Нақты уақыттағы су деңгейінің өлшегіші: 6 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:23

Бұл нұсқаулар қазылған ұңғымаларда пайдалану үшін төмен деңгейдегі, нақты уақыттағы су деңгейін өлшеуішті қалай жасау керектігін сипаттайды. Су деңгейін өлшейтін құрал қазылған ұңғыманың ішіне ілініп, су деңгейін тәулігіне бір рет өлшеуге және дереу қарау және жүктеу үшін деректерді WiFi немесе ұялы байланыс арқылы жіберуге арналған. Есептегішті құрастыруға арналған бөлшектердің құны WiFi нұсқасы үшін шамамен 200 доллар, ал ұялы нұсқа үшін 300 доллар. Есептегіш 1 -суретте көрсетілген. Құрылыстағы нұсқаулықтар, бөлшектер тізімі, есептегішті құруға және пайдалануға арналған кеңестер мен есептегішті су ұңғымасына қалай орнату туралы толық есеп қоса берілген файлда берілген (Су деңгейін өлшеу бойынша нұсқаулық.pdf). Су деңгейін өлшейтін құралдар Жаңа Шотландияда (Канада) су қоймаларының нақты уақыт режимінде бақыланатын аймақтық желісін құру үшін пайдаланылды: https://fletcher.novascotia.ca/DNRViewer/index.htm… Суды өлшейтін ұқсас есептегіш құруға арналған нұсқаулық. температура, өткізгіштік және су деңгейлері мына жерде:

Су деңгейін өлшеуіш ұңғымадағы судың тереңдігін өлшеу үшін ультрадыбыстық сенсорды қолданады. Сенсор WiFi-ге немесе ұялы желіге қосылатын және су деңгейі туралы деректерді графикалық веб-қызметке жіберетін Интернет-заттар (IoT) құрылғысына бекітілген. Бұл жобада пайдаланылатын веб-қызмет ThingSpeak.com болып табылады, оны коммерциялық емес шағын жобалар үшін пайдалануға болады (күніне 8 200 хабарламадан аз). Есептегіштің WiFi нұсқасы жұмыс істеуі үшін ол WiFi желісіне жақын орналасуы керек. Тұрмыстық су ұңғымалары бұл шартқа жиі сәйкес келеді, себебі олар WiFi бар үйге жақын орналасқан. Есептегіште деректерді тіркеуші жоқ, керісінше ол су деңгейі туралы ақпаратты ThingSpeak -ке жібереді, онда ол бұлтта сақталады. Сондықтан, егер деректерді беру мәселесі туындаса (мысалы, Интернеттің үзілуі кезінде), сол күнгі су деңгейі туралы деректер берілмейді және біржола жоғалады.

Есептегіш үлкен диаметрлі (ішкі диаметрі 0,9 м) су тереңдігі терең емес (жер бетінен 10 м төмен) қазылған ұңғымаларға арналған және сыналған. Дегенмен, ол қоршаған ортаны бақылау ұңғымалары, бұрғыланған ұңғымалар және жер үсті су объектілері сияқты басқа жағдайларда су деңгейін өлшеу үшін қолданылуы мүмкін.

Мұнда ұсынылған есептегіштің дизайны 2015 жылы Тим Осли жариялаған тұрмыстық су ыдысындағы су деңгейін өлшеуге және су деңгейі туралы есеп беруге арналған есептегіштен кейін өзгертілді: https://www.instructables.com/id/Wi -Fi-Twitter-Wa … Түпнұсқалық дизайн мен мұнда ұсынылған дизайнның негізгі айырмашылығы-есептегішті сымды қуат адаптерінің орнына АА батареяларымен жұмыс істеу мүмкіндігі, Twitter хабарламасының орнына деректерді уақыттық графикте қарау мүмкіндігі және пайдалану. ультрадыбыстық датчик, ол су деңгейін өлшеуге арналған.

Төменде су деңгейінің есептегішін құруға арналған қадамдық нұсқаулар берілген. Есептегіштің құрылысын бастамас бұрын құрылысшыға барлық құрылыс кезеңдерін оқып шығу ұсынылады. Бұл жобада қолданылатын IoT құрылғысы - бұл бөлшек фотоны, сондықтан келесі бөлімдерде «IoT құрылғысы» мен «фотон» терминдері бір -бірінің орнына қолданылады.

