Μετρητής θερμοκρασίας νερού, αγωγιμότητας και στάθμης νερού σε πραγματικό χρόνο: 6 βήματα (με εικόνες)

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

Αυτές οι οδηγίες περιγράφουν τον τρόπο κατασκευής ενός μετρητή νερού χαμηλού κόστους, σε πραγματικό χρόνο, για την παρακολούθηση της θερμοκρασίας, την ηλεκτρική αγωγιμότητα (EC) και τα επίπεδα νερού σε σκαμμένα πηγάδια. Ο μετρητής έχει σχεδιαστεί για να κρέμεται μέσα σε ένα σκαμμένο πηγάδι, να μετρά τη θερμοκρασία του νερού, το EC και τη στάθμη του νερού μία φορά την ημέρα και να στέλνει τα δεδομένα μέσω WiFi ή κυψελοειδούς σύνδεσης στο Διαδίκτυο για άμεση προβολή και λήψη. Το κόστος για τα μέρη για την κατασκευή του μετρητή είναι περίπου $ 230 Can για την έκδοση WiFi και Can $ 330 για την κυψελοειδή έκδοση. Ο μετρητής νερού φαίνεται στο σχήμα 1. Μια πλήρης έκθεση με οδηγίες κατασκευής, λίστα εξαρτημάτων, συμβουλές για την κατασκευή και τη λειτουργία του μετρητή και τον τρόπο εγκατάστασης του μετρητή σε πηγάδι νερού παρέχεται στο συνημμένο αρχείο (EC Meter Instructions.pdf) Το Μια προηγουμένως δημοσιευμένη έκδοση αυτού του μετρητή νερού είναι διαθέσιμη μόνο για την παρακολούθηση της στάθμης του νερού (https://www.instructables.com/id/A-Real-Time-Well-…).

Ο μετρητής χρησιμοποιεί τρεις αισθητήρες: 1) έναν υπερηχητικό αισθητήρα για τη μέτρηση του βάθους στο νερό στο πηγάδι. 2) ένα αδιάβροχο θερμόμετρο για τη μέτρηση της θερμοκρασίας του νερού και 3) ένα κοινό οικιακό βύσμα με δύο άκρα, το οποίο χρησιμοποιείται ως αισθητήρας EC χαμηλού κόστους για τη μέτρηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του νερού. Ο αισθητήρας υπερήχων είναι προσαρτημένος απευθείας στη θήκη του μετρητή, η οποία κρέμεται στο πάνω μέρος του φρεατίου και μετρά την απόσταση μεταξύ του αισθητήρα και της στάθμης του νερού στο πηγάδι. ο αισθητήρας υπερήχων δεν είναι σε άμεση επαφή με το νερό στο πηγάδι. Οι αισθητήρες θερμοκρασίας και EC πρέπει να βυθίζονται κάτω από το νερό. αυτοί οι δύο αισθητήρες είναι προσαρτημένοι στη θήκη του μετρητή με ένα καλώδιο αρκετά μακρύ για να επιτρέπουν στους αισθητήρες να εκτείνονται κάτω από τη στάθμη του νερού.

Οι αισθητήρες είναι προσαρτημένοι σε μια συσκευή Internet-of-Things (IoT) που συνδέεται σε WiFi ή κυψελοειδές δίκτυο και στέλνει τα δεδομένα νερού σε μια υπηρεσία ιστού που πρέπει να γραφτούν. Η διαδικτυακή υπηρεσία που χρησιμοποιείται σε αυτό το έργο είναι η ThingSpeak.com (https://thingspeak.com/), η οποία είναι δωρεάν για χρήση σε μη εμπορικά μικρά έργα (λιγότερα από 8, 200 μηνύματα/ημέρα). Για να λειτουργήσει η έκδοση WiFi του μετρητή, πρέπει να βρίσκεται κοντά σε δίκτυο WiFi. Τα οικιακά πηγάδια νερού πληρούν συχνά αυτήν την προϋπόθεση επειδή βρίσκονται κοντά σε ένα σπίτι με WiFi. Ο μετρητής δεν περιλαμβάνει καταγραφέα δεδομένων, αλλά στέλνει τα δεδομένα νερού στο ThingSpeak όπου είναι αποθηκευμένα στο σύννεφο. Επομένως, εάν υπάρχει πρόβλημα μετάδοσης δεδομένων (π.χ. κατά τη διακοπή του Διαδικτύου) τα δεδομένα νερού για εκείνη την ημέρα δεν μεταδίδονται και χάνονται οριστικά.

Ο σχεδιασμός του μετρητή που παρουσιάζεται εδώ τροποποιήθηκε μετά από έναν μετρητή που έγινε για τη μέτρηση της στάθμης του νερού σε μια οικιακή δεξαμενή νερού και την αναφορά της στάθμης του νερού μέσω Twitter (https://www.instructables.com/id/Wi-Fi-Twitter-Wat…). Οι κύριες διαφορές μεταξύ του αρχικού σχεδίου και του σχεδίου που παρουσιάζεται εδώ είναι η δυνατότητα λειτουργίας του μετρητή σε μπαταρίες ΑΑ αντί για ενσύρματο τροφοδοτικό, η δυνατότητα προβολής των δεδομένων σε γραφήματα χρονικών σειρών αντί για μήνυμα Twitter, η χρήση έναν αισθητήρα υπερήχων που έχει σχεδιαστεί ειδικά για τη μέτρηση της στάθμης του νερού και την προσθήκη αισθητήρων θερμοκρασίας και EC.

Ο χαμηλού κόστους, εξατομικευμένος αισθητήρας EC, ο οποίος κατασκευάζεται με ένα κοινό οικιακό βύσμα, βασίστηκε σε έναν σχεδιασμό αισθητήρα για τη μέτρηση των συγκεντρώσεων λιπασμάτων σε μια λειτουργία υδροπονίας ή υδροπονίας (https://hackaday.io/project/7008-fly -wars-a-hacker…). Οι μετρήσεις αγωγιμότητας από τον αισθητήρα EC αντισταθμίζονται με τη χρήση των δεδομένων θερμοκρασίας που παρέχονται από τον αισθητήρα θερμοκρασίας νερού. Ο προσαρμοσμένος αισθητήρας EC βασίζεται σε ένα απλό ηλεκτρικό κύκλωμα (διαχωριστής τάσης DC) το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο για σχετικά γρήγορες, διακριτές μετρήσεις αγωγιμότητας (δηλαδή όχι για συνεχείς μετρήσεις EC). Μετρήσεις αγωγιμότητας με αυτό το σχέδιο μπορούν να ληφθούν περίπου κάθε πέντε δευτερόλεπτα. Επειδή αυτό το κύκλωμα χρησιμοποιεί ρεύμα DC και όχι ρεύμα AC, η λήψη μετρήσεων αγωγιμότητας σε διαστήματα μικρότερα των πέντε δευτερολέπτων μπορεί να προκαλέσει πόλωση των ιόντων στο νερό, οδηγώντας σε ανακριβείς ενδείξεις. Ο εξατομικευμένος αισθητήρας EC δοκιμάστηκε έναντι ενός εμπορικού μετρητή EC (YSI EcoSense pH/EC 1030A) και βρέθηκε ότι μετράει την αγωγιμότητα εντός περίπου 10% του εμπορικού μετρητή για διαλύματα που βρίσκονται εντός ± 500 uS/cm από την τιμή βαθμονόμησης του αισθητήρα Ε Εάν είναι επιθυμητό, ο χαμηλού κόστους εξατομικευμένος αισθητήρας EC μπορεί να αντικατασταθεί με έναν εμπορικό καθετήρα, όπως τον αισθητήρα αγωγιμότητας Atlas Scientific (https://atlas-scientific.com/probes/conductivity-p…).

Ο μετρητής νερού σε αυτήν την έκθεση σχεδιάστηκε και δοκιμάστηκε για μεγάλης διαμέτρου (0,9 m εσωτερικής διαμέτρου) που εκσκάφηκαν φρεάτια με μικρό βάθος νερού (λιγότερο από 10 m κάτω από την επιφάνεια του εδάφους). Ωστόσο, θα μπορούσε δυνητικά να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της στάθμης του νερού σε άλλες καταστάσεις, όπως πηγάδια περιβαλλοντικής παρακολούθησης, γεωτρήσεις και επιφανειακά υδάτινα σώματα.

Οδηγίες βήμα προς βήμα για την κατασκευή του μετρητή νερού παρέχονται παρακάτω. Συνιστάται ο κατασκευαστής να διαβάσει όλα τα βήματα κατασκευής πριν ξεκινήσει η διαδικασία κατασκευής του μετρητή. Η συσκευή IoT που χρησιμοποιείται σε αυτό το έργο είναι Parton Photon και επομένως στις ακόλουθες ενότητες οι όροι "συσκευή IoT" και "Photon" χρησιμοποιούνται εναλλακτικά.

Προμήθειες

Πίνακας 1: Λίστα μερών

Ηλεκτρονικά μέρη:

Αισθητήρας στάθμης νερού - MaxBotix MB7389 (εμβέλεια 5μ)

Αδιάβροχος ψηφιακός αισθητήρας θερμοκρασίας

Συσκευή IoT - Particle Photon με κεφαλίδες

Κεραία (κεραία εγκατεστημένη μέσα στη θήκη του μετρητή) - 2,4 GHz, 6dBi, IPEX ή u. FL υποδοχή, μήκους 170 mm

Επέκταση καλωδίου για την κατασκευή του αισθητήρα αγωγιμότητας - 2 ακροδέκτες, κοινό εξωτερικό καλώδιο, μήκους 5 m

Σύρμα που χρησιμοποιείται για την επέκταση του αισθητήρα θερμοκρασίας, 4 αγωγούς, μήκους 5 m

Σύρμα - καλώδιο βραχυκυκλωτήρα με συνδετήρες ώθησης (μήκος 300 mm)

Μπαταρία - 4 Χ AA

Μπαταρίες - 4 Χ AA

Υδραυλικά και ανταλλακτικά υλικού:

Σωλήνας - ABS, διάμετρος 50 mm (2 ίντσες), μήκος 125 mm

Πάνω καπάκι, ABS, 50 mm (2 ίντσες), με σπείρωμα με παρέμβυσμα για να κάνει μια στεγανή σφράγιση

Κάτω καπάκι, PVC, 50 mm (2 ίντσες) με θηλυκό σπείρωμα NPT ¾ ίντσας για να ταιριάζει στον αισθητήρα

2 Συζεύκτες σωλήνων, ABS, 50 mm (2 ίντσες) για σύνδεση του άνω και του κάτω καλύμματος με τον σωλήνα ABS

Βίδα ματιών και 2 παξιμάδια, από ανοξείδωτο ατσάλι (1/4 ίντσα) για να κάνετε κρεμάστρα στο πάνω καπάκι

Άλλα υλικά: ηλεκτρική ταινία, ταινία τεφλόν, θερμική συρρίκνωση, μπουκάλι χάπι για κατασκευή καλύμματος αισθητήρα EC, συγκόλληση, σιλικόνη, κόλλα για τη συναρμολόγηση θήκης

Βήμα 1: Συναρμολογήστε τη θήκη του μετρητή

Συναρμολογήστε τη θήκη του μετρητή όπως φαίνεται στα σχήματα 1 και 2 παραπάνω. Το συνολικό μήκος του συναρμολογημένου μετρητή, από άκρη σε άκρη συμπεριλαμβανομένου του αισθητήρα και του κοχλία ματιού, είναι περίπου 320 mm. Ο σωλήνας ABS διαμέτρου 50 mm που χρησιμοποιείται για την κατασκευή της θήκης του μετρητή πρέπει να κοπεί σε μήκος περίπου 125 mm. Αυτό επιτρέπει επαρκή χώρο μέσα στη θήκη για να στεγάσει τη συσκευή IoT, τη μπαταρία και μια εσωτερική κεραία μήκους 170 mm.

Σφραγίστε όλες τις αρθρώσεις με σιλικόνη ή κόλλα ABS για να κάνετε τη θήκη στεγανή. Αυτό είναι πολύ σημαντικό, διαφορετικά η υγρασία μπορεί να μπει μέσα στη θήκη και να καταστρέψει τα εσωτερικά εξαρτήματα. Μια μικρή συσκευασία ξηραντικού μπορεί να τοποθετηθεί μέσα στη θήκη για να απορροφήσει την υγρασία.

Τοποθετήστε ένα μπουλόνι ματιού στο επάνω καπάκι ανοίγοντας μια τρύπα και εισάγοντας το μπουλόνι και το παξιμάδι. Ένα παξιμάδι πρέπει να χρησιμοποιείται τόσο στο εσωτερικό όσο και στο εξωτερικό της θήκης για να στερεώσει το μπουλόνι του ματιού. Πυρίτιο στο εσωτερικό του πώματος στην οπή του μπουλονιού για να γίνει στεγανό.

Βήμα 2: Συνδέστε καλώδια σε αισθητήρες

Αισθητήρας στάθμης νερού:

Τρία καλώδια (βλέπε σχήμα 3α) πρέπει να συγκολληθούν στον αισθητήρα στάθμης νερού για να το συνδέσουν στο Photon (δηλαδή οι ακίδες αισθητήρα GND, V+και Pin 2). Η συγκόλληση των καλωδίων στον αισθητήρα μπορεί να είναι δύσκολη επειδή οι οπές σύνδεσης στον αισθητήρα είναι μικρές και κοντά μεταξύ τους. Είναι πολύ σημαντικό τα καλώδια να συγκολλούνται σωστά στον αισθητήρα, ώστε να υπάρχει καλή, ισχυρή φυσική και ηλεκτρική σύνδεση και να μην υπάρχουν τόξα συγκόλλησης μεταξύ γειτονικών καλωδίων. Ο καλός φωτισμός και ένας μεγεθυντικός φακός βοηθούν στη διαδικασία συγκόλλησης. Για όσους δεν έχουν προηγούμενη εμπειρία συγκόλλησης, συνιστάται κάποια πρακτική συγκόλληση πριν από τη συγκόλληση των καλωδίων στον αισθητήρα. Ένα διαδικτυακό σεμινάριο για τον τρόπο συγκόλλησης είναι διαθέσιμο από την SparkFun Electronics (https://learn.sparkfun.com/tutorials/how-to-solder…).

Αφού τα σύρματα συγκολληθούν στον αισθητήρα, τυχόν περίσσεια γυμνού σύρματος που βγαίνει από τον αισθητήρα μπορεί να κοπεί με κοπτικά σύρματος σε μήκος περίπου 2 mm. Συνιστάται οι αρμοί συγκόλλησης να καλύπτονται με ένα παχύ σφαιρίδιο πυριτίου. Αυτό δίνει στις συνδέσεις περισσότερη αντοχή και μειώνει την πιθανότητα διάβρωσης και ηλεκτρικών προβλημάτων στις συνδέσεις των αισθητήρων εάν εισέλθει υγρασία στη θήκη του μετρητή. Η ηλεκτρική ταινία μπορεί επίσης να τυλιχτεί γύρω από τα τρία σύρματα στη σύνδεση του αισθητήρα για να παρέχει πρόσθετη προστασία και ανακούφιση από την καταπόνηση, μειώνοντας την πιθανότητα να σπάσουν τα καλώδια στις αρθρώσεις συγκόλλησης.

Τα καλώδια αισθητήρων μπορούν να έχουν συνδετήρες τύπου push (σε σχήμα 3β) στο ένα άκρο για να προσαρτηθούν στο Photon. Η χρήση συνδετήρων ώθησης διευκολύνει τη συναρμολόγηση και την αποσυναρμολόγηση του μετρητή. Τα καλώδια των αισθητήρων πρέπει να έχουν μήκος τουλάχιστον 270 mm, ώστε να μπορούν να επεκτείνουν όλο το μήκος της θήκης του μετρητή. Αυτό το μήκος θα επιτρέψει στο Photon να συνδεθεί από το πάνω άκρο της θήκης με τον αισθητήρα στη θέση του στο κάτω άκρο της θήκης. Σημειώστε ότι αυτό το συνιστώμενο μήκος σύρματος προϋποθέτει ότι ο σωλήνας ABS που χρησιμοποιείται για την κατασκευή της θήκης του μετρητή κόβεται σε μήκος 125 mm. Επιβεβαιώστε εκ των προτέρων το κόψιμο και τη συγκόλληση των καλωδίων στον αισθητήρα ότι ένα μήκος καλωδίου 270 mm είναι αρκετό για να επεκταθεί πέρα από την κορυφή της θήκης του μετρητή, έτσι ώστε το Photon να μπορεί να συνδεθεί μετά τη συναρμολόγηση της θήκης και τη σύνδεση του αισθητήρα η υπόθεση.

Ο αισθητήρας στάθμης νερού μπορεί τώρα να συνδεθεί στη θήκη του μετρητή. Θα πρέπει να βιδωθεί σφιχτά στο κάτω καπάκι, χρησιμοποιώντας ταινία τεφλόν για να εξασφαλίσετε μια στεγανή σφράγιση.

