Meter Tahap Air Telaga Masa Sebenar: 6 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:07

Arahan ini menerangkan bagaimana membina meter paras air masa nyata yang murah untuk digunakan di telaga yang digali. Meter paras air dirancang untuk menggantung di dalam sumur yang digali, mengukur paras air sekali sehari, dan mengirim data melalui sambungan WiFi atau selular ke laman web untuk melihat dan memuat turun dengan segera. Kos untuk bahagian untuk membina meter adalah sekitar $ 200 untuk versi WiFi dan $ 300 untuk versi selular. Meter ditunjukkan dalam Rajah 1. Laporan lengkap dengan arahan bangunan, senarai bahagian, petua untuk membina dan mengendalikan meter, dan cara memasang meter di telaga air disediakan dalam fail yang dilampirkan (Arahan Meter Tahap Air.pdf). Meter paras air telah digunakan untuk mengembangkan rangkaian pemantauan akuarium cetek masa nyata di Nova Scotia, Kanada: https://fletcher.novascotia.ca/DNRViewer/index.htm… Arahan untuk membina meter serupa yang mengukur air suhu, kekonduksian dan tahap air boleh didapati di sini:

Meter paras air menggunakan sensor ultrasonik untuk mengukur kedalaman ke air di telaga. Sensor dilampirkan ke peranti Internet-of-Things (IoT) yang menghubungkan ke rangkaian WiFi atau selular dan mengirimkan data permukaan air ke perkhidmatan web untuk digambarkan. Perkhidmatan web yang digunakan dalam projek ini adalah ThingSpeak.com, yang bebas digunakan untuk projek kecil bukan komersial (kurang dari 8, 200 pesanan / hari). Agar versi WiFi meter berfungsi, ia mesti terletak berdekatan dengan rangkaian WiFi. Telaga air domestik sering memenuhi syarat ini kerana terletak berhampiran dengan rumah dengan WiFi. Meter tidak termasuk data logger, melainkan mengirimkan data paras air ke ThingSpeak di mana ia disimpan di awan. Oleh itu, jika terdapat masalah penghantaran data (mis. Semasa gangguan Internet) data paras air untuk hari itu tidak dihantar dan hilang secara kekal.

Meter ini dirancang dan diuji untuk telaga yang digali dengan diameter besar (0,9 m diameter dalam) dengan kedalaman air cetek (kurang dari 10 m di bawah permukaan tanah). Namun, ini berpotensi digunakan untuk mengukur kadar air dalam situasi lain, seperti sumur pemantauan lingkungan, sumur bor, dan badan air permukaan.

Reka bentuk meter yang disajikan di sini diubah setelah meter dibuat untuk mengukur paras air di tangki air domestik dan melaporkan paras air melalui Twitter, yang diterbitkan oleh Tim Ousley pada tahun 2015: https://www.instructables.com/id/Wi -Fi-Twitter-Wa…. Perbezaan utama antara reka bentuk asal dan reka bentuk yang ditunjukkan di sini adalah kemampuan untuk mengoperasikan meter pada bateri AA dan bukannya penyesuai kuasa berwayar, kemampuan untuk melihat data dalam grafik siri masa dan bukannya mesej Twitter, dan penggunaan sensor ultrasonik yang direka khusus untuk mengukur paras air.

Arahan langkah demi langkah untuk membina meter paras air disediakan di bawah. Sebaiknya pembina membaca semua langkah pembinaan sebelum memulakan proses pembinaan meter. Peranti IoT yang digunakan dalam projek ini adalah Particle Photon, dan oleh itu pada bahagian berikut istilah "IoT device" dan "Photon" digunakan secara bergantian.

Bekalan

Bahagian elektronik:

Sensor - MaxBotix MB7389 (jarak 5m)

Peranti IoT - Partikel Photon dengan tajuk

Antena (antena dalaman dipasang di dalam casing meter) - 2,4 GHz, 6dBi, IPEX atau penyambung u. FL, panjang 170 mm

Pek bateri - 4 X AA

Kawat - wayar pelompat dengan penyambung tekan pada (panjang 300 mm)

Bateri - 4 X AA

Bahagian Paip dan Perkakasan:

Paip - ABS, diameter 50 mm (2 inci), panjang 125 mm

Topi atas, ABS, 50 mm (2 inci), diikat dengan gasket untuk membuat kedap kedap air

Topi bawah, PVC, 50 mm (2 inci) dengan benang NPT wanita ¾ inci agar sesuai dengan sensor

2 Penyambung paip, ABS, 50 mm (2 inci) untuk menyambungkan penutup atas dan bawah ke paip ABS

Baut mata dan 2 mur, keluli tahan karat (1/4 inci) untuk membuat penyangkut pada penutup atas

Bahan lain: pita elektrik, pita Teflon, solder, silikon, gam untuk memasang sarung

Langkah 1: Pasang Kes Meter

Pasang casing meter seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 dan 2 di atas. Panjang keseluruhan meter yang dipasang, ujung ke ujung termasuk sensor dan bolt mata, kira-kira 320 mm. Paip ABS berdiameter 50 mm yang digunakan untuk membuat sarung meter hendaklah dipotong dengan panjang kira-kira 125 mm. Ini membolehkan ruang yang mencukupi di dalam casing untuk menempatkan peranti IoT, pek bateri, dan antena dalaman sepanjang 170 mm.

Tutup semua sendi dengan gam silikon atau ABS untuk menjadikan casing ini kedap air. Ini sangat penting, jika tidak, kelembapan dapat masuk ke dalam casing dan merosakkan komponen dalaman. Pek pengeringan kecil boleh diletakkan di dalam casing untuk menyerap kelembapan.

Pasang bolt mata di penutup atas dengan menggerudi lubang dan memasukkan bolt mata dan mur. Kacang harus digunakan di bahagian dalam dan di luar casing untuk menahan penutup mata. Silikon bahagian dalam penutup pada lubang bolt untuk menjadikannya kedap air.

Langkah 2: Pasang Wayar ke Sensor

Tiga wayar (lihat Gambar 3a) mesti disolder ke sensor untuk memasangkannya ke Photon (iaitu pin sensor GND, V +, dan Pin 2). Memateri wayar ke sensor boleh menjadi sukar kerana lubang sambungan pada sensor kecil dan berdekatan. Adalah sangat penting bahawa wayar disolder dengan betul ke sensor sehingga ada sambungan fizikal dan elektrik yang baik dan kuat dan tidak ada busur pateri di antara wayar bersebelahan. Pencahayaan yang baik dan kanta pembesar membantu proses pematerian. Bagi mereka yang tidak mempunyai pengalaman pematerian sebelumnya, disarankan latihan pematerian sebelum menyisipkan wayar ke sensor. Tutorial dalam talian mengenai cara pematerian boleh didapati dari SparkFun Electronics (https://learn.sparkfun.com/tutorials/how-to-solder…).

Setelah wayar disolder ke sensor, segala kelebihan wayar telanjang yang keluar dari sensor dapat dipotong dengan pemotong wayar dengan panjang kira-kira 2 mm. Adalah disarankan agar sendi pateri ditutup dengan manik silikon tebal. Ini memberi sambungan lebih banyak kekuatan dan mengurangkan kemungkinan kakisan dan masalah elektrik pada sambungan sensor jika kelembapan masuk ke dalam casing meter. Pita elektrik juga boleh dililit pada tiga wayar pada sambungan sensor untuk memberikan perlindungan tambahan dan pelepasan regangan, mengurangkan kemungkinan wayar pecah pada sendi pateri.

