Gerçek Zamanlı Kuyu Suyu Seviye Ölçer: 6 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

Bu talimatlar, kazılmış kuyularda kullanım için düşük maliyetli, gerçek zamanlı bir su seviyesi ölçerin nasıl oluşturulacağını açıklar. Su seviyesi ölçer, kazılmış bir kuyuya asılacak, günde bir kez su seviyesini ölçecek ve anında görüntüleme ve indirme için verileri WiFi veya hücresel bağlantı ile bir web sayfasına gönderecek şekilde tasarlanmıştır. Metreyi oluşturan parçaların maliyeti, WiFi versiyonu için yaklaşık 200 Can$ ve hücresel versiyon için Can$ 300'dür. Sayaç Şekil 1'de gösterilmektedir. Yapı talimatları, parça listesi, sayacın yapımı ve çalıştırılması için ipuçları ve sayacın bir su kuyusuna nasıl kurulacağı ile ilgili eksiksiz bir rapor ekteki dosyada verilmiştir (Su Seviyesi Ölçer Talimatları.pdf). Su seviyesi ölçerler, Kanada, Nova Scotia'da bölgesel, gerçek zamanlı bir sığ akifer izleme ağı geliştirmek için kullanıldı: https://fletcher.novascotia.ca/DNRViewer/index.htm… Suyu ölçen benzer bir sayaç oluşturma talimatları sıcaklık, iletkenlik ve su seviyeleri burada mevcuttur:

Su seviyesi ölçer, kuyudaki suyun derinliğini ölçmek için ultrasonik bir sensör kullanır. Sensör, bir WiFi veya hücresel ağa bağlanan ve su seviyesi verilerini grafiklendirilmek üzere bir web hizmetine gönderen bir Nesnelerin İnterneti (IoT) cihazına bağlıdır. Bu projede kullanılan web hizmeti, ticari olmayan küçük projeler için ücretsiz olan ThingSpeak.com'dur (günde 8.200'den az mesaj). Sayacın WiFi sürümünün çalışması için bir WiFi ağına yakın olması gerekir. Evsel su kuyuları, WiFi'li bir evin yakınında bulundukları için genellikle bu koşulu karşılar. Sayaç bir veri kaydedici içermez, bunun yerine su seviyesi verilerini bulutta depolandığı ThingSpeak'e gönderir. Bu nedenle, bir veri iletim sorunu varsa (örn. İnternet kesintisi sırasında) o güne ait su seviyesi verileri iletilmez ve kalıcı olarak kaybolur.

Sayaç, sığ su derinliklerine sahip (yer yüzeyinin 10 m altında) büyük çaplı (0.9 m iç çap) kazılmış kuyular için tasarlanmış ve test edilmiştir. Bununