Reaalajas kaevu veetaseme mõõtja: 6 sammu (koos piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

Need juhised kirjeldavad, kuidas ehitada odavat reaalajas veetaseme mõõtjat, mida saaks kasutada kaevatud kaevudes. Veetase on ette nähtud kaevatud kaevu sisse riputamiseks, veetaseme mõõtmiseks üks kord päevas ning andmete edastamiseks WiFi või mobiilsideühenduse kaudu veebilehele koheseks vaatamiseks ja allalaadimiseks. Arvesti ehitamise osade maksumus on WiFi -versiooni puhul ligikaudu 200 USA dollarit ja mobiilsidevõrgu versiooni puhul 300 dollarit. Arvesti on näidatud joonisel 1. Täielik aruanne koos ehitusjuhiste, osade loendi, näpunäidetega arvesti ehitamiseks ja kasutamiseks ning selle kohta, kuidas arvesti veekaevu paigaldada, on esitatud lisatud failis (veetaseme mõõturi juhised.pdf). Veetaseme mõõtjaid on kasutatud piirkondliku reaalajas madalate põhjaveekihtide seirevõrgu väljatöötamiseks Kanadas Nova Scotias: https://fletcher.novascotia.ca/DNRViewer/index.htm… Juhised sarnase veemõõturi ehitamiseks temperatuur, juhtivus ja veetase on saadaval siin:

Veetaseme mõõtur kasutab ultraheli andurit, et mõõta kaevu veesügavust. Andur on ühendatud asjade Interneti (IoT) seadmega, mis ühendub WiFi või mobiilsidevõrguga ja saadab veetaseme andmed graafikutele veebiteenusele. Selles projektis kasutatav veebiteenus on ThingSpeak.com, mida saab tasuta kasutada mitteäriliste väikeste projektide jaoks (vähem kui 8 200 sõnumit päevas). Arvesti WiFi -versiooni toimimiseks peab see asuma WiFi -võrgu lähedal. Kodused veekaevud vastavad sageli sellele tingimusele, kuna need asuvad WiFi -ga maja lähedal. Arvesti ei sisalda andmelogijat, vaid saadab veetaseme andmed ThingSpeakile, kus neid pilves hoitakse. Seega, kui esineb andmeedastusprobleeme (nt Interneti -katkestuse ajal), ei edastata selle päeva veetaseme andmeid ja need kaovad jäädavalt.

Arvesti on projekteeritud ja testitud suure läbimõõduga (0,9 m siseläbimõõduga) kaevatud kaevude jaoks, mille sügavus on madal (maapinnast alla 10 m). Kuid seda võiks potentsiaalselt kasutada veetaseme mõõtmiseks muudes olukordades, näiteks keskkonnaseirekaevudes, puurkaevudes ja pinnaveekogudes.

Siin esitatud arvesti konstruktsiooni muudeti pärast loendurit, mis tehti veetaseme mõõtmiseks majapidamisveepaagis ja veetasemest teatamiseks Twitteri kaudu, mille avaldas Tim Ousley 2015. aastal: https://www.instructables.com/id/Wi -Fi-Twitter-oot…. Peamised erinevused esialgse disaini ja siin esitatud kujunduse vahel on võimalus kasutada arvesti juhtmega toiteadapteri asemel AA patareidel, võimalus vaadata andmeid aegridade graafikus Twitteri sõnumi asemel ja kasutamine ultraheli andur, mis on spetsiaalselt ette nähtud veetaseme mõõtmiseks.

Allpool on toodud samm-sammult juhised veetaseme mõõturi ehitamiseks. Enne arvesti ehitusprotsessi alustamist on ehitajal soovitatav läbi lugeda kõik konstruktsiooni etapid. Selles projektis kasutatav IoT -seade on osakeste footon ja seetõttu kasutatakse järgmistes osades mõisteid „IoT -seade” ja „footon” vaheldumisi.

Tarvikud

Elektroonilised osad:

Andur - MaxBotix MB7389 (vahemik 5 m)

IoT -seade - osakeste footon koos päistega

Antenn (arvesti korpuse sisse paigaldatud siseantenn) - 2,4 GHz, 6dBi, IPEX või u. FL -pistik, 170 mm pikk

Aku - 4 x AA

Traat - hüppetraat koos surutavate pistikutega (pikkus 300 mm)

Patareid - 4 x AA

Torustiku ja riistvara osad:

Toru - ABS, läbimõõt 50 mm (2 tolli), pikkus 125 mm

Ülemine kate, ABS, 50 mm (2 tolli), keermestatud tihendiga, et teha veekindel tihend

Alumine kork, PVC, 50 mm (2 tolli) koos ¾ tolli NPT keermega, mis sobib anduriga

2 toruliitmikku, ABS, 50 mm (2 tolli) ülemise ja alumise korgi ühendamiseks ABS -toruga

Silmuspolt ja 2 mutrit, roostevabast terasest (1/4 tolli) ülemise korgi külge riputamiseks

Muud materjalid: elektrilint, teflonlint, joodis, silikoon, liim korpuse kokkupanekuks

Samm: pange arvesti korpus kokku

Pange arvesti korpus kokku, nagu on näidatud ülaltoodud joonistel 1 ja 2. Kokkupandud arvesti kogupikkus, otsast otsani, kaasa arvatud andur ja silmuspolt, on ligikaudu 320 mm. Arvesti korpuse valmistamiseks kasutatav 50 mm läbimõõduga ABS toru tuleks lõigata umbes 125 mm pikkuseks. See võimaldab korpuse sees piisavalt ruumi IoT-seadme, aku ja 170 mm pikkuse siseantenni paigutamiseks.

Tihendage kõik vuugid räni või ABS -liimiga, et korpus oleks veekindel. See on väga oluline, vastasel juhul võib niiskus sattuda korpuse sisse ja hävitada sisemised komponendid. Korpuse sisse võib niiskuse imamiseks panna väikese kuivatusaine.

Paigaldage ülemisse korki silmuspolt, puurides augu ja sisestades silmpoldi ja mutri. Silmupoldi kinnitamiseks tuleks kasutada nii korpuse sise- kui ka väliskülge. Silikoonist korgi sisemus poltide ava juures, et see oleks veekindel.

Samm: ühendage andurid juhtmetega

Anduri külge on joodetud kolm juhtmest (vt joonis 3a), et kinnitada see footoniga (st anduri tihvtid GND, V+ja tihvt 2). Juhtmete jootmine anduri külge võib olla keeruline, kuna anduri ühendusavad on väikesed ja lähestikku. On väga oluline, et juhtmed oleksid anduriga korralikult joodetud, nii et oleks hea, tugev füüsiline ja elektriline ühendus ning külgnevate juhtmete vahel poleks jootekaart. Hea valgustus ja suurenduslääts aitavad jootmisprotsessi. Neile, kellel pole eelnevat jootmiskogemust, on soovitatav enne jootete jootmist anduriga jootmist harjutada. Jootmise veebipõhine õpetus on saadaval SparkFun Electronicsist (https://learn.sparkfun.com/tutorials/how-to-solder…).

Pärast juhtmete andurile jootmist saab andurist välja jäänud palja traadi umbes 2 mm pikkuste traatlõikuritega ära lõigata. Jootekohad on soovitatav katta paksu ränikihiga. See annab ühendustele rohkem tugevust ja vähendab korrosiooni ja elektriprobleemide tõenäosust anduriühendustel, kui niiskus satub arvesti korpusesse. Elektrilist linti saab mähkida ka anduriühenduse kolme juhtme ümber, et pakkuda täiendavat kaitset ja pingeid, vähendades juhtmete purunemise võimalust jootekohtades.

Anduri juhtmetel võib fotoni külge kinnitamiseks olla ühes otsas push-on tüüpi pistikud (vt joonis 3b). Push-pistikute kasutamine lihtsustab arvesti kokkupanekut ja lahtivõtmist. Andurijuhtmed peaksid olema vähemalt 270 mm pikad, et need saaksid kogu arvesti korpust pikendada. See pikkus võimaldab ühendada footoni korpuse ülaosast nii, et andur on korpuse alumises otsas. Pange tähele, et see soovitatav traadi pikkus eeldab, et arvesti korpuse valmistamiseks kasutatud ABS -toru lõigatakse 125 mm pikkuseks. Enne andurite juhtmete lõikamist ja jootmist veenduge, et 270 mm traadi pikkus on piisav, et ulatuda arvesti korpuse ülaosast kaugemale, nii et footoni saaks ühendada pärast korpuse kokkupanekut ja andurit püsivalt juhul.

Anduri saab nüüd arvesti korpuse külge kinnitada. Veekindla tihendi tagamiseks tuleb see tihedalt alumisse korki keerata, kasutades teflonlinti.

Samm: kinnitage andur, aku ja antenn IoT -seadmele

Kinnitage andur, aku ja antenn footoni külge (joonis 4) ja sisestage kõik osad arvesti korpusesse. Allpool on toodud joonisel 4 näidatud tihvtühenduste loend. Anduri ja aku juhtmeid saab kinnitada jootmise teel otse footoni külge või push-on tüüpi pistikutega, mis kinnituvad footoni alumisel küljel asuvatele päisepistikutele (nagu on näidatud joonisel 2). Pistikühenduste kasutamine hõlbustab arvesti demonteerimist või ebaõnnestumise korral footoni asendamist. Fotonil olev antenniühendus nõuab u. FL tüüpi pistikut (joonis 4) ja see tuleb ühenduse loomiseks väga tugevalt footonile suruda. Ärge paigaldage patareisid akupakki enne, kui arvesti on testimiseks valmis või kaevu paigaldatud. Selles konstruktsioonis ei ole sisse/välja lülitit, nii et arvesti lülitatakse sisse ja välja, paigaldades ja eemaldades patareid.