Kabel sensor boleh mempunyai penyambung jenis tekan-on (lihat Gambar 3b) di satu hujung untuk dipasang pada Photon. Menggunakan penyambung push-on memudahkan pemasangan dan pembongkaran meter. Panjang wayar sensor hendaklah sekurang-kurangnya 270 mm sehingga dapat memanjangkan keseluruhan panjang sarung meter. Panjang ini akan membolehkan Photon disambungkan dari hujung atas casing dengan sensor dipasang di hujung bawah casing. Perhatikan bahawa panjang wayar yang disyorkan ini menganggap bahawa paip ABS yang digunakan untuk membuat sarung meter dipotong hingga panjang 125 mm. Pastikan sebelum memotong dan memateri wayar ke sensor bahawa panjang wayar 270 mm cukup untuk melangkaui bahagian atas casing meter sehingga Photon dapat disambungkan setelah casing dipasang dan sensor terpasang secara kekal ke kes itu.

Sensor kini boleh dipasang pada casing meter. Ia mesti disekat rapat ke penutup bawah, menggunakan pita Teflon untuk memastikan kedap kedap air.

Langkah 3: Pasang Sensor, Pek Bateri, dan Antena ke Peranti IoT

Pasang sensor, pek bateri, dan antena ke Photon (Gambar 4), dan masukkan semua bahagian ke dalam casing meter. Senarai sambungan pin yang ditunjukkan dalam Rajah 4 disediakan di bawah. Kabel sensor dan pek bateri boleh dipasang dengan menyolder terus ke Photon atau dengan penyambung tekan-on-type yang melekat pada pin header di bahagian bawah Photon (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2). Menggunakan penyambung push-on menjadikannya lebih mudah untuk membongkar meter atau mengganti Photon jika gagal. Sambungan antena pada Photon memerlukan penyambung jenis u. FL (Gambar 4) dan perlu didorong dengan kuat ke Photon untuk membuat sambungan. Jangan pasangkan bateri ke dalam pek bateri sehingga meter siap diuji atau dipasang di telaga. Tidak ada suis hidup / mati yang disertakan dalam reka bentuk ini, jadi meter dihidupkan dan dimatikan dengan memasang dan mengeluarkan bateri.

Senarai sambungan pin pada peranti IoT (Particle Photon):

Pin foton D3 - sambungkan ke - Sensor pin 2, data (dawai coklat)

Pin foton D2 - sambungkan ke - Sensor pin 6, V + (wayar merah)

Pin foton GND - sambungkan ke - Sensor pin 7, GND (wayar hitam)

Pin foton VIN - sambungkan ke - Pek bateri, V + (wayar merah)

Pin foton GND - sambungkan ke - Pek bateri, GND (wayar hitam)

Pin foton u. FL - sambungkan ke - Antena

Langkah 4: Persediaan Perisian

Lima langkah utama diperlukan untuk menyiapkan perisian untuk meter:

1. Buat akaun Partikel yang akan menyediakan antara muka dalam talian dengan Photon. Untuk melakukan ini, muat turun aplikasi mudah alih Partikel ke telefon pintar: https://docs.particle.io/quickstart/photon/. Setelah memasang aplikasi, buat akaun Partikel dan ikuti arahan dalam talian untuk menambahkan Photon ke akaun. Perhatikan bahawa sebarang Foton tambahan boleh ditambahkan ke akaun yang sama tanpa perlu memuat turun aplikasi Partikel dan membuat akaun lagi.

2. Buat akaun ThingSpeak https://thingspeak.com/login dan sediakan saluran baru untuk memaparkan data paras air. Contoh laman web ThingSpeak untuk meter air ditunjukkan dalam Rajah 5, yang juga dapat dilihat di sini: https://thingspeak.com/channels/316660. Arahan untuk menyiapkan saluran ThingSpeak disediakan di https://docs.particle.io/tutorials/device-cloud/w… Perhatikan bahawa saluran tambahan untuk Foton lain dapat ditambahkan ke akaun yang sama tanpa perlu membuat akaun ThingSpeak lain.

