skakelaar in hierdie ontwerp nie, dus word die meter aan en afgeskakel deur die batterye te installeer en te verwyder.

Lys van penverbindings op die IoT -toestel (Particle Photon):

Photon pin D3 - connect to - Sensor pin 2, data (bruin draad)

Photon pin D2 - connect to - Sensor pin 6, V+ (rooi draad)

Fotonpen GND - verbind met - Sensorpen 7, GND (swart draad)

Photon pin VIN - connect to - Battery pack, V+ (rooi draad)

Photon pin GND - connect to - Battery pack, GND (black wire)

Foton u. FL -pen - koppel aan - Antenne

Stap 4: sagteware -opstelling

Vyf hoofstappe is nodig om die sagteware vir die meter op te stel:

1. Skep 'n Particle -rekening wat 'n aanlyn -koppelvlak met die Photon bied. Laai die Particle -mobiele app na 'n slimfoon hier af: https://docs.particle.io/quickstart/photon/. Nadat u die app geïnstalleer het, skep 'n Particle -rekening en volg die aanlyn instruksies om die Photon by die rekening te voeg. Let daarop dat addisionele fotone by dieselfde rekening gevoeg kan word sonder om die deeltjie -app af te laai en weer 'n rekening te skep.

2. Skep 'n ThingSpeak -rekening https://thingspeak.com/login en skep 'n nuwe kanaal om die watervlakdata te vertoon. 'N Voorbeeld van 'n ThingSpeak -webblad vir 'n watermeter word in figuur 5 getoon, wat ook hier besigtig kan word: https://thingspeak.com/channels/316660. Instruksies vir die opstel van 'n ThingSpeak-kanaal word verskaf op https://docs.particle.io/tutorials/device-cloud/w… Let daarop dat addisionele kanale vir ander fotone by dieselfde rekening gevoeg kan word sonder dat u 'n ander ThingSpeak-rekening hoef te skep.

3. 'n 'Webhook' is nodig om watervlakdata van die Photon na die ThingSpeak -kanaal oor te dra. Instruksies vir die opstel van 'n webhook word verskaf op https://docs.particle.io/tutorials/device-cloud/w…. As meer as een watermeter gebou word, moet 'n nuwe webhook met 'n unieke naam vir elke bykomende Photon geskep word.

4. Die webhook wat in die bogenoemde stap geskep is, moet ingevoeg word in die kode wat die Photon bedryf. Die kode vir die WiFi -weergawe van die watervlakmeter word verskaf in die aangehegte lêer (Code1_WiFi.txt). Gaan op 'n rekenaar na die Particle -webblad https://login.particle.io/login?redirect=https://… meld aan by die Particle -rekening en navigeer na die Particle -app -koppelvlak. Kopieer die kode en gebruik dit om 'n nuwe app in die deeltjie -app -koppelvlak te skep. Voeg die naam van die webhook hierbo in reël 87 van die kode in. Om dit te doen, verwyder die teks binne die aanhalings en voeg die nuwe webhooknaam in die aanhalings in reël 87 in, wat soos volg lui:

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

5. Die kode kan nou geverifieer, gestoor en op die Photon geïnstalleer word. Let daarop dat die kode in die wolk gestoor word en op die Photon geïnstalleer word. Hierdie kode sal gebruik word om die watermeter te gebruik wanneer dit in die waterput is. Tydens die veldinstallasie moet 'n paar veranderinge aan die kode aangebring word om die verslagdoeningsfrekwensie een keer per dag in te stel en inligting oor die waterput by te voeg (dit word beskryf in die aangehegte lêer Water Level Meter Instructions.pdf in die afdeling getiteld " Die installering van die meter in 'n waterput ").

Stap 5: Toets die meter

Die meterkonstruksie en sagteware -opstelling is nou voltooi. Op hierdie punt word aanbeveel dat die meter getoets word. Twee toetse moet voltooi word. Die eerste toets word gebruik om te bevestig dat die meter watervlakke korrek kan meet en die data na ThingSpeak kan stuur. Die tweede toets word gebruik om te bevestig dat die kragverbruik van die Photon binne die verwagte omvang is. Hierdie tweede toets is handig omdat die batterye vinniger as wat verwag is, sal misluk as die Photon te veel krag gebruik.

Vir toetsdoeleindes is die kode ingestel om die watervlakke elke twee minute te meet en aan te meld. Dit is 'n praktiese tyd om tussen die metings te wag terwyl die meter getoets word. As 'n ander meetfrekwensie verlang word, verander die veranderlike genaamd MeasureTime in reël 16 van die kode na die gewenste meetfrekwensie. Die metingsfrekwensie word in sekondes ingevoer (dws 120 sekondes is gelyk aan twee minute).