Жабдықтар

Электронды бөлшектер:

Сенсор - MaxBotix MB7389 (5м диапазоны)

IoT құрылғысы - Particle Photon тақырыбы бар

Антенна (есептегіш корпусының ішіне орнатылған ішкі антенна) - 2,4 ГГц, 6дБи, IPEX немесе u. FL қосқышы, ұзындығы 170 мм.

Батарея жинағы - 4 X AA

Сым - қосқыштары бар ұзындықтағы сым (ұзындығы 300 мм)

Батареялар - 4 X AA

Сантехникалық және аппараттық бөлшектер:

Құбыр - ABS, диаметрі 50 мм (2 дюйм), ұзындығы 125 мм

Жоғарғы қақпақ, ABS, 50 мм (2 дюйм), су өткізбейтін тығыздау үшін тығыздағышпен бұралған

Төменгі қақпақ, ПВХ, 50 мм (2 дюйм) сенсорға сәйкес келетін ¾ дюймдік әйелдік NPT жіппен

2 ABS құбыр қосқыштары, ABS, 50 мм (2 дюйм) ABS құбырына жоғарғы және төменгі қақпақты қосу үшін

Жоғарғы қақпақшаға ілгіш жасауға арналған болт пен 2 гайка, баспайтын болат (1/4 дюйм)

Басқа материалдар: электр таспасы, тефлон таспасы, дәнекерлеу, силикон, корпусты жинауға арналған желім

1 -қадам: Есептегіш корпусын жинаңыз

Есептегіш корпусын жоғарыдағы 1 және 2 -суретте көрсетілгендей жинаңыз. Жиналған есептегіштің жалпы ұзындығы, сенсор мен болтты қоса алғанда, ұшына дейін шамамен 320 мм. Есептегіш корпусын жасау үшін қолданылатын диаметрі 50 мм ABS құбыры шамамен 125 мм ұзындықта кесілуі керек. Бұл корпуста IoT құрылғысын, батарея жинағын және ұзындығы 170 мм ішкі антеннаны орналастыру үшін жеткілікті кеңістік береді.

Корпусты су өткізбейтін ету үшін барлық буындарды кремниймен немесе ABS желімімен тығыздаңыз. Бұл өте маңызды, әйтпесе ылғал корпустың ішіне кіріп, ішкі компоненттерді бұзуы мүмкін. Ылғал сіңіру үшін корпустың ішіне кішкене кептіргіш пакетін салуға болады.

Жоғарғы қақпақшаға бұранданы бұрғылау арқылы бұрап, бұранда мен гайканы салыңыз. Көздің болтына бекіту үшін корпустың ішкі және сыртқы жағынан гайканы қолдану керек. Қақпақтың ішкі жағын болт тесікшесінде су өткізбейтін етіп жасау.

2 -қадам: сымдарды сенсорға қосыңыз

Фотонға бекіту үшін сенсорға үш сымды (3а суретті қараңыз) дәнекерлеу керек (яғни сенсорлық түйреуіштер GND, V+және түйреуіш 2). Сымдарды сенсорға дәнекерлеу қиын болуы мүмкін, себебі сенсордағы қосылу тесіктері кішкентай және бір -біріне жақын. Сымдардың сенсорға дұрыс дәнекерленуі өте маңызды, сондықтан жақсы, күшті физикалық және электрлік байланыс бар және іргелес сымдар арасында дәнекерлік доғалар болмайды. Жақсы жарықтандыру және ұлғайтқыш линза дәнекерлеу процесіне көмектеседі. Бұрын дәнекерлеу тәжірибесі жоқ адамдар үшін сымдарды сенсорға дәнекерлеуге дейін дәнекерлеуді қолдану ұсынылады. Дәнекерлеу бойынша онлайн нұсқаулық SparkFun Electronics-те қол жетімді (https://learn.sparkfun.com/tutorials/how-to-solder…).

Сымдар сенсорға дәнекерленгеннен кейін, сенсордан шығатын артық жалаң сымды ұзындығы шамамен 2 мм болатын сым кескіштермен кесуге болады. Дәнекерлік қосылыстарды кремнийдің қалың бисерімен жабу ұсынылады. Бұл қосылыстарға беріктік береді және егер есептегіш корпусына ылғал түссе, датчик қосылыстарында коррозия мен электрлік ақаулардың ықтималдығын азайтады. Электрлік таспаны сенсордың қосылуындағы үш сымның айналасына қосымша қорғаныс пен кернеуді жеңілдету үшін орауға болады, бұл сымдардың дәнекерлік қосылыстарда үзілу мүмкіндігін азайтады.

Датчик сымдарының бір жағында Photon-ға бекітуге арналған қосқыштар болуы мүмкін (3б суретті қараңыз). Қысқыш қосқыштарды қолдану есептегішті жинау мен бөлшектеуді жеңілдетеді. Сенсор сымдарының ұзындығы кемінде 270 мм болуы керек, сондықтан олар есептегіш корпусының бүкіл ұзындығын ұзарта алады. Бұл ұзындық Photon -ды корпустың жоғарғы жағынан сенсормен корпустың төменгі ұшында қосуға мүмкіндік береді. Назар аударыңыз, бұл ұсынылған сым ұзындығы есептегіш корпусын жасау үшін қолданылатын ABS құбыры 125 мм ұзындықта кесілгенін болжайды. Датчикке сымдарды кесу мен дәнекерлеуді алдын ала растаңыз, ұзындығы 270 мм болатын сым корпусты орнатқаннан кейін және датчикті тұрақты түрде қосқаннан кейін фотонды қосуға болатындай етіп есептегіш корпусының жоғарғы жағынан асып кетуге жеткілікті. іс

Енді сенсорды есептегіш корпусына бекітуге болады. Ол су өткізбейтін тығыздауды қамтамасыз ету үшін тефлон таспасын пайдаланып, төменгі қақпақшаға мықтап бұралуы керек.

3 -қадам: сенсорды, батарея жинағын және антеннаны IoT құрылғысына қосыңыз

Сенсорды, батарея жинағын және антеннаны Photon -ге бекітіңіз (4 -сурет) және барлық бөлшектерді есептегіш корпусына салыңыз. 4 -суретте көрсетілген түйіспелі қосылыстар тізімі төменде берілген. Датчик пен аккумуляторлық сымдарды Photon-ға тікелей дәнекерлеу арқылы немесе Photon-ның астыңғы жағындағы бастық түйреуіштерге бекітетін қосқыштармен бекітуге болады (2-суретте көрсетілгендей). Қосылатын қосқыштарды қолдану есептегішті бөлшектеуді немесе егер ол істен шықса, фотонды ауыстыруды жеңілдетеді. Photon -дағы антенна қосылымы u. FL түріндегі қосқышты қажет етеді (4 -сурет) және қосылу үшін Photon -ге өте қатты итерілуі қажет. Есептегіш сынауға немесе құдыққа орнатуға дайын болғанша батареяларды батарея жинағына салмаңыз. Бұл дизайнда қосу/өшіру қосқышы жоқ, сондықтан есептегіш батареяларды орнату және алу арқылы қосылады және өшіріледі.

IoT құрылғысындағы түйреуіш қосылымдардың тізімі (Particle Photon):

Photon түйрегіш D3 - қосылу - Сенсорлық түйреуіш 2, деректер (қоңыр сым)

Фотон түйрегіш D2 - жалғау - Сенсорлық түйреуіш 6, V+ (қызыл сым)

Фотон түйреуіш GND - қосылу - Сенсорлық түйреуіш 7, GND (қара сым)

VIN фотон түйреуіші - қосылу - Батареялар жиынтығы, V+ (қызыл сым)

Photon түйрегіші GND - қосылу - Батареялар жиынтығы, GND (қара сым)

Photon u. FL түйреуіші - Антеннаға қосылу

4 -қадам: Бағдарламалық қамтамасыз етуді орнату

Есептегішке бағдарламалық қамтамасыз етуді орнату үшін бес негізгі қадам қажет:

1. Photon көмегімен интерфейсті қамтамасыз ететін Particle тіркелгісін жасаңыз. Ол үшін Particle мобильді қосымшасын смартфонға жүктеңіз: https://docs.particle.io/quickstart/photon/. Қолданбаны орнатқаннан кейін, Parton тіркелгісін жасаңыз және Photon -ды тіркелгіге қосу үшін онлайн нұсқауларды орындаңыз. Назар аударыңыз, кез келген қосымша фотонды Particle қосымшасын жүктеп алып, есептік жазбаны қайта жасамай -ақ сол есептік жазбаға қосуға болады.

2. ThingSpeak есептік жазбасын жасаңыз https://thingspeak.com/login және су деңгейі туралы деректерді көрсету үшін жаңа арна орнатыңыз. Су есептегішке арналған ThingSpeak веб -бетінің мысалы 5 -суретте көрсетілген, оны мына жерден де көруге болады: https://thingspeak.com/channels/316660. ThingSpeak арнасын орнату бойынша нұсқаулар https://docs.particle.io/tutorials/device-cloud/w… сайтында берілген, басқа ThingSpeak есептік жазбасын жасамай-ақ, басқа фотондарға арналған қосымша арналарды сол есептік жазбаға қосуға болатынын ескеріңіз..