IoT -seadme (osakeste footon) tihvtühenduste loend:

Photon pin D3 - ühendage - anduri pin 2, andmed (pruun traat)

Footonpulk D2 - ühendage - anduri tihvt 6, V+ (punane juhe)

Footonpistik GND - ühendage - Anduri tihvt 7, GND (must traat)

Footonpinge VIN - ühendage - Aku, V+ (punane juhe)

Footonpistik GND - ühendage - Aku, GND (must juhe)

Photon u. FL pin - ühendage - antenn

Samm 4: Tarkvara seadistamine

Arvesti tarkvara seadistamiseks on vaja teha viis peamist sammu:

1. Looge osakeste konto, mis pakub footoniga veebiliidest. Selleks laadige mobiilirakendus Particle nutitelefoni alla: https://docs.particle.io/quickstart/photon/. Pärast rakenduse installimist looge partiklikonto ja järgige veebipõhiseid juhiseid fotoni lisamiseks kontole. Pange tähele, et samale kontole saab lisada täiendavaid footoneid, ilma et oleks vaja rakendust Particle alla laadida ja uuesti kontot luua.

2. Looge ThingSpeaki konto https://thingspeak.com/login ja seadistage uus kanal veetaseme andmete kuvamiseks. Veearvesti ThingSpeak veebilehe näide on toodud joonisel 5, mida saab vaadata ka siit: https://thingspeak.com/channels/316660. Juhised ThingSpeak-kanali seadistamiseks leiate aadressilt https://docs.particle.io/tutorials/device-cloud/w… Pange tähele, et samale kontole saab lisada täiendavaid kanaleid teistele fotonitele, ilma et oleks vaja uut ThingSpeak kontot luua.

3. Vee taseme andmete edastamiseks fotonilt ThingSpeak kanalile on vaja veebikonksu. Veebikonksu seadistamise juhised leiate aadressilt https://docs.particle.io/tutorials/device-cloud/w…. Kui ehitatakse rohkem kui ühte veemõõtjat, tuleb iga täiendava footoni jaoks luua uus unikaalse nimega veebihaak.

4. Veebikonks, mis loodi ülaltoodud etapis, tuleb sisestada footoni käitavasse koodi. Veetaseme mõõtja WiFi versiooni kood on lisatud failis (Code1_WiFi.txt). Minge arvutis osakeste veebisaidile https://login.particle.io/login?redirect=https://… logige sisse osakese kontole ja navigeerige rakenduse Particle liidesesse. Kopeerige kood ja kasutage seda osakeste rakenduse liideses uue rakenduse loomiseks. Sisestage ülaltoodud veebikonksu nimi koodi 87 reale. Selleks kustutage jutumärkides olev tekst ja sisestage uus veebikonksu nimi jutumärkidesse reale 87, mis on järgmine:

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

5. Koodi saab nüüd kontrollida, salvestada ja footonile installida. Pange tähele, et kood salvestatakse ja paigaldatakse pilvest footonile. Seda koodi kasutatakse veemõõturi käitamiseks, kui see on veekaevus. Põllu paigaldamise ajal tuleb koodis teha mõningaid muudatusi, et määrata aruandluse sageduseks üks kord päevas ja lisada teave veekaevu kohta (seda on kirjeldatud lisatud failis Veetaseme mõõtja juhised.pdf jaotises „ Arvesti paigaldamine veekaevu”).

Samm: testige arvesti

Arvesti ehitus ja tarkvara seadistamine on nüüd lõpule viidud. Siinkohal on soovitatav arvesti testida. Tuleb täita kaks katset. Esimese testiga kinnitatakse, et arvesti suudab veetaset õigesti mõõta ja andmed ThingSpeakile saata. Teist katset kasutatakse kinnitamaks, et footoni energiatarve on oodatud vahemikus. See teine test on kasulik, kuna akud rikuvad oodatust varem, kui footon kasutab liiga palju energiat.

Testimise eesmärgil on kood seatud mõõtma ja teatama veetaset iga kahe minuti tagant. See on praktiline ajavahemik mõõtmiste vahel ootamiseks, kuni arvesti testitakse. Kui soovitakse teistsugust mõõtmissagedust, muutke koodi 16. reas olev muutuja nimega MeasureTime soovitud mõõtesagedusele. Mõõtmissagedus sisestatakse sekundites (st 120 sekundit võrdub kahe minutiga).