3. "Webhook" diperlukan untuk menyampaikan data paras air dari Photon ke saluran ThingSpeak. Arahan untuk menyiapkan webhook disediakan di https://docs.particle.io/tutorials/device-cloud/w…. Sekiranya lebih daripada satu meter air sedang dibina, webhook baru dengan nama unik mesti dibuat untuk setiap Photon tambahan.

4. Webhook yang dibuat pada langkah di atas mesti dimasukkan ke dalam kod yang mengoperasikan Photon. Kod untuk versi WiFi meter air disediakan dalam fail yang dilampirkan (Code1_WiFi.txt). Pada komputer, pergi ke laman web Partikel https://login.particle.io/login?redirect=https://… log masuk ke akaun Partikel, dan arahkan ke antara muka aplikasi Partikel. Salin kod dan gunakan untuk membuat aplikasi baru di antara muka aplikasi Partikel. Masukkan nama webhook yang dibuat di atas ke baris 87 kod. Untuk melakukan ini, hapus teks di dalam petikan dan masukkan nama webhook baru di dalam petikan di baris 87, yang berbunyi seperti berikut:

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

5. Kodnya sekarang dapat disahkan, disimpan, dan dipasang ke Photon. Perhatikan bahawa kod disimpan dan dipasang ke Photon dari awan. Kod ini akan digunakan untuk mengoperasikan meter air ketika berada di telaga air. Semasa pemasangan di lapangan, beberapa perubahan perlu dilakukan pada kod untuk menetapkan frekuensi pelaporan menjadi sekali sehari dan menambahkan informasi mengenai telaga air (ini dijelaskan dalam file yang dilampirkan Arahan Meter Tahap Air.pdf di bahagian berjudul “Memasang Meter di Telaga Air”).

Langkah 5: Uji Meter

Pembinaan meter dan penyediaan perisian kini selesai. Pada tahap ini disarankan agar meter diuji. Dua ujian harus diselesaikan. Ujian pertama digunakan untuk mengesahkan bahawa meter dapat mengukur paras air dengan betul dan menghantar data ke ThingSpeak. Ujian kedua digunakan untuk mengesahkan bahawa penggunaan kuasa Photon berada dalam julat yang diharapkan. Ujian kedua ini berguna kerana bateri akan gagal lebih cepat daripada yang dijangkakan sekiranya Photon menggunakan terlalu banyak tenaga.

Untuk tujuan pengujian, kod ditetapkan untuk mengukur dan melaporkan paras air setiap dua minit. Ini adalah tempoh masa praktikal untuk menunggu antara pengukuran semasa meter sedang diuji. Sekiranya frekuensi pengukuran yang berbeza diinginkan, ubah pemboleh ubah yang disebut MeasureTime pada baris 16 kod ke frekuensi pengukuran yang diinginkan. Kekerapan pengukuran dimasukkan dalam beberapa saat (iaitu 120 saat sama dengan dua minit).

Ujian pertama dapat dilakukan di pejabat dengan menggantung meter di atas lantai, menyalakannya, dan memeriksa bahawa saluran ThingSpeak secara tepat melaporkan jarak antara sensor dan lantai. Dalam senario pengujian ini, denyut ultrasonik memantulkan dari lantai, yang digunakan untuk mensimulasikan permukaan air di telaga.