Die eerste toets kan in die kantoor gedoen word deur die meter bo die vloer te hang, dit aan te skakel en te kontroleer of die ThingSpeak -kanaal die afstand tussen die sensor en die vloer akkuraat rapporteer. In hierdie toetsscenario weerspieël die ultraklankpuls van die vloer af, wat gebruik word om die wateroppervlak in die put te simuleer.

Vir die tweede toets moet die elektriese stroom tussen die battery en die Photon gemeet word om te bevestig dat dit ooreenstem met die spesifikasies in die Photon-datablad: https://docs.particle.io/datasheets/wi-fi/photon-d… Ondervinding het getoon dat hierdie toets help om gebrekkige IoT -toestelle te identifiseer voordat dit in die veld ontplooi word. Meet die stroom deur 'n stroommeter te plaas tussen die positiewe V+ -draad (rooi draad) op die battery en die VIN -pen op die Photon. Die stroom moet gemeet word in beide die werkmodus en die diep slaapmodus. Om dit te doen, skakel die Photon aan en dit begin in die werkmodus (soos aangedui deur die LED op die Photon wat 'n siaan kleur verander), wat ongeveer 20 sekondes duur. Gebruik die huidige meter om die werkstroom gedurende hierdie tyd waar te neem. Die Photon gaan dan outomaties vir twee minute in die diep slaapmodus (soos aangedui deur die LED op die Photon wat uitskakel). Gebruik die huidige meter om die diepe slaapstroom op hierdie tydstip waar te neem. Die werkstroom moet tussen 80 en 100 mA wees, en die diepe slaapstroom moet tussen 80 en 100 µA wees. As die stroom hoër is as hierdie waardes, moet die Photon vervang word.

Die meter is nou gereed om in 'n waterput geïnstalleer te word (Figuur 6). Instruksies oor hoe om die meter in 'n waterput te installeer, word in die aangehegte lêer (Water Level Meter Instructions.pdf) verskaf.

Stap 6: Hoe om 'n mobiele weergawe van die meter te maak

'N Sellulêre weergawe van die watermeter kan gebou word deur wysigings aan die voorheen beskryfde onderdele, instruksies en kode aan te bring. Die mobiele weergawe benodig geen WiFi nie, omdat dit via 'n sellulêre sein met die internet verbind word. Die koste van die onderdele om die mobiele weergawe van die meter te bou, beloop ongeveer $ 300 (uitgesluit belasting en aflewering), plus ongeveer $ 4 per maand vir die mobiele data -plan wat by die mobiele IoT -toestel kom.

Die sellulêre meter gebruik dieselfde onderdele en konstruksiestappe hierbo gelys met die volgende wysigings:

• Vervang die WiFi IoT -toestel (Particle Photon) vir 'n mobiele IoT -toestel (Particle Electron): https://store.particle.io/collections/cellular/pr…. Gebruik dieselfde pinverbindings as u die meter bou vir die WiFi -weergawe van die meter in stap 3.

• Die mobiele IoT-toestel gebruik meer krag as die WiFi-weergawe, en daarom word twee batterybronne aanbeveel: 'n 3.7V Li-Po-battery wat by die IoT-toestel kom, en 'n battery met 4 AA-batterye. Die 3.7V LiPo -battery word direk aan die IoT -toestel gekoppel met die meegeleverde verbindings. Die AA -batterypak is op die IoT -toestel gekoppel op dieselfde manier as hierbo beskryf vir die WiFi -weergawe van die meter in stap 3. Veldtoetse het getoon dat die mobiele weergawe van die meter ongeveer 9 maande sal werk met behulp van die batteryopstelling hierbo beskryf. 'N Alternatief vir die gebruik van beide die AA-battery en 'n 2000 mAh 3.7 V Li-Po-battery is om 'n 3.7V Li-Po-battery met 'n hoër kapasiteit (bv. 4000 of 5000 mAh) te gebruik.

• 'n Eksterne antenna moet aan die meter geheg word, soos: https://www.amazon.ca/gp/product/B07PZFV9NK/ref=p…. Maak seker dat dit gegradeer is vir die frekwensie wat die selfoondiensverskaffer gebruik waar die watermeter gebruik sal word. Die antenna wat by die mobiele IoT -toestel kom, is nie geskik vir buitenshuise gebruik nie. Die eksterne antenna kan verbind word met 'n lang (3 m) kabel waarmee die antenna aan die buitekant van die put by die putkop geheg kan word (Figuur 7). Dit word aanbeveel dat die antennekabel deur die onderkant van die omhulsel ingesteek en deeglik met silikon verseël word om te voorkom dat vog binnedring (Figuur 8). 'N Waterdigte, buite-koaksiale verlengkabel van goeie gehalte word aanbeveel.

• Die mobiele IoT -toestel werk op 'n ander kode as die WiFi -weergawe van die meter. Die kode vir die mobiele weergawe van die meter word verskaf in die aangehegte lêer (Code2_Cellular.txt).