Isang Real-Time Well Water Level Meter: 6 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:10

Inilalarawan ng mga tagubiling ito kung paano bumuo ng isang murang, real-time na antas ng antas ng tubig para sa paggamit sa mga hinukay na balon. Ang metro ng antas ng tubig ay dinisenyo upang mag-hang sa loob ng isang kinukubkub na balon, sukatin ang antas ng tubig minsan sa isang araw, at ipadala ang data sa pamamagitan ng WiFi o koneksyon ng cellular sa isang webpage para sa agarang pagtingin at pag-download. Ang gastos para sa mga bahagi upang maitayo ang metro ay humigit-kumulang na $ 200 para sa bersyon ng WiFi at Maaari bang $ 300 para sa bersyon ng cellular. Ang metro ay ipinapakita sa Larawan 1. Ang isang buong ulat na may mga tagubilin sa pagbuo, listahan ng mga bahagi, mga tip para sa pagbuo at pagpapatakbo ng metro, at kung paano i-install ang metro sa isang balon ng tubig ay ibinibigay sa naka-attach na file (Mga Antas ng Antas ng Sukat ng Tubig.pdf). Ginamit ang mga metro ng antas ng tubig upang makabuo ng isang panrehiyon, real-time na mababaw na network ng pagsubaybay ng aquifer sa Nova Scotia, Canada: https://fletcher.novascotia.ca/DNRViewer/index.htm… Mga tagubilin para sa pagbuo ng isang katulad na metro na sumusukat sa tubig magagamit ang mga antas ng temperatura, kondaktibiti at tubig dito:

Ang metro ng antas ng tubig ay gumagamit ng isang ultrasonic sensor upang masukat ang lalim ng tubig sa balon. Ang sensor ay nakakabit sa isang aparato na Internet-of-Things (IoT) na kumokonekta sa isang WiFi o cellular network at ipinapadala ang data sa antas ng tubig sa isang serbisyo sa web na makukuha. Ang serbisyo sa web na ginamit sa proyektong ito ay ThingSpeak.com, na malayang magamit para sa mga maliliit na proyekto na hindi pang-komersyo (mas mababa sa 8, 200 mga mensahe / araw). Upang gumana ang bersyon ng WiFi ng metro, dapat itong matatagpuan malapit sa isang WiFi network. Ang mga balon ng domestic na tubig ay madalas na nakakatugon sa kondisyong ito sapagkat matatagpuan ang mga ito malapit sa isang bahay na may WiFi. Ang metro ay hindi nagsasama ng isang logger ng data, sa halip ay ipinapadala nito ang data sa antas ng tubig sa ThingSpeak kung saan ito nakaimbak sa cloud. Samakatuwid, kung mayroong isang problema sa paghahatid ng data (hal. Sa panahon ng isang outage sa Internet) ang data sa antas ng tubig para sa araw na iyon ay hindi maililipat at permanenteng nawala.

Ang metro ay dinisenyo at nasubok para sa malaking diameter (0.9 m sa loob ng lapad) na hinukay ng mga balon na may mababaw na lalim ng tubig (mas mababa sa 10 m sa ibaba ng ibabaw ng lupa). Gayunpaman, maaari itong magamit para sa pagsukat ng antas ng tubig sa iba pang mga sitwasyon, tulad ng mga balon sa pagsubaybay sa kapaligiran, mga drill na balon, at mga pang-ibabaw na tubig.

Ang disenyo ng metro na ipinakita rito ay binago pagkatapos ng isang metro na ginawa para sa pagsukat ng mga antas ng tubig sa isang domestic tank ng tubig at pag-uulat sa antas ng tubig sa pamamagitan ng Twitter, na inilathala ni Tim Ousley noong 2015: https://www.instructables.com/id/Wi -Fi-Twitter-Wa…. Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng orihinal na disenyo at ng disenyo na ipinakita dito ay ang kakayahang mapatakbo ang metro sa mga baterya ng AA sa halip na isang wired power adapter, ang kakayahang tingnan ang data sa isang time-series na grap sa halip na isang mensahe sa Twitter, at ang paggamit ng isang ultrasonic sensor na partikular na idinisenyo para sa pagsukat ng mga antas ng tubig.

Ang mga sunud-sunod na tagubilin para sa pagbuo ng metro ng antas ng tubig ay ibinibigay sa ibaba. Inirerekumenda na basahin ng tagabuo ang lahat ng mga hakbang sa konstruksyon bago simulan ang proseso ng pagtatayo ng metro. Ang aparatong IoT na ginamit sa proyektong ito ay isang Particle Photon, at samakatuwid sa mga sumusunod na seksyon ang mga term na "IoT aparato" at "Photon" ay ginagamit na palitan.

Mga gamit

Mga Elektronikong Bahagi:

Sensor - MaxBotix MB7389 (saklaw ng 5m)

IoT aparato - Particle Photon na may mga header

Antenna (panloob na antena na naka-install sa loob ng metro ng kaso) - 2.4 GHz, 6dBi, IPEX o u. FL konektor, 170 mm ang haba

Pakete ng baterya - 4 X AA

Wire - jumper wire na may push on konektor (haba ng 300 mm)

Mga Baterya - 4 X AA

Mga Bahagi ng Tubero at Hardware:

Pipe - ABS, 50 mm (2 pulgada) diameter, 125 mm ang haba

Nangungunang takip, ABS, 50 mm (2 pulgada), sinulid ng gasket upang makagawa ng isang selyong walang tubig

Ibabang takip, PVC, 50 mm (2 pulgada) na may ¾ pulgadang babaeng NPT na thread upang magkasya sa sensor

2 Mga coupler ng tubo, ABS, 50 mm (2 pulgada) upang ikonekta ang tuktok at ilalim na takip sa ABS pipe

Eye bolt at 2 nut, hindi kinakalawang na asero (1/4 pulgada) upang gawing hanger sa tuktok na takip

Iba pang mga materyales: electrical tape, Teflon tape, solder, silicone, pandikit para sa assembling case

Hakbang 1: Magtipon ng Kaso ng Meter

Ipunin ang kaso ng metro tulad ng ipinakita sa Mga Larawan 1 at 2 sa itaas. Ang kabuuang haba ng binuo metro, tip hanggang tip kasama ang sensor at bolt ng mata, ay humigit-kumulang na 320 mm. Ang 50 mm diameter na tubo ng ABS na ginamit upang gawin ang kaso ng metro ay dapat na putulin sa humigit-kumulang na 125 mm ang haba. Pinapayagan nito ang sapat na puwang sa loob ng kaso upang maitabi ang aparato ng IoT, pack ng baterya, at isang 170 mm na haba na panloob na antena.

Itatak ang lahat ng mga kasukasuan ng alinman sa silikon o pandikit na ABS upang gawing hindi matunog ang kaso. Napakahalaga nito, kung hindi man ang kahalumigmigan ay maaaring makapasok sa loob ng kaso at sirain ang panloob na mga bahagi. Ang isang maliit na pack ng desiccant ay maaaring mailagay sa loob ng kaso upang makuha ang kahalumigmigan.

Mag-install ng isang bolt ng mata sa tuktok na takip sa pamamagitan ng pagbabarena ng isang butas at ipasok ang bolt ng mata at nut. Ang isang nut ay dapat gamitin sa pareho sa loob at labas ng kaso upang ma-secure ang bolt ng mata. Silicon ang loob ng takip sa butas ng bolt upang gawin itong walang tubig.

Hakbang 2: Ikabit ang Mga Wires sa Sensor

Tatlong mga wire (tingnan ang Larawan 3a) ay dapat na solder sa sensor upang maikabit ito sa Photon (ibig sabihin, ang mga sensor pin na GND, V +, at Pin 2). Ang paghihinang ng mga wire sa sensor ay maaaring maging mahirap dahil ang mga butas ng koneksyon sa sensor ay maliit at malapit na magkasama. Napakahalaga na ang mga wire ay maayos na na-solder sa sensor kaya't may isang mahusay, malakas na pisikal at elektrikal na koneksyon at walang mga solder arcs sa pagitan ng mga katabing wires. Ang mahusay na pag-iilaw at isang magnifying lens ay makakatulong sa proseso ng paghihinang. Para sa mga walang dating karanasan sa paghihinang, inirerekumenda ang ilang kasanayan sa paghihinang bago ang paghihinang ng mga wire sa sensor. Ang isang online na tutorial sa kung paano maghinang ay magagamit mula sa SparkFun Electronics (https://learn.sparkfun.com/tutorials/how-to-solder…).

Matapos ang mga wire ay na-solder sa sensor, ang anumang labis na hubad na kawad na dumidikit mula sa sensor ay maaaring maputol ng mga pamutol ng kawad hanggang sa humigit-kumulang na 2 mm ang haba. Inirerekumenda na ang mga solder joint ay tatakpan ng isang makapal na butil ng silikon. Binibigyan nito ang mga koneksyon ng higit na lakas at binabawasan ang pagkakataon ng kaagnasan at mga problema sa kuryente sa mga koneksyon ng sensor kung ang kahalumigmigan ay napunta sa kaso ng metro. Ang elektrikal na tape ay maaari ding balot sa paligid ng tatlong mga wire sa koneksyon ng sensor upang magbigay ng karagdagang proteksyon at pag-alis ng pilay, binabawasan ang pagkakataon na masira ang mga wire sa mga joint ng solder.

Ang mga sensor wires ay maaaring magkaroon ng mga push-on-type na konektor (tingnan ang Larawan 3b) sa isang dulo upang ilakip sa Photon. Ang paggamit ng mga konektor na push-on ay ginagawang mas madali upang tipunin at i-disassemble ang metro. Ang mga wire ng sensor ay dapat na hindi bababa sa 270 mm ang haba upang mapalawak nila ang buong haba ng kaso ng metro. Papayagan ng haba na ito ang Photon na maiugnay mula sa itaas na dulo ng kaso gamit ang sensor sa lugar sa ibabang dulo ng kaso. Tandaan na ang inirekumendang haba ng kawad ay ipinapalagay na ang tubo ng ABS na ginamit upang gawin ang kaso ng metro ay pinutol sa haba na 125 mm. Kumpirmahin nang maaga ang paggupit at paghihinang ng mga wire sa sensor na ang isang haba ng kawad na 270 mm ay sapat upang mapalawak sa tuktok ng kaso ng metro upang ang Photon ay maaaring konektado pagkatapos na maipon ang kaso at ang sensor ay permanenteng nakakabit sa ang kaso.

Maaari nang mai-attach ang sensor sa kaso ng metro. Dapat itong mai-tornilyo nang mahigpit sa ilalim na takip, gamit ang Teflon tape upang matiyak ang isang selyong walang tubig.

Hakbang 3: Ikabit ang Sensor, Battery Pack, at Antenna sa IoT Device

Ikabit ang sensor, pack ng baterya, at antena sa Photon (Larawan 4), at ipasok ang lahat ng mga bahagi sa kaso ng metro. Ang isang listahan ng mga koneksyon sa pin na ipinahiwatig sa Larawan 4 ay ibinibigay sa ibaba. Ang mga sensor at wire pack ng baterya ay maaaring ikabit sa pamamagitan ng direktang paghihinang sa Photon o sa mga konektor na push-on-type na nakakabit sa mga header pin sa ilalim ng Photon (tulad ng nakikita sa Larawan 2). Ginagamit ang paggamit ng mga konektor na push-on na mas madaling i-disassemble ang metro o palitan ang Photon kung nabigo ito. Ang koneksyon ng antena sa Photon ay nangangailangan ng isang u. FL uri ng konektor (Larawan 4) at kailangang mahigpit na maitulak sa Photon upang makakonekta. Huwag i-install ang mga baterya sa pack ng baterya hanggang sa ang metro ay handa nang masubukan o mai-install sa isang balon. Walang kasamang on / off switch na kasama sa disenyo na ito, kaya't ang metro ay nakabukas at patayin sa pamamagitan ng pag-install at pag-alis ng mga baterya.