Untuk ujian kedua, arus elektrik antara pek bateri dan Foton harus diukur untuk mengesahkan bahawa ia sesuai dengan spesifikasi dalam lembar data Photon: https://docs.particle.io/datasheets/wi-fi/photon-d… Pengalaman menunjukkan bahawa ujian ini membantu mengenal pasti peranti IoT yang rosak sebelum digunakan di lapangan. Ukur arus dengan meletakkan meter arus antara wayar V + positif (wayar merah) pada pek bateri dan pin VIN pada Photon. Arus harus diukur dalam mod operasi dan mod tidur dalam. Untuk melakukan ini, hidupkan Foton dan ia akan dimulakan dalam mod operasi (seperti yang ditunjukkan oleh LED pada Foton yang menghidupkan warna sian), yang berlangsung selama lebih kurang 20 saat. Gunakan meter semasa untuk memerhatikan arus operasi selama ini. Foton kemudian secara automatik akan memasuki mod tidur dalam selama dua minit (seperti yang ditunjukkan oleh LED pada Foton mati). Gunakan meter semasa untuk melihat arus tidur nyenyak pada masa ini. Arus operasi harus antara 80 dan 100 mA, dan arus tidur dalam harus antara 80 dan 100 µA. Sekiranya arus lebih tinggi daripada nilai-nilai ini, Photon harus diganti.

Meter kini siap dipasang di telaga air (Gambar 6). Arahan mengenai cara memasang meter di telaga air disediakan dalam fail yang dilampirkan (Arahan Meter Tahap Air.pdf).

Langkah 6: Cara Membuat Versi Meter Selular

Versi selular meter air boleh dibina dengan membuat pengubahsuaian pada senarai bahagian, arahan dan kod yang telah dijelaskan sebelumnya. Versi selular tidak memerlukan WiFi kerana menghubungkan ke Internet melalui isyarat selular. Kos bahagian untuk membina versi selular meter adalah kira-kira $ 300 (tidak termasuk cukai dan penghantaran), ditambah kira-kira $ 4 sebulan untuk rancangan data selular yang disertakan dengan peranti IoT selular.

Meter selular menggunakan bahagian dan langkah pembinaan yang sama yang disenaraikan di atas dengan pengubahsuaian berikut:

• Ganti peranti WiFi IoT (Particle Photon) untuk peranti IoT selular (Particle Electron): https://store.particle.io/collections/cellular/pr…. Semasa membina meter, gunakan sambungan pin yang sama seperti yang dinyatakan di atas untuk versi WiFi meter dalam Langkah 3.

• Peranti IoT selular menggunakan lebih banyak kuasa daripada versi WiFi, dan oleh itu disarankan dua sumber bateri: bateri Li-Po 3.7V, yang disertakan dengan peranti IoT, dan pek bateri dengan 4 bateri AA. Bateri 3.7V LiPo terpasang terus ke peranti IoT dengan penyambung yang disediakan. Pek bateri AA dilampirkan ke peranti IoT dengan cara yang sama seperti yang dijelaskan di atas untuk versi WiFi meter pada Langkah 3. Ujian lapangan telah menunjukkan bahawa versi selular meter akan beroperasi selama kira-kira 9 bulan menggunakan persediaan bateri yang dijelaskan di atas. Alternatif untuk menggunakan kedua-dua bateri AA dan 2000 mAh 3,7 V bateri Li-Po adalah menggunakan satu bateri Li-Po 3.7V dengan kapasiti yang lebih tinggi (mis. 4000 atau 5000 mAh).

• Antena luaran mesti dipasang pada meter, seperti: https://www.amazon.ca/gp/product/B07PZFV9NK/ref=p…. Pastikan ia dinilai untuk frekuensi yang digunakan oleh penyedia perkhidmatan selular di mana meter air akan digunakan. Antena yang disertakan dengan peranti IoT selular tidak sesuai untuk kegunaan luaran. Antena luaran boleh dihubungkan dengan kabel panjang (3 m) yang membolehkan antena dipasang ke bahagian luar telaga di kepala sumur (Gambar 7). Sebaiknya kabel antena dimasukkan melalui bahagian bawah casing dan ditutup rapat dengan silikon untuk mengelakkan masuknya kelembapan (Gambar 8). Kabel sambungan koaksial luaran berkualiti tinggi, kalis air disyorkan.

• Peranti IoT selular menggunakan kod yang berbeza daripada versi WiFi meter. Kod untuk versi selular meter disediakan dalam fail yang dilampirkan (Code2_Cellular.txt).