Esimese testi saab teha kontoris, riputades mõõturi põranda kohale, lülitades selle sisse ja kontrollides, kas kanal ThingSpeak teatab täpselt anduri ja põranda vahelisest kaugusest. Selle katsetamisstsenaariumi korral peegeldub ultraheli impulss põrandalt, mida kasutatakse kaevu veepinna simuleerimiseks.

Teise katse jaoks tuleks mõõta aku ja footoni vahelist elektrivoolu, et veenduda selle vastavuses footonite andmelehe spetsifikatsioonidega: https://docs.particle.io/datasheets/wi-fi/photon-d… Kogemused on näidanud, et see test aitab tuvastada defektsed IoT -seadmed enne nende kasutuselevõttu. Mõõtke voolu, asetades voolumõõturi aku positiivse V+ juhtme (punane juhe) ja footoni VIN -tihvti vahele. Voolu tuleks mõõta nii töörežiimis kui ka sügavas unerežiimis. Selleks lülitage Photon sisse ja see käivitub töörežiimis (nagu näitab footoni tsüaansinist värvi LED), mis töötab umbes 20 sekundit. Selle aja jooksul töövoolu jälgimiseks kasutage voolumõõturit. Seejärel lülitub footon kaheks minutiks automaatselt sügava une režiimi (nagu näitab footoni väljalülitamise LED). Kasutage voolumõõturit sügava une voolu jälgimiseks. Töövool peaks olema vahemikus 80–100 mA ja sügava une vool 80–100 µA. Kui vool on nendest väärtustest suurem, tuleks footon välja vahetada.

Arvesti on nüüd valmis veekaevu paigaldamiseks (joonis 6). Juhised selle kohta, kuidas arvesti veekaevu paigaldada, on lisatud failis (veetaseme mõõturi juhised.pdf).

6. samm: arvesti mobiilse versiooni koostamine

Veearvesti mobiilset versiooni saab ehitada, muutes eelnevalt kirjeldatud osade loendit, juhiseid ja koodi. Mobiilsideversioon ei vaja WiFi -ühendust, kuna see loob Interneti -ühenduse mobiilsidevõrgu signaali kaudu. Arvesti mobiilsideversiooni loomise osade maksumus on ligikaudu 300 USA dollarit (ilma maksude ja saatmiseta), millele lisandub umbes 4 USA dollarit kuus mobiilsidevõrgu IoT -seadmega kaasasoleva mobiilsidevõrgu andmepaketi kohta.

Mobiilsidearvesti kasutab samu osi ja ehitusetappe, mis on loetletud eespool, järgmiste muudatustega:

• Asenda WiFi IoT -seade (osakeste foton) mobiilsidevõrgu IoT -seadme (osakeste elektron) vastu: https://store.particle.io/collections/cellular/pr…. Arvesti konstrueerimisel kasutage samu tihvtühendusi, mida on kirjeldatud meetodi WiFi -versiooni jaoks 3. etapis.

• Mobiilside IoT-seade kasutab rohkem energiat kui WiFi-versioon ja seetõttu on soovitatav kasutada kahte akuallikat: 3,7 V Li-Po aku, mis on kaasas IoT-seadmega, ja 4 AA patareiga aku. 3,7 V LiPo aku kinnitatakse kaasasolevate pistikutega otse IoT -seadme külge. AA -patareipakk on IoT -seadme külge kinnitatud samamoodi, nagu ülalpool kirjeldatud meetodi WiFi -versiooni puhul. Välitestid on näidanud, et arvesti mobiilsideversioon töötab ülalkirjeldatud aku seadistuse korral ligikaudu 9 kuud.. Alternatiiviks nii AA-aku kui ka 2000 mAh 3,7 V Li-Po aku kasutamisele on kasutada ühte suurema võimsusega (nt 4000 või 5000 mAh) 3,7 V Li-Po akut.

• Arvesti külge tuleb kinnitada väline antenn, näiteks: https://www.amazon.ca/gp/product/B07PZFV9NK/ref=p…. Veenduge, et see on hinnatud sagedusele, mida kasutab mobiilsideteenuse pakkuja, kus veemõõtjat kasutatakse. Mobiilse IoT -seadmega kaasas olev antenn ei sobi välitingimustes kasutamiseks. Välisantenni saab ühendada pika (3 m) kaabliga, mis võimaldab antenni kinnitada kaevu välisküljele kaevupea külge (joonis 7). Antennikaabel on soovitatav sisestada läbi korpuse põhja ja sulgeda see räniga põhjalikult, et vältida niiskuse sisenemist (joonis 8). Soovitatav on kvaliteetne veekindel välistingimustes kasutatav koaksiaalne pikenduskaabel.

• Mobiilne IoT -seade töötab erineva koodiga kui arvesti WiFi -versioon. Arvesti mobiilsideversiooni kood on lisatud failis (Code2_Cellular.txt).