Παρακολούθηση επιπέδου αλατιού αποσκληρυντή νερού: 7 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Οι αποσκληρυντές νερού λειτουργούν χρησιμοποιώντας μια διαδικασία που ονομάζεται ιοντοανταλλαγή κατά την οποία τα ιόντα ασβεστίου και μαγνησίου από το σκληρό νερό ανταλλάσσονται με χλωριούχο νάτριο (άλας) μέσω ειδικής ρητίνης. Το νερό πηγαίνει σε ένα δοχείο πίεσης όπου κινείται μέσα από τα σφαιρίδια ρητίνης και το ασβέστιο και το μαγνήσιο αντικαθίστανται από νάτριο. Οι χάντρες ρητίνης θα εξαντληθούν τελικά και δεν θα μπορούν να παραλάβουν άλλα σκληρά ορυκτά. Η διαδικασία επαναφόρτισης ή αναγέννησης περνά ένα διάλυμα αλμυρού νερού μέσα από τα σφαιρίδια ρητίνης που αποσπά τα ορυκτά σκληρότητας και τα ξεπλένει ακίνδυνα στην αποχέτευση. Οι χάντρες ρητίνης αφήνονται ανανεωμένες και έτοιμες να κάνουν πιο μαλακό νερό.

Οι αποσκληρυντές νερού ανταλλαγής ιόντων έρχονται σε πολλά σχήματα και μεγέθη, αλλά όλοι έχουν ένα κοινό χαρακτηριστικό, μια δεξαμενή άλμης που χρειάζεται γέμιση με αλάτι κάθε λίγες εβδομάδες για να εγγυηθεί την τακτική παροχή μαλακού νερού. Οι αποσκληρυντές νερού δεν είναι ακριβώς ελκυστικοί εξοπλισμοί και έτσι εξορίζονται σε κάποιο απρόσιτο μέρος, πράγμα που σημαίνει ότι απαιτείται ειδική επίσκεψη για τον έλεγχο της στάθμης του αλατιού. Τις περισσότερες φορές, το σύνθημα για την προσθήκη περισσότερου αλατιού προέρχεται από τα μέλη του νοικοκυριού που πιάνουν σκληρό νερό. Απαιτείται ένας αισθητήρας στάθμης αλατιού που μπορεί να στείλει μια υπενθύμιση όταν το αλάτι είναι χαμηλό στο μαλακτικό. Σε αυτό το Instructable, ένας αισθητήρας εμβέλειας χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της στάθμης αλατιού στο αποσκληρυντή νερού κάθε λίγες ώρες και το αποτέλεσμα δημοσιεύεται στο ThingSpeak. Όταν το επίπεδο αλατιού μειωθεί, το ThingSpeak θα στείλει ένα email υπενθύμισης για να γεμίσει η δεξαμενή άλμης με αλάτι. Όλα τα συστατικά αυτού του έργου είναι διαθέσιμα στο eBay, ως συνήθως, τα φθηνότερα ανταλλακτικά προέρχονται από την Ασία. Ακόμη και αν χρειαστεί να αγοράσετε όλα τα εξαρτήματα, το συνολικό κόστος θα είναι περίπου 10 δολάρια ΗΠΑ. Πολλές δεξιότητες όπως η συγκόλληση ή η χρήση του Arduino IDE απαιτούνται για να γίνει αυτό το έργο. Όλες αυτές οι τεχνικές καλύπτονται από άλλες οδηγίες και δεν επαναλαμβάνονται εδώ.

Προμήθειες

Μπαταρία AA VL53L0X κυμαινόμενη μονάδα BAT43 Shottky diode 100nF πυκνωτής 2 x 5k αντιστάσεις 2 x 470 Ohm αντιστάσεις FT232RL σειριακή προσαρμογέας μονάδα AA μέγεθος Λιθίου θειονυλοχλωριούχος μπαταρία Μονάδα μικροελεγκτή ESP-07 Μπαταρίες, σύρμα, κουτί κ.λπ.