3. Photon -дан ThingSpeak арнасына су деңгейі туралы мәліметтерді беру үшін «веб -ілмек» қажет. Веб-ілмекті орнату бойынша нұсқаулар https://docs.particle.io/tutorials/device-cloud/w… мекенжайында берілген. Егер бірнеше су есептегіші салынып жатса, әрбір қосымша Photon үшін бірегей атауы бар жаңа веб -ілмек жасау керек.

4. Жоғарыда көрсетілген қадаммен жасалған веб -ілмек Photon жұмыс істейтін кодқа енгізілуі керек. Су деңгейінің өлшегішінің WiFi нұсқасының коды қоса берілген файлда берілген (Code1_WiFi.txt). Компьютерде Particle веб -бетіне өтіңіз https://login.particle.io/login?redirect=https://… Particle тіркелгісіне кіріңіз және Particle қолданба интерфейсіне өтіңіз. Кодты көшіріп, оны Particle қолданба интерфейсінде жаңа бағдарлама жасау үшін қолданыңыз. Кодтың 87 -жолына жоғарыда жасалған веб -ілмек атауын енгізіңіз. Ол үшін тырнақша ішіндегі мәтінді жойып, 87 -жолдағы тырнақшалардың ішіне жаңа веб -ілмек атауын енгізіңіз, ол келесідей:

Particle.publish («Insert_Webhook_Name_Inside_These_Quotes», Жол (GWelevation, 2), ЖЕКЕ);

5. Енді кодты тексеруге, сақтауға және Photon -ға орнатуға болады. Есіңізде болсын, бұлт Photon -да бұлттан сақталады және орнатылады. Бұл код су есептегіші су құдығында болған кезде жұмыс істеу үшін қолданылады. Далалық қондырғы кезінде есеп беру жиілігін тәулігіне бір рет орнату үшін және су ұңғымасы туралы ақпаратты қосу үшін кодқа кейбір өзгерістер енгізу қажет болады (бұл «Су деңгейін өлшеуіш нұсқаулары.pdf» файлында «» деп аталатын бөлімде сипатталған) Есептегішті су құдығына орнату »).

5 -қадам: Есептегішті тексеріңіз

Есептегіштің құрылысы мен бағдарламалық қамтамасыз етуді орнату аяқталды. Бұл кезде есептегішті сынау ұсынылады. Екі сынақ аяқталуы керек. Бірінші тест өлшеуіш су деңгейін дұрыс өлшей алатынын және мәліметтерді ThingSpeak -ке жібере алатынын растау үшін қолданылады. Екінші тест Photon -дың энергия шығыны күтілетін диапазонда екенін растау үшін қолданылады. Бұл екінші тест пайдалы, себебі егер Photon тым көп қуат пайдаланса, батареялар күткеннен тез істен шығады.

Тексеру мақсатында код екі минут сайын су деңгейін өлшеуге және есеп беруге арналған. Бұл өлшеуішті сынау кезінде өлшеу арасында күтудің практикалық уақыты. Егер басқа өлшеу жиілігі қажет болса, кодтың 16 -жолындағы MeasureTime деп аталатын айнымалы мәнді қажетті өлшеу жиілігіне өзгертіңіз. Өлшеу жиілігі секундпен енгізіледі (яғни 120 секунд екі минутқа тең).

Алғашқы тестті есептегішті еденнен жоғары іліп, қосу және ThingSpeak арнасының сенсор мен еден арасындағы қашықтықты дәл жеткізетінін тексеру арқылы кеңседе жүргізуге болады. Бұл сценарийде ультрадыбыстық импульс еденнен шағылысады, ол ұңғымадағы судың бетін имитациялау үшін қолданылады.

Екінші сынақ үшін, фотонның аккумуляторлық кестесіндегі сипаттамаларға сәйкес келетінін растау үшін аккумулятор мен Photon арасындағы электр тогын өлшеу керек: https://docs.particle.io/datasheets/wi-fi/photon-d… Тәжірибе көрсеткендей, бұл тест ақаулы IoT құрылғыларын далада қолданар алдында анықтауға көмектеседі. Батарея жинағындағы оң V+ сымы (қызыл сым) мен фотондағы VIN түйреуішінің арасына ток өлшегішті қою арқылы токты өлшеңіз. Токты жұмыс режимінде де, терең ұйқы режимінде де өлшеу керек. Мұны істеу үшін Photon -ды қосыңыз, ол шамамен 20 секунд жұмыс істейтін жұмыс режимінде қосылады (фотонның көк түске айналған жарық диодында көрсетілгендей). Осы уақыт ішінде жұмыс ағынын бақылау үшін ағымдағы есептегішті қолданыңыз. Содан кейін Photon екі минут бойы автоматты түрде терең ұйқы режиміне өтеді (фотонның өшуіндегі жарықдиодты шамда көрсетілгендей). Осы кездегі терең ұйқының ағысын бақылау үшін ағымдағы өлшегішті қолданыңыз. Жұмыс тогы 80 мен 100 мА аралығында, ал терең ұйқыдағы ток 80 мен 100 мкА аралығында болуы керек. Егер ток осы мәндерден жоғары болса, фотонды ауыстыру керек.

Есептегіш енді су құдығына орнатуға дайын (6 -сурет). Есептегішті су ұңғымасына қалай орнату керектігі туралы нұсқаулық қоса берілген файлда берілген (Су деңгейін өлшеуіш нұсқаулары.pdf).

6 -қадам: Есептегіштің ұялы нұсқасын қалай жасауға болады

Су есептегішінің ұялы нұсқасын бұрын сипатталған бөлшектер тізіміне, нұсқаулар мен кодқа өзгерістер енгізу арқылы жасауға болады. Ұялы нұсқада WiFi қажет емес, себебі ол Интернетке ұялы сигнал арқылы қосылады. Есептегіштің ұялы нұсқасын құруға арналған бөлшектердің құны шамамен $ 300 құрайды (салықтар мен жеткізілімдерді қоспағанда), сонымен қатар ұялы IoT құрылғысымен бірге жеткізілетін ұялы деректер жоспары үшін айына шамамен 4 доллар.

Ұялы есептегіш жоғарыда аталған бөлшектер мен құрылыс қадамдарын келесі өзгертулермен қолданады:

• WiFi IoT құрылғысын (Particle Photon) ұялы IoT құрылғысына (Particle Electron) ауыстырыңыз: https://store.particle.io/collections/cellular/pr…. Есептегішті құрған кезде 3 -қадамдағы есептегіштің WiFi нұсқасы үшін жоғарыда сипатталған түйреуіштерді қолданыңыз.

• Ұялы IoT құрылғысы WiFi нұсқасынан гөрі көп энергияны пайдаланады, сондықтан екі батарея көзі ұсынылады: IoT құрылғысымен бірге келетін 3.7V Li-Po батареясы және 4 АА батареясы бар батарея жиынтығы. 3.7V LiPo батареясы берілген коннекторлармен тікелей IoT құрылғысына қосылады. AA батареялар жинағы IoT құрылғысына 3 -қадамдағы есептегіштің WiFi нұсқасы үшін жоғарыда сипатталғандай бекітілген. Далалық тестілеу көрсеткендей, есептегіштің ұялы нұсқасы жоғарыда сипатталған батареяны қолдану арқылы шамамен 9 ай жұмыс істейді.. AA аккумуляторлық пакетін де, 2000 мАч 3.7 В Li-Po аккумуляторын пайдаланудың баламасы-сыйымдылығы жоғары бір 3,7В Li-Po батареясын пайдалану (мысалы, 4000 немесе 5000 мАч).

• Сыртқы антенна есептегішке бекітілуі керек, мысалы: https://www.amazon.ca/gp/product/B07PZFV9NK/ref=p…. Су есептегіші қолданылатын ұялы байланыс операторы пайдаланатын жиілік үшін есептелгеніне көз жеткізіңіз. Ұялы IoT құрылғысымен бірге жеткізілетін антенна ашық ауада қолдануға жарамсыз. Сыртқы антеннаны ұзындығы (3 м) кабельмен қосуға болады, бұл антеннаны ұңғы басындағы ұңғының сыртына бекітуге мүмкіндік береді (7 -сурет). Ылғалдың түсуіне жол бермеу үшін антенна кабелін корпустың төменгі жағынан кіргізіп, кремниймен мұқият тығыздау ұсынылады (8 -сурет). Жақсы сапалы, су өткізбейтін, ашық коаксиалды ұзартқыш кабель ұсынылады.

• Ұялы IoT құрылғысы есептегіштің WiFi нұсқасынан басқа кодта жұмыс істейді. Есептегіштің ұялы нұсқасының коды қоса берілген файлда берілген (Code2_Cellular.txt).