Αισθητήρας θερμοκρασίας:

Ο αδιάβροχος αισθητήρας θερμοκρασίας DS18B20 έχει τρία καλώδια (Εικ. 4), τα οποία συνήθως έχουν χρώμα κόκκινο (V+), μαύρο (GND) και κίτρινο (δεδομένα). Αυτοί οι αισθητήρες θερμοκρασίας τυπικά συνοδεύονται από ένα σχετικά κοντό καλώδιο, μήκους μικρότερου των 2 m, το οποίο δεν είναι αρκετά μεγάλο για να επιτρέψει στον αισθητήρα να φτάσει στη στάθμη του νερού στο πηγάδι. Επομένως, το καλώδιο του αισθητήρα πρέπει να επεκταθεί με αδιάβροχο καλώδιο και να συνδεθεί με το καλώδιο του αισθητήρα με αδιάβροχη συναρμογή. Αυτό μπορεί να γίνει με επίστρωση των συνδέσεων συγκόλλησης με πυρίτιο, ακολουθούμενη από θερμική συρρίκνωση. Οδηγίες για την κατασκευή αδιάβροχης σύνδεσης παρέχονται εδώ: https://www.maxbotix.com/Tutorials/133.htm. Το καλώδιο επέκτασης μπορεί να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας κοινή εξωτερική τηλεφωνική γραμμή επέκτασης, η οποία έχει τέσσερις αγωγούς και είναι άμεσα διαθέσιμη για αγορά μέσω διαδικτύου με χαμηλό κόστος. Το καλώδιο πρέπει να είναι αρκετά μεγάλο ώστε ο αισθητήρας θερμοκρασίας να μπορεί να εκτείνεται από τη θήκη του μετρητή και να βυθίζεται κάτω από το νερό στο πηγάδι, συμπεριλαμβανομένου του επιδόματος για πτώση της στάθμης του νερού.

Για να λειτουργήσει ο αισθητήρας θερμοκρασίας, πρέπει να συνδεθεί μια αντίσταση μεταξύ των κόκκινων (V+) και κίτρινων (δεδομένων) καλωδίων του αισθητήρα. Η αντίσταση μπορεί να εγκατασταθεί μέσα στη θήκη του μετρητή απευθείας στις ακίδες του Φωτονίου όπου συνδέονται τα καλώδια του αισθητήρα θερμοκρασίας, όπως παρατίθεται παρακάτω στον Πίνακα 2. Η τιμή της αντίστασης είναι εύκαμπτη. Για αυτό το έργο, χρησιμοποιήθηκε μια αντίσταση 2,2 kOhm, ωστόσο, οποιαδήποτε τιμή μεταξύ 2,2 kOhm και 4,7 kOhm θα λειτουργήσει. Ο αισθητήρας θερμοκρασίας απαιτεί επίσης ειδικό κωδικό για να λειτουργήσει. Ο κωδικός αισθητήρα θερμοκρασίας θα προστεθεί αργότερα, όπως περιγράφεται στην Ενότητα 3.4 (Ρύθμιση λογισμικού). Περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη σύνδεση αισθητήρα θερμοκρασίας σε Photon μπορείτε να βρείτε στο σεμινάριο εδώ:

Το καλώδιο για τον αισθητήρα θερμοκρασίας πρέπει να εισαχθεί μέσω της θήκης του μετρητή, ώστε να μπορεί να προσαρτηθεί στο Photon. Το καλώδιο πρέπει να εισαχθεί μέσω του πυθμένα της θήκης διανοίγοντας μια τρύπα στο κάτω καπάκι της θήκης (Εικ. 5). Η ίδια οπή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εισαγωγή του καλωδίου του αισθητήρα αγωγιμότητας, όπως περιγράφεται στην Ενότητα 3.2.3. Μετά την εισαγωγή του καλωδίου, η οπή πρέπει να σφραγιστεί καλά με πυρίτιο για να αποφευχθεί η είσοδος υγρασίας στη θήκη.

Αισθητήρας αγωγιμότητας:

Ο αισθητήρας EC που χρησιμοποιείται σε αυτό το έργο είναι κατασκευασμένος από ένα τυπικό ηλεκτρικό βύσμα τύπου Α της Βόρειας Αμερικής τύπου 2, τοποθετημένο μέσα από ένα πλαστικό "μπουκάλι χάπι" για τον έλεγχο των "εφέ τοίχου" (Εικ. 6). Τα εφέ τοίχου μπορούν να επηρεάσουν τις ενδείξεις αγωγιμότητας όταν ο αισθητήρας βρίσκεται σε απόσταση περίπου 40 mm από ένα άλλο αντικείμενο. Η προσθήκη της φιάλης του χαπιού ως προστατευτική θήκη γύρω από τον αισθητήρα θα ελέγξει τα εφέ του τοίχου εάν ο αισθητήρας βρίσκεται σε στενή επαφή με την πλευρά του φρεατίου νερού ή άλλο αντικείμενο στο πηγάδι. Μέσα στο καπάκι της φιάλης του χαπιού ανοίγεται μια τρύπα για να εισαχθεί το καλώδιο του αισθητήρα και το κάτω μέρος της φιάλης του χαπιού κόβεται έτσι ώστε το νερό να μπορεί να ρέει μέσα στη φιάλη και να έρχεται σε άμεση επαφή με τα βύσματα του βύσματος.