Listahan ng mga koneksyon sa pin sa aparato ng IoT (Particle Photon):

Photon pin D3 - kumonekta sa - Sensor pin 2, data (brown wire)

Photon pin D2 - kumonekta sa - Sensor pin 6, V + (red wire)

Photon pin GND - kumonekta sa - Sensor pin 7, GND (black wire)

Photon pin VIN - kumonekta sa - Battery pack, V + (red wire)

Photon pin GND - kumonekta sa - Battery pack, GND (black wire)

Photon u. FL pin - kumonekta sa - Antenna

Hakbang 4: Pag-setup ng Software

Limang pangunahing mga hakbang ang kinakailangan upang mai-set up ang software para sa metro:

1. Lumikha ng isang Particle account na magbibigay ng isang online interface kasama ang Photon. Upang magawa ito, i-download ang Particle mobile app sa isang smartphone: https://docs.particle.io/quickstart/photon/. Matapos mai-install ang app, lumikha ng isang Particle account at sundin ang mga tagubilin sa online upang idagdag ang Photon sa account. Tandaan na ang anumang mga karagdagang Larawan ay maaaring idagdag sa parehong account nang hindi na kailangang i-download ang Particle app at lumikha muli ng isang account.

2. Lumikha ng isang ThingSpeak account https://thingspeak.com/login at mag-set up ng isang bagong channel upang maipakita ang data sa antas ng tubig. Ang isang halimbawa ng isang webpage na ThingSpeak para sa isang metro ng tubig ay ipinapakita sa Larawan 5, na maaari ding makita dito: https://thingspeak.com/channels/316660. Ang mga tagubilin para sa pag-set up ng isang ThingSpeak channel ay ibinibigay sa https://docs.particle.io/tutorials/device-cloud/w… Tandaan na ang mga karagdagang channel para sa iba pang Mga Larawan ay maaaring idagdag sa parehong account nang hindi na kailangang lumikha ng isa pang ThingSpeak account.

3. Kinakailangan ang isang "webhook" upang maipasa ang data sa antas ng tubig mula sa Photon patungo sa ThingSpeak channel. Ang mga tagubilin para sa pag-set up ng isang webhook ay ibinibigay sa https://docs.particle.io/tutorials/device-cloud/w…. Kung higit sa isang metro ng tubig ang itinatayo, isang bagong webhook na may natatanging pangalan ang dapat nilikha para sa bawat karagdagang Photon.

4. Ang webhook na nilikha sa itaas na hakbang ay dapat na ipasok sa code na nagpapatakbo ng Photon. Ang code para sa bersyon ng WiFi ng metro sa antas ng tubig ay ibinibigay sa nakalakip na file (Code1_WiFi.txt). Sa isang computer, pumunta sa Particle webpage https://login.particle.io/login?redirect=https://… mag-login sa Particle account, at mag-navigate sa interface ng app ng Particle. Kopyahin ang code at gamitin ito upang lumikha ng isang bagong app sa interface ng Particle app. Ipasok ang pangalan ng webhook na nilikha sa itaas sa linya na 87 ng code. Upang magawa ito, tanggalin ang teksto sa loob ng mga quote at ipasok ang bagong pangalan ng webhook sa loob ng mga quote sa linya na 87, na binabasa ang mga sumusunod:

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

5. Ang code ay maaari nang mapatunayan, mai-save, at mai-install papunta sa Photon. Tandaan na ang code ay nakaimbak sa at naka-install papunta sa Photon mula sa cloud. Ang code na ito ay gagamitin upang mapatakbo ang metro ng tubig kapag ito ay nasa balon ng tubig. Sa panahon ng pag-install sa patlang, ang ilang mga pagbabago ay kailangang gawin sa code upang maitakda ang dalas ng pag-uulat sa isang beses sa isang araw at magdagdag ng impormasyon tungkol sa balon ng tubig (ito ay inilarawan sa nakalakip na file na Mga Antas ng Pagsukat sa Antas ng Tubig.pdf sa seksyon na may pamagat na Pag-install ng Meter sa isang Water Well”).

Hakbang 5: Subukan ang Metro

Ang konstruksyon ng metro at pag-setup ng software ay kumpleto na. Sa puntong ito inirerekumenda na subukan ang metro. Dalawang pagsubok ang dapat makumpleto. Ginamit ang unang pagsubok upang kumpirmahing ang meter ay maaaring sukatin ang mga antas ng tubig nang tama at ipadala ang data sa ThingSpeak. Ginamit ang pangalawang pagsubok upang kumpirmahing ang pagkonsumo ng kuryente ng Photon ay nasa loob ng inaasahang saklaw. Ang pangalawang pagsubok na ito ay kapaki-pakinabang dahil ang mga baterya ay mabibigo nang mas maaga kaysa sa inaasahan kung ang Photon ay gumagamit ng sobrang lakas.

Para sa mga layunin sa pagsubok, ang code ay nakatakda upang sukatin at iulat ang mga antas ng tubig bawat dalawang minuto. Ito ay isang praktikal na tagal ng panahon upang maghintay sa pagitan ng mga sukat habang sinusubukan ang metro. Kung nais ang ibang dalas ng pagsukat, baguhin ang variable na tinatawag na MeasureTime sa linya 16 ng code sa nais na dalas ng pagsukat. Ang dalas ng pagsukat ay ipinasok sa mga segundo (hal. 120 segundo ay katumbas ng dalawang minuto).

Ang unang pagsubok ay maaaring gawin sa opisina sa pamamagitan ng pagbitay ng metro sa itaas ng sahig, pag-on, at pag-check kung ang ThingSpeak channel ay tumpak na nag-uulat ng distansya sa pagitan ng sensor at sahig. Sa senaryong ito ng pagsubok ang ultrasonic pulse ay sumasalamin sa sahig, na ginagamit upang gayahin ang ibabaw ng tubig sa balon.

Para sa pangalawang pagsubok, ang kasalukuyang kuryente sa pagitan ng baterya pack at ng Photon ay dapat na sukatin upang kumpirmahing tumutugma ito sa mga pagtutukoy sa Photon datasheet: https://docs.particle.io/datasheets/wi-fi/photon-d… Ipinakita ang karanasan na ang pagsubok na ito ay makakatulong na makilala ang mga depektibong aparato ng IoT bago sila i-deploy sa patlang. Sukatin ang kasalukuyang sa pamamagitan ng paglalagay ng isang kasalukuyang metro sa pagitan ng positibong V + wire (pulang wire) sa pack ng baterya at ang VIN pin sa Photon. Ang kasalukuyang ay dapat na sinusukat sa parehong operating mode at deep mode ng pagtulog. Upang magawa ito, buksan ang Photon at magsisimula ito sa operating mode (tulad ng ipinahiwatig ng LED sa Photon na nagiging isang kulay na cyan), na tumatakbo nang humigit-kumulang 20 segundo. Gamitin ang kasalukuyang metro upang obserbahan ang kasalukuyang operating sa oras na ito. Ang Photon ay awtomatikong pupunta sa deep mode ng pagtulog sa loob ng dalawang minuto (tulad ng ipinahiwatig ng LED sa Photon na naka-off). Gamitin ang kasalukuyang metro upang obserbahan ang malalim na kasalukuyang pagtulog sa oras na ito. Ang kasalukuyang pagpapatakbo ay dapat na nasa pagitan ng 80 at 100 mA, at ang kasalukuyang malalim na pagtulog ay dapat nasa pagitan ng 80 at 100 µA. Kung ang kasalukuyang mas mataas kaysa sa mga halagang ito, dapat mapalitan ang Photon.