Βήμα 1: Ανιχνευτής επιπέδου αλατιού

Ένα VL53L0X χρησιμοποιείται για την αίσθηση της επιφάνειας αλατιού στο αποσκληρυντή νερού. Ο αισθητήρας λειτουργεί στέλνοντας έναν παλμό φωτός και μετρώντας το χρόνο που χρειάζεται για να αντανακλάται πίσω. Τα καλύτερα αποτελέσματα προέρχονται από τη χρήση μιας λευκής ανακλαστικής επιφάνειας στο σκοτάδι, ακριβώς αυτό που έχουμε στον κάδο αλατιού. Ο ίδιος ο αισθητήρας είναι πολύ μικρός και δύσκολος στο χειρισμό. Ως εκ τούτου, μπορεί να αγοραστεί ως μονάδα που περιέχει διεπαφή I2C. Αυτό διευκολύνει πολύ τη σύνδεση με άλλους μικροελεγκτές όπως το Arduino ή το Raspberry Pi. Δεδομένου ότι τα παράθυρα λέιζερ και αισθητήρων είναι πολύ μικρά, χρησιμοποιείται ένα στρώμα μεμβράνης για να σταματήσει κάθε βρωμιά που μπλοκάρει τη συσκευή. Η μονάδα πρέπει να βρίσκεται στο επάνω μέρος του αποσκληρυντή νερού και έτσι τα καλώδια ή η συγκόλληση δεν πρέπει να προεξέχουν στην πλευρά του αισθητήρα η ενότητα Αυτό επιτεύχθηκε με την τοποθέτηση της μονάδας κατά τη συγκόλληση, τον αισθητήρα κάτω, σε ένα κομμάτι ξύλου για να σταματήσει η συγκόλληση ή το σύρμα να σχηματίζει χτυπήματα στην πλευρά του αισθητήρα.

Βήμα 2: Προγραμματισμός του ESP-07

Η πρόθεση ήταν να ενεργοποιηθεί η μπαταρία της οθόνης στάθμης αλατιού και έτσι επιλέχθηκε μια εκδοχή της μονάδας τσιπ ESP8266 για να ελαχιστοποιήσει το ρεύμα αναμονής και να δώσει διάρκεια ζωής μπαταρίας τουλάχιστον ενός έτους. Σε αντίθεση με ορισμένες από τις πιο εξελιγμένες εκδόσεις που περιλαμβάνουν ρυθμιστές τάσης και διεπαφή USB, ορισμένα επιπλέον εξαρτήματα πρέπει να προστεθούν στο γυμνό οστό ESP-07 που χρησιμοποιείται σε αυτό το έργο. Ένας σειριακός προσαρμογέας συνδέεται προσωρινά για να αναβοσβήνει το ESP-07 και η οθόνη η σειριακή θύρα κατά τη διάρκεια της δοκιμής. Λάβετε υπόψη ότι ο σειριακός προσαρμογέας θα αφαιρεθεί μόλις είμαστε ευχαριστημένοι ότι όλα λειτουργούν σωστά, μην το κάνετε πολύ σταθερό. Για κάποιο λόγο, οι γραμμές SDA και SCL χρειάστηκαν αλλαγή για να λειτουργήσει ο αισθητήρας, δοκιμάστε αυτό εάν το εύρος έχει κολλήσει σε πλήρη κλίμακα. Maybeσως μια ιδιαιτερότητα της κινεζικής παραγωγής; Μια μπαταρία θειονυλοχλωριδίου λιθίου χρησιμοποιείται για να τροφοδοτήσει αυτό το έργο. Το μέγεθος AA αυτής της μπαταρίας έχει σταθερή τάση 3,6V και χωρητικότητα 2600 mAh, ιδανικό για την τροφοδοσία του ESP-07. Αυτές οι μπαταρίες μπορούν να βρεθούν σε εξειδικευμένους προμηθευτές μπαταριών αλλά όχι στα συνήθη καταστήματα λιανικής πώλησης. Υποθέτω ότι τολμούν να μην αφήσουν το ευρύ κοινό να χάσει μια μπαταρία διπλάσια της κανονικής τάσης!