Ο αισθητήρας EC έχει δύο καλώδια, συμπεριλαμβανομένου ενός καλωδίου γείωσης και ενός καλωδίου δεδομένων. Δεν έχει σημασία ποιο βύσμα επιλέγετε να είναι το καλώδιο γείωσης και δεδομένων. Εάν χρησιμοποιείται αρκετά μακρύ καλώδιο επέκτασης για την κατασκευή του αισθητήρα EC, τότε το καλώδιο θα είναι αρκετά μακρύ για να φτάσει τη στάθμη του νερού στο πηγάδι και δεν θα χρειαστεί αδιάβροχη σύνδεση για την επέκταση του καλωδίου του αισθητήρα. Μια αντίσταση πρέπει να συνδεθεί μεταξύ του καλωδίου δεδομένων του αισθητήρα EC και ενός ακροδέκτη φωτονίου για να παρέχει ισχύ. Η αντίσταση μπορεί να εγκατασταθεί μέσα στη θήκη του μετρητή απευθείας στις ακίδες φωτονίων όπου συνδέονται τα καλώδια του αισθητήρα EC, όπως παρατίθεται παρακάτω στον πίνακα 2. Η τιμή της αντίστασης είναι εύκαμπτη. Για αυτό το έργο, χρησιμοποιήθηκε αντίσταση 1 kOhm. Ωστόσο, οποιαδήποτε τιμή μεταξύ 500 Ohm και 2,2 kOhm θα λειτουργήσει. Οι υψηλότερες τιμές αντίστασης είναι καλύτερες για τη μέτρηση διαλυμάτων χαμηλής αγωγιμότητας. Ο κωδικός που περιλαμβάνεται σε αυτές τις οδηγίες χρησιμοποιεί αντίσταση 1 kOhm. εάν χρησιμοποιείται διαφορετική αντίσταση, η τιμή της αντίστασης πρέπει να ρυθμιστεί στη γραμμή 133 του κώδικα.

Το καλώδιο για τον αισθητήρα EC πρέπει να εισαχθεί μέσω της θήκης του μετρητή, ώστε να μπορεί να προσαρτηθεί στο Photon. Το καλώδιο πρέπει να εισαχθεί μέσω του πυθμένα της θήκης διανοίγοντας μια τρύπα στο κάτω καπάκι της θήκης (Εικ. 5). Η ίδια οπή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εισαγωγή του καλωδίου του αισθητήρα θερμοκρασίας. Μετά την εισαγωγή του καλωδίου, η οπή πρέπει να σφραγιστεί καλά με πυρίτιο για να αποφευχθεί η είσοδος υγρασίας στη θήκη.

Ο αισθητήρας EC πρέπει να βαθμονομηθεί χρησιμοποιώντας έναν εμπορικό μετρητή EC. Η διαδικασία βαθμονόμησης γίνεται στο πεδίο, όπως περιγράφεται στην Ενότητα 5.2 (Διαδικασία ρύθμισης πεδίου) της συνημμένης έκθεσης (EC Meter Instructions.pdf). Η βαθμονόμηση γίνεται για να προσδιοριστεί η σταθερά της κυψέλης για τον μετρητή EC. Η σταθερά κυψέλης εξαρτάται από τις ιδιότητες του αισθητήρα EC, συμπεριλαμβανομένου του τύπου μετάλλου από το οποίο κατασκευάζονται οι προεξοχές, της επιφάνειας των ακροδεκτών και της απόστασης μεταξύ των προεξοχών. Για ένα τυπικό βύσμα τύπου Α όπως αυτό που χρησιμοποιήθηκε σε αυτό το έργο, η σταθερά κελιού είναι περίπου 0,3. Περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη θεωρία και τη μέτρηση της αγωγιμότητας είναι διαθέσιμες εδώ: https://support.hach.com/ci/okcsFattach/get/100253… και εδώ:

Βήμα 3: Συνδέστε αισθητήρες, πακέτο μπαταρίας και κεραία στη συσκευή IoT

Συνδέστε τους τρεις αισθητήρες, τη μπαταρία και την κεραία στο Photon (Εικ. 7) και τοποθετήστε όλα τα μέρη στη θήκη του μετρητή. Ο πίνακας 2 παρέχει μια λίστα με τις συνδέσεις ακίδων που φαίνονται στο σχήμα 7. Οι αισθητήρες και τα καλώδια της μπαταρίας μπορούν να συνδεθούν με συγκόλληση απευθείας στο Photon ή με συνδετήρες τύπου push που συνδέονται με τις ακίδες κεφαλίδας στην κάτω πλευρά του Photon (όπως φαίνεται στο Σχ. 2). Η χρήση συνδετήρων push-on διευκολύνει την αποσυναρμολόγηση του μετρητή ή την αντικατάσταση του Photon εάν αποτύχει. Η σύνδεση κεραίας στο Photon απαιτεί ένα σύνδεσμο τύπου u. FL (Εικ. 7) και πρέπει να σπρωχτεί πολύ σταθερά πάνω στο Photon για να γίνει η σύνδεση. Μην τοποθετείτε τις μπαταρίες στη μπαταρία μέχρι ο μετρητής να είναι έτοιμος για δοκιμή ή εγκατάσταση σε πηγάδι. Δεν υπάρχει διακόπτης on/off που περιλαμβάνεται σε αυτό το σχέδιο, οπότε ο μετρητής ενεργοποιείται και απενεργοποιείται εγκαθιστώντας και αφαιρώντας τις μπαταρίες.

Πίνακας 2: Λίστα συνδέσεων pin στη συσκευή IoT (Parton Photon):

Ακροδέκτης φωτονίου D2 - σύνδεση με - Πείρο αισθητήρα WL 6, V+ (κόκκινο σύρμα)

Καρφίτσα φωτονίου D3 - σύνδεση με - Πείρος αισθητήρα WL 2, δεδομένα (καφέ σύρμα)

Καρφίτσα φωτονίου GND - σύνδεση με - Καρφίτσα αισθητήρα WL 7, GND (μαύρο σύρμα)

Καρφίτσα φωτονίου D5 - σύνδεση με - Αισθητήρας θερμοκρασίας, δεδομένα (κίτρινο σύρμα)

Καρφίτσα φωτονίου D6 - σύνδεση με - Αισθητήρας θερμοκρασίας, V+ (κόκκινο σύρμα)

Καρφίτσα φωτονίου A4 - σύνδεση με - Αισθητήρας θερμοκρασίας, GND (μαύρο καλώδιο)

Καρφίτσα φωτονίου D5 σε D6 - Αισθητήρας θερμοκρασίας, αντίσταση R1 (συνδέστε μια αντίσταση 2,2k μεταξύ των ακίδων φωτονίου D5 και D6)

Ακίδα φωτονίου A0 - σύνδεση με - αισθητήρα EC, δεδομένα

Καρφίτσα φωτονίου A1 - σύνδεση με - αισθητήρα EC, GND

Ακροδέκτης φωτονίου A2 σε A0 - αισθητήρας EC, αντίσταση R2 (συνδέστε μια αντίσταση 1k μεταξύ των ακίδων φωτονίου A0 και A2)

Καρφίτσα Photon VIN - σύνδεση με - Μπαταρία, V+ (κόκκινο σύρμα)

Καρφίτσα φωτονίου GND - σύνδεση με - Μπαταρία, GND (μαύρο καλώδιο)

Photon u. FL pin - connect to - Antenna

Βήμα 4: Ρύθμιση λογισμικού

Πέντε βασικά βήματα απαιτούνται για τη ρύθμιση του λογισμικού για τον μετρητή:

1. Δημιουργήστε έναν λογαριασμό σωματιδίων που θα παρέχει μια διαδικτυακή διεπαφή με το Photon. Για να το κάνετε αυτό, κάντε λήψη της εφαρμογής Particle για κινητά σε ένα smartphone: https://docs.particle.io/quickstart/photon/. Αφού εγκαταστήσετε την εφαρμογή, δημιουργήστε έναν λογαριασμό Particle και ακολουθήστε τις διαδικτυακές οδηγίες για να προσθέσετε το Photon στο λογαριασμό. Λάβετε υπόψη ότι τυχόν επιπλέον Photons μπορούν να προστεθούν στον ίδιο λογαριασμό χωρίς να χρειάζεται να κάνετε λήψη της εφαρμογής Particle και να δημιουργήσετε ξανά λογαριασμό.

2. Δημιουργήστε έναν λογαριασμό ThingSpeak https://thingspeak.com/login και δημιουργήστε ένα νέο κανάλι για την εμφάνιση των δεδομένων στάθμης νερού. Ένα παράδειγμα ιστοσελίδας ThingSpeak για μετρητή νερού φαίνεται στο σχήμα 8, το οποίο μπορείτε επίσης να δείτε εδώ: https://thingspeak.com/channels/316660 Οι οδηγίες για τη δημιουργία ενός καναλιού ThingSpeak παρέχονται στη διεύθυνση: https:// docs.particle.io/tutorials/device-cloud/we… Σημειώστε ότι επιπλέον κανάλια για άλλα Photons μπορούν να προστεθούν στον ίδιο λογαριασμό χωρίς να χρειάζεται να δημιουργήσετε έναν άλλο λογαριασμό ThingSpeak.

3. Απαιτείται ένα "webhook" για να περάσουν δεδομένα στάθμης νερού από το Photon στο κανάλι ThingSpeak. Οδηγίες για τη ρύθμιση ενός webhook παρέχονται στο Παράρτημα Β της συνημμένης αναφοράς (EC Meter Instructions.pdf) Εάν κατασκευάζονται περισσότεροι από έναν μετρητές νερού, πρέπει να δημιουργηθεί ένα νέο webhook με μοναδικό όνομα για κάθε επιπλέον Photon.

4. Το webhook που δημιουργήθηκε στο παραπάνω βήμα πρέπει να εισαχθεί στον κώδικα που λειτουργεί το Photon. Ο κωδικός για την έκδοση WiFi του μετρητή στάθμης νερού παρέχεται στο συνημμένο αρχείο (Code1_WiFi_Version_ECMeter.txt). Σε υπολογιστή, μεταβείτε στην ιστοσελίδα Particle https://thingspeak.com/login συνδεθείτε στον λογαριασμό Particle και μεταβείτε στη διεπαφή εφαρμογής Particle. Αντιγράψτε τον κώδικα και χρησιμοποιήστε τον για να δημιουργήσετε μια νέα εφαρμογή στη διεπαφή εφαρμογής Particle. Εισαγάγετε το όνομα του webhook που δημιουργήθηκε παραπάνω στη γραμμή 154 του κώδικα. Για να το κάνετε αυτό, διαγράψτε το κείμενο μέσα στα εισαγωγικά και εισαγάγετε το νέο όνομα webhook μέσα στα εισαγωγικά στη γραμμή 154, το οποίο έχει ως εξής: Particle.publish ("Insert_Webhook_Name_Inside_These_Quotes".