Ang metro ay handa na ngayong mai-install sa isang balon ng tubig (Larawan 6). Ang mga tagubilin sa kung paano i-install ang metro sa isang balon ng tubig ay ibinibigay sa nakalakip na file (Water Level Meter Instructions.pdf).

Hakbang 6: Paano Gumawa ng isang Cellular na Bersyon ng Meter

Ang isang cellular na bersyon ng metro ng tubig ay maaaring mabuo sa pamamagitan ng paggawa ng mga pagbabago sa naunang inilarawan na listahan ng mga bahagi, mga tagubilin at code. Ang bersyon ng cellular ay hindi nangangailangan ng WiFi dahil kumokonekta ito sa Internet sa pamamagitan ng isang signal ng cellular. Ang halaga ng mga bahagi upang maitayo ang cellular na bersyon ng metro ay humigit-kumulang na $ 300 (hindi kasama ang mga buwis at pagpapadala), kasama ang humigit-kumulang na $ 4 bawat buwan para sa cellular data plan na kasama ng cellular IoT device.

Gumagamit ang meter ng cellular ng parehong mga bahagi at mga hakbang sa konstruksyon na nakalista sa itaas na may mga sumusunod na pagbabago:

• Palitan ang aparato ng WiFi IoT (Particle Photon) para sa isang cellular IoT device (Particle Electron): https://store.particle.io/collections/cellular/pr…. Kapag itinatayo ang metro, gumamit ng parehong mga koneksyon sa pin na inilarawan sa itaas para sa bersyon ng WiFi ng metro sa Hakbang 3.

• Ang aparato ng cellular IoT ay gumagamit ng higit na lakas kaysa sa bersyon ng WiFi, at samakatuwid ay inirekomenda ang dalawang mapagkukunan ng baterya: isang 3.7V Li-Po na baterya, na kasama ng aparato ng IoT, at isang baterya na may 4 na baterya ng AA. Ang 3.7V LiPo na baterya ay nakakabit nang direkta sa aparato ng IoT kasama ang mga konektor na ibinigay. Ang pack ng baterya ng AA ay nakakabit sa aparato ng IoT sa parehong paraan tulad ng inilarawan sa itaas para sa bersyon ng WiFi ng metro sa Hakbang 3. Ipinakita ang pagsusuri sa patlang na ang cellular na bersyon ng metro ay gagana nang humigit-kumulang na 9 buwan gamit ang pag-setup ng baterya na inilarawan sa itaas. Isang kahalili sa paggamit ng parehong baterya ng AA baterya at 2000 mAh 3.7 V Li-Po na baterya ay ang paggamit ng isang 3.7V Li-Po na baterya na may mas mataas na kapasidad (hal. 4000 o 5000 mah).

• Ang isang panlabas na antena ay dapat na nakakabit sa metro, tulad ng: https://www.amazon.ca/gp/product/B07PZFV9NK/ref=p…. Tiyaking na-rate ito para sa dalas na ginamit ng service provider ng cellular kung saan gagamitin ang meter ng tubig. Ang antena na kasama ng cellular IoT aparato ay hindi angkop para sa panlabas na paggamit. Ang panlabas na antena ay maaaring konektado sa isang mahabang (3 m) cable na nagbibigay-daan sa antena na mai-attach sa labas ng balon sa balon (Larawan 7). Inirerekumenda na ang antena cable ay ipinasok sa ilalim ng kaso at lubusang tinatakan ng silikon upang maiwasan ang pagpasok ng kahalumigmigan (Larawan 8). Inirerekumenda ang isang mahusay na kalidad, hindi tinatagusan ng tubig, panlabas na coaxial extension cable.

• Ang aparato ng cellular IoT ay tumatakbo sa ibang code kaysa sa bersyon ng WiFi ng metro. Ang code para sa cellular na bersyon ng metro ay ibinibigay sa nakalakip na file (Code2_Cellular.txt).