Όταν ενεργοποιηθεί το ESP-07, οι ακίδες κάνουν περίεργα πράγματα μέχρι να ολοκληρώσει τη ρουτίνα εκκίνησης. Ως μέτρο ασφαλείας, οι αντιστάσεις περιλαμβάνονται στις συνδέσεις με τις εξόδους της μονάδας για να αποτρέψουν τυχόν φθορές ρεύματος. Το σκίτσο Arduino για αυτό το έργο επισυνάπτεται στο αρχείο κειμένου. Ως συνήθως, θα πρέπει να το επεξεργαστείτε με τα δικά σας διαπιστευτήρια δρομολογητή και ένα κλειδί API από τον λογαριασμό σας ThingSpeak. Επίσης, μια στατική διεύθυνση IP χρησιμοποιείται για να επιταχύνει το χρόνο σύνδεσης WiFi και να εξοικονομήσει ρεύμα. Αυτό μπορεί να περιλαμβάνει την αλλαγή των διευθύνσεων IP ώστε να ταιριάζει με το δίκτυό σας. Σημείωση Τα κόμματα χρησιμοποιούνται στη διεύθυνση IP και όχι σε περίοδο! Υπάρχει τεράστια ποσότητα πληροφοριών στο διαδίκτυο σχετικά με το αναβοσβήσιμο και τη χρήση του ESP8266 εάν χρειάζεστε περισσότερη βοήθεια. Συνοπτικά, το αναβοσβήσιμο προχωρά ως εξής:

Εκκινήστε το Arduino IDE στον υπολογιστή και βεβαιωθείτε ότι ο πίνακας ESP8266 είναι εγκατεστημένος και επιλεγμένος mayσως χρειαστεί να εγκαταστήσετε τις βιβλιοθήκες για τον αισθητήρα και το WiFi Φορτώστε το σκίτσο της οθόνης που επισυνάπτεται παρακάτω και τροποποιήστε όπως απαιτείται Ελέγξτε τις μεταγλωττίσεις σκίτσων χωρίς σφάλματα Συνδέστε το GPIO0 στη γείωση μέσω αντίστασης 5k μπαταρία στη θήκη Συνδέστε τον προσαρμογέα USB Ανεβάστε τον κωδικό φόρτωσης ελέγχοντας ότι συνδέεται σωστά Αφαιρέστε την μπαταρία και στη συνέχεια αφαιρέστε τη σύνδεση GPIO0. Ξεκινήστε τη σειριακή οθόνη και αντικαταστήστε την μπαταρία

Η μείωση του χρόνου κύκλου σε περίπου 20 δευτερόλεπτα θα διευκολύνει πολύ τον εντοπισμό σφαλμάτων. Επίσης, ανάλογα με το δρομολογητή σας, ο χρόνος σύνδεσης μπορεί να χρειαστεί να προσαρμοστεί για να δώσει έναν αξιόπιστο σύνδεσμο. Μόλις όλα λειτουργούν, ο προσαρμογέας USB μπορεί να αφαιρεθεί και η οθόνη να συνδεθεί για υπηρεσία.

Βήμα 3: Τελική καλωδίωση

Όταν πιστεύουμε ότι η οθόνη έχει ρυθμιστεί όπως μας αρέσει, η καλωδίωση μπορεί να τακτοποιηθεί όπως στην εικόνα. Η κόκκινη λυχνία LED ισχύος πρέπει να αφαιρεθεί καθώς πρόκειται για παροχή ρεύματος κατά τη διάρκεια του βαθύ ύπνου. Μπορεί να ξεκολλήσει απαλά με ένα κατσαβίδι ή να μην γίνει συγκόλληση. Εάν το σήμα WiFi βρίσκεται στη χαμηλή πλευρά, το εύρος μπορεί να βελτιωθεί συνδέοντας μια εξωτερική κεραία. Σε αυτήν την περίπτωση, ο σύνδεσμος που συνδέει την κεραμική κεραία πρέπει να αφαιρεθεί όπως το LED. Πρέπει πάντα να υπάρχει εξωτερική κεραία συνδεδεμένη εάν το ESP-07 λειτουργεί χωρίς τη σύνδεση κεραμικής κεραίας.

Βήμα 4: Εγκατάσταση αισθητήρα

Ο αισθητήρας χρειάζεται τοποθέτηση πάνω από το υψηλότερο επίπεδο αλατιού στη δεξαμενή άλμης. Σε αυτήν την εγκατάσταση, το καπάκι του αποσκληρυντή νερού αποδείχθηκε ότι ήταν ένα βολικό μέρος για να τοποθετήσετε τον αισθητήρα. Μια μικρή τρύπα ανοίγει στο καπάκι έτσι ώστε ο αισθητήρας να μπορεί να δει την στάθμη του αλατιού. Καθώς το μίγμα άλμης είναι πολύ διαβρωτικό, ένα στρώμα μεμβράνης προσκόλλησης χρησιμοποιείται για να καλύψει την τρύπα και να προστατεύσει τον αισθητήρα. Η μπαταρία και το ESP-07 μπορούν επίσης να τοποθετηθούν δίπλα στον αισθητήρα στο καπάκι. Υπάρχει πάντα η δυνατότητα σύνδεσης εξωτερικής κεραίας εάν η ισχύς του σήματος WiFi αποδειχθεί οριακή. Σε αυτήν την εγκατάσταση, ο αισθητήρας, ο ESP-07 και η μπαταρία ήταν απλά κολλημένο στην κορυφή του καπακιού καθώς το αποσκληρυντικό νερού ήταν μαζεμένο σε ένα ντουλάπι. Μια κατάλληλη περίπτωση θα χρειαζόταν σε πιο εκτεθειμένες καταστάσεις.

Βήμα 5: Διάρκεια ζωής μπαταρίας

Για να εκτιμήσουμε τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας, πρέπει να μετρήσουμε το ρεύμα και το ρεύμα αναμονής όταν η οθόνη είναι ξύπνια. Αυτό αποδείχθηκε αρκετά δύσκολο επειδή το ESP-07 μπορεί εύκολα να κλειδώσει όταν κάνει αλλαγές όπως η αλλαγή της εμβέλειας των μετρητών. Η τελική λύση ήταν να προσθέσετε μια αντίσταση 0,1 Ohm στο καλώδιο τροφοδοσίας και να μετρήσετε το ρεύμα με ένα εύρος κατά την περίοδο αφύπνισης. Κάθε μέτρηση διήρκεσε 6,7 δευτερόλεπτα με μέσο ρεύμα 77mA. Το ρεύμα ύπνου μετρήθηκε τοποθετώντας παράλληλα μια δίοδο και μια αντίσταση 5k στο καλώδιο τροφοδοσίας. Η δίοδος μεταφέρει το ρεύμα αφύπνισης αλλά το χαμηλό ρεύμα αναμονής μεταφέρεται από την αντίσταση. Αυτό έδωσε ρεύμα αναμονής 28,8 uA. Ο χρόνος ύπνου στο πρόγραμμα έχει οριστεί σε περίπου 1 ώρα μεταξύ των μετρήσεων. Για περισσότερο από ένα χρόνο, η οθόνη θα χρησιμοποιήσει 250 mAh σε κατάσταση αναμονής και 1255 mAh σε εγρήγορση ή συνολικά 1505 mAh. Η μπαταρία 2600 mAh που χρησιμοποιείται σε αυτήν την οθόνη θα πρέπει εύκολα να διαρκέσει περισσότερο από ένα χρόνο. Η διάρκεια ζωής της μπαταρίας μπορεί να παραταθεί ακόμη περισσότερο μετρώντας λιγότερο συχνά το επίπεδο αλατιού. Δυστυχώς, ο χρόνος ύπνου του ESP-07 δεν μπορεί να αυξηθεί εύκολα περισσότερο από περίπου μία ώρα. Ένας τρόπος για να αντιμετωπίσετε αυτό το πρόβλημα είναι να ξυπνάτε το ESP-07 κάθε ώρα και μετά να το ξανακοιμάτε αμέσως. Υπάρχει μια επιλογή να μην ξυπνήσετε το μόντεμ και ο πίνακας δείχνει ότι αυτό μειώνει στο μισό την ποσότητα ισχύος που χρησιμοποιείται. Μετρώντας το επίπεδο αλατιού μόνο 4 φορές την ημέρα, μπορούμε να αναμένουμε διάρκεια ζωής μπαταρίας περίπου 5 ετών. Ο παρακάτω κώδικας χρησιμοποιεί τη μνήμη RSP ESP8266 για να αποθηκεύσει πόσες φορές η μονάδα ήταν σε βαθύ ύπνο. Σε αυτό το σκίτσο, υπάρχουν 6 περίοδοι ύπνου πριν από τη μέτρηση που δίνει 7 ώρες μεταξύ των μετρήσεων. Φυσικά, αυτό μπορεί να προσαρμοστεί στην εφαρμογή σας. Πάντα ασφαλίζετε τη μπαταρία σταθερά στη θέση της, μια διακοπή σύνδεσης μπορεί να κλειδώσει το ESP-07 και να αδειάσει την μπαταρία. Η μπαταρία πρέπει να διαρκέσει αρκετά χρόνια πριν αντικατασταθεί με αυτούς τους μεγαλύτερους χρόνους ύπνου. Και πάλι είναι καλύτερο να δοκιμάσετε τη μονάδα με ύπνο 10 δευτερολέπτων, 7 ώρες είναι πολύς χρόνος για να περιμένετε για να ελέγξετε αν λειτουργεί…

Βήμα 6: Διάγραμμα επιπέδου αλατιού

Τα δύο γραφήματα δείχνουν το επίπεδο αλατιού στο αποσκληρυντή νερού και την ισχύ σήματος WiFi, ένα χρήσιμο εργαλείο αντιμετώπισης προβλημάτων. Η αναγέννηση αυτού του αποσκληρυντή νερού ελέγχεται από μετρητή και είναι μοντέλο δύο δεξαμενών, οι δεξαμενές μπορούν να αλλάζουν οποιαδήποτε στιγμή της ημέρας. Ο πίνακας στάθμης αλατιού υποδεικνύει πότε έγινε η αναγέννηση και ο χρόνος μεταξύ αναγέννησης δίνει μια ιδέα για τη χρήση του νερού. Αυτό το μόνιτορ δεν δείχνει μόνο όταν χρειάζεται περισσότερο αλάτι, αλλά σε ένα μετρημένο μαλακτικό, μπορεί να επισημάνει την υπερβολική χρήση νερού. Το VL53L0X έχει εύρος έως και 2 μέτρα περίπου, ανάλογα με την ανακλώσα επιφάνεια. Άλλες εφαρμογές είναι δυνατές όπως η παρακολούθηση των επιπέδων δεξαμενών λαδιού ή νερού όπου το βάθος αλλάζει αργά με την πάροδο του χρόνου.

Βήμα 7: Υπενθύμιση ηλεκτρονικού ταχυδρομείου

Μπορείτε να στείλετε μηνύματα υπενθύμισης σχετικά με χαμηλά επίπεδα αλατιού από το ThingSpeak. Αυτό περιλαμβάνει τη ρύθμιση δύο εφαρμογών από το μενού APPS, η πρώτη είναι μια ανάλυση MATLAB που θα συνθέσει και θα στείλει ένα μήνυμα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου εάν το επίπεδο αλατιού υπερβεί ένα καθορισμένο όριο. Η άλλη εφαρμογή είναι ένα TimeControl όπου μπορείτε να αποφασίσετε πόσο συχνά θα ελέγχετε το επίπεδο αλατιού. Η ρύθμιση της εφαρμογής TimeControl είναι αρκετά διαισθητική, σε αυτήν την περίπτωση, η στάθμη αλατιού ελέγχεται καθημερινά εκτελώντας την Ανάλυση MATLAB. Ένα απογοητευτικό μήνυμα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου θα αποστέλλεται καθημερινά μόλις το επίπεδο αλατιού φτάσει στο χαμηλό επίπεδο. Η ανάλυση MATLAB που χρησιμοποιείται σε αυτό το Εγχειρίδιο επισυνάπτεται παρακάτω. Θα χρειαστεί ενημέρωση με το δικό σας αναγνωριστικό καναλιού και ApiKey. Επίσης, το ελάχιστο επίπεδο αλατιού για τη δεξαμενή σας πρέπει να εισαχθεί στη δήλωση "εάν". Ας ελπίσουμε ότι αυτό παρέχει αρκετές λεπτομέρειες για τη λήψη μηνυμάτων ηλεκτρονικού ταχυδρομείου χωρίς να χρειάζεται να εμβαθύνουμε στις περιπλοκές της κωδικοποίησης ThingSpeak.