5. Ο κωδικός μπορεί τώρα να επαληθευτεί, να αποθηκευτεί και να εγκατασταθεί στο Photon. Όταν ο κωδικός επαληθευτεί, θα επιστρέψει ένα σφάλμα που λέει "OneWire.h: Δεν υπάρχει τέτοιο αρχείο ή κατάλογος". Το OneWire είναι ο κωδικός βιβλιοθήκης που εκτελεί τον αισθητήρα θερμοκρασίας. Αυτό το σφάλμα πρέπει να διορθωθεί εγκαθιστώντας τον κωδικό OneWire από τη βιβλιοθήκη σωματιδίων. Για να το κάνετε αυτό, μεταβείτε στη διεπαφή Particle App με τον κωδικό που εμφανίζεται και μετακινηθείτε προς τα κάτω στο εικονίδιο Βιβλιοθήκες στην αριστερή πλευρά της οθόνης (βρίσκεται ακριβώς πάνω από το εικονίδιο του ερωτηματικού). Κάντε κλικ στο εικονίδιο Βιβλιοθήκες και αναζητήστε το OneWire. Επιλέξτε OneWire και κάντε κλικ στην επιλογή "Συμπερίληψη στο έργο". Επιλέξτε το όνομα της εφαρμογής σας από τη λίστα, κάντε κλικ στην επιλογή "Επιβεβαίωση" και, στη συνέχεια, αποθηκεύστε την εφαρμογή. Αυτό θα προσθέσει τρεις νέες γραμμές στο επάνω μέρος του κώδικα. Αυτές οι τρεις νέες γραμμές μπορούν να διαγραφούν χωρίς να επηρεαστεί ο κώδικας. Συνιστάται να διαγράψετε αυτές τις τρεις γραμμές, έτσι ώστε οι αριθμοί γραμμών κώδικα να ταιριάζουν με τις οδηγίες σε αυτό το έγγραφο. Εάν οι τρεις γραμμές παραμείνουν στη θέση τους, τότε όλοι οι αριθμοί γραμμών κωδικού που συζητούνται σε αυτό το έγγραφο θα προωθηθούν κατά τρεις γραμμές. Σημειώστε ότι ο κώδικας αποθηκεύεται και εγκαθίσταται στο Photon από το cloud. Αυτός ο κωδικός θα χρησιμοποιηθεί για τη λειτουργία του μετρητή νερού όταν βρίσκεται στο πηγάδι νερού. Κατά την εγκατάσταση στο πεδίο, θα πρέπει να γίνουν κάποιες αλλαγές στον κώδικα για να ορίσετε τη συχνότητα αναφοράς μία φορά την ημέρα και να προσθέσετε πληροφορίες για το πηγάδι νερού (αυτό περιγράφεται στο συνημμένο αρχείο "EC Meter Instructions.pdf" στην ενότητα με τίτλο "Εγκατάσταση του μετρητή σε πηγάδι νερού").

Βήμα 5: Δοκιμάστε το μετρητή

Η κατασκευή του μετρητή και η εγκατάσταση λογισμικού έχουν πλέον ολοκληρωθεί. Σε αυτό το σημείο συνιστάται ο έλεγχος του μετρητή. Πρέπει να ολοκληρωθούν δύο δοκιμές. Η πρώτη δοκιμή χρησιμοποιείται για να επιβεβαιώσει ότι ο μετρητής μπορεί να μετρήσει σωστά τα επίπεδα νερού, τις τιμές EC και τη θερμοκρασία και να στείλει τα δεδομένα στο ThingSpeak. Η δεύτερη δοκιμή χρησιμοποιείται για να επιβεβαιώσει ότι η κατανάλωση ενέργειας του Photon είναι εντός του αναμενόμενου εύρους. Αυτή η δεύτερη δοκιμή είναι χρήσιμη επειδή οι μπαταρίες θα αποτύχουν νωρίτερα από το αναμενόμενο εάν το Photon χρησιμοποιεί υπερβολική ισχύ.

Για λόγους δοκιμής, ο κώδικας έχει ρυθμιστεί ώστε να μετρά και να αναφέρει τα επίπεδα νερού κάθε δύο λεπτά. Αυτή είναι μια πρακτική χρονική περίοδος για να περιμένετε μεταξύ των μετρήσεων ενώ ο μετρητής δοκιμάζεται. Εάν επιθυμείτε διαφορετική συχνότητα μέτρησης, αλλάξτε τη μεταβλητή που ονομάζεται MeasureTime στη γραμμή 19 του κώδικα στην επιθυμητή συχνότητα μέτρησης. Η συχνότητα μέτρησης εισάγεται σε δευτερόλεπτα (δηλαδή 120 δευτερόλεπτα ισοδυναμούν με δύο λεπτά).

Η πρώτη δοκιμή μπορεί να γίνει στο γραφείο κρεμώντας τον μετρητή πάνω από το πάτωμα, ενεργοποιώντας τον και ελέγχοντας ότι το κανάλι ThingSpeak αναφέρει με ακρίβεια την απόσταση μεταξύ του αισθητήρα και του δαπέδου. Σε αυτό το σενάριο δοκιμής, ο παλμός υπερήχων αντανακλάται από το πάτωμα, το οποίο χρησιμοποιείται για την προσομοίωση της επιφάνειας του νερού στο πηγάδι. Οι αισθητήρες EC και θερμοκρασίας μπορούν να τοποθετηθούν σε ένα δοχείο νερού γνωστής θερμοκρασίας και αγωγιμότητας (δηλαδή όπως μετράται από έναν εμπορικό μετρητή EC) για να επιβεβαιωθεί ότι οι αισθητήρες αναφέρουν τις σωστές τιμές στο κανάλι ThingSpeak.

Για τη δεύτερη δοκιμή, θα πρέπει να μετρηθεί το ηλεκτρικό ρεύμα μεταξύ της μπαταρίας και του Photon για να επιβεβαιωθεί ότι ταιριάζει με τις προδιαγραφές στο φύλλο δεδομένων του Photon: https://docs.particle.io/datasheets/wi-fi/photon-d… Η εμπειρία έχει δείξει ότι αυτή η δοκιμή βοηθά στον εντοπισμό ελαττωματικών συσκευών IoT πριν αναπτυχθούν στο πεδίο. Μετρήστε το ρεύμα τοποθετώντας έναν μετρητή ρεύματος μεταξύ του θετικού καλωδίου V+ (κόκκινο σύρμα) στη μπαταρία και του πείρου VIN στο Photon. Το ρεύμα πρέπει να μετριέται τόσο σε κατάσταση λειτουργίας όσο και σε κατάσταση βαθιάς αναστολής. Για να το κάνετε αυτό, ενεργοποιήστε το Photon και θα ξεκινήσει σε λειτουργία (όπως υποδεικνύεται από τη λυχνία LED στο Photon που μετατρέπει σε κυανό χρώμα), η οποία λειτουργεί για περίπου 20 δευτερόλεπτα. Χρησιμοποιήστε τον τρέχοντα μετρητή για να παρατηρήσετε το ρεύμα λειτουργίας κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Στη συνέχεια, το Photon θα μεταβεί αυτόματα σε κατάσταση βαθύ ύπνου για δύο λεπτά (όπως υποδεικνύεται από το LED στο σβήσιμο του Photon). Χρησιμοποιήστε τον τρέχον μετρητή για να παρατηρήσετε το ρεύμα βαθιάς αναστολής αυτή τη στιγμή. Το ρεύμα λειτουργίας πρέπει να είναι μεταξύ 80 και 100 mA και το ρεύμα βαθιάς αναστολής πρέπει να είναι μεταξύ 80 και 100 μA. Εάν το ρεύμα είναι υψηλότερο από αυτές τις τιμές, το Photon πρέπει να αντικατασταθεί.

Ο μετρητής είναι τώρα έτοιμος για εγκατάσταση σε πηγάδι νερού (Εικ. 9). Οδηγίες σχετικά με τον τρόπο εγκατάστασης του μετρητή σε πηγάδι νερού, καθώς και συμβουλές κατασκευής και λειτουργίας του μετρητή, παρέχονται στο συνημμένο αρχείο (EC Meter Instructions.pdf).

Βήμα 6: Πώς να φτιάξετε μια κυψελοειδή έκδοση του μετρητή

Μια κυψελοειδής έκδοση του μετρητή νερού μπορεί να δημιουργηθεί κάνοντας τροποποιήσεις στη λίστα μερών, οδηγίες και κώδικα που περιγράφηκαν προηγουμένως. Η κυψελοειδής έκδοση δεν απαιτεί WiFi επειδή συνδέεται στο Διαδίκτυο μέσω κυψελοειδούς σήματος. Το κόστος των εξαρτημάτων για την κατασκευή της κυψελοειδούς έκδοσης του μετρητή είναι περίπου $ 330 Can (χωρίς φόρους και μεταφορικά), συν 4 $ περίπου το μήνα για το πρόγραμμα δεδομένων κινητής τηλεφωνίας που συνοδεύει τη συσκευή IoT κινητής τηλεφωνίας.

Ο κυτταρικός μετρητής χρησιμοποιεί τα ίδια μέρη και βήματα κατασκευής που αναφέρονται παραπάνω με τις ακόλουθες τροποποιήσεις:

• Αντικαταστήστε τη συσκευή WiFi IoT (Particle Photon) για μια κυψελοειδή συσκευή IoT (Particle Electron): https://store.particle.io/collections/cellular/pro… Κατά την κατασκευή του μετρητή, χρησιμοποιήστε τις ίδιες συνδέσεις καρφιτσών που περιγράφονται παραπάνω για Έκδοση WiFi του μετρητή στο βήμα 3.

• Η κυψελοειδής συσκευή IoT χρησιμοποιεί περισσότερη ισχύ από την έκδοση WiFi, και ως εκ τούτου προτείνονται δύο πηγές μπαταρίας: μια μπαταρία Li-Po 3.7V, η οποία συνοδεύει τη συσκευή IoT και μια μπαταρία με 4 μπαταρίες AA. Η μπαταρία 3.7V LiPo συνδέεται απευθείας στη συσκευή IoT με τις παρεχόμενες υποδοχές. Το πακέτο μπαταριών AA είναι προσαρτημένο στη συσκευή IoT με τον ίδιο τρόπο που περιγράφεται παραπάνω για την έκδοση WiFi του μετρητή στο Βήμα 3. Οι δοκιμές πεδίου έδειξαν ότι η κυψελοειδής έκδοση του μετρητή θα λειτουργεί για περίπου 9 μήνες χρησιμοποιώντας τη ρύθμιση της μπαταρίας που περιγράφεται παραπάνω Το Μια εναλλακτική λύση στη χρήση τόσο της μπαταρίας AA όσο και της μπαταρίας Li-Po 3.7 V 2000 mAh είναι η χρήση μιας μπαταρίας Li-Po 3.7V με υψηλότερη χωρητικότητα (π.χ. 4000 ή 5000 mAh).

• Μια εξωτερική κεραία πρέπει να είναι προσαρτημένη στον μετρητή, όπως: θα χρησιμοποιηθεί μετρητής Η κεραία που συνοδεύει την κυψελοειδή συσκευή IoT δεν είναι κατάλληλη για εξωτερική χρήση. Η εξωτερική κεραία μπορεί να συνδεθεί με ένα μακρύ καλώδιο (3 m) που επιτρέπει στην κεραία να στερεωθεί στο εξωτερικό του φρεατίου στην κεφαλή του φρεατίου (Εικ. 10). Συνιστάται το καλώδιο της κεραίας να εισάγεται στο κάτω μέρος της θήκης και να σφραγίζεται καλά με πυρίτιο για να αποφευχθεί η είσοδος υγρασίας (Εικ. 11). Συνιστάται καλής ποιότητας, αδιάβροχο, εξωτερικό ομοαξονικό καλώδιο επέκτασης.

• Η κινητή συσκευή IoT λειτουργεί με διαφορετικό κωδικό από την έκδοση WiFi του μετρητή. Ο κωδικός για την κυψελοειδή έκδοση του μετρητή παρέχεται στο συνημμένο αρχείο (Code2_Cellular_Version_ECMeter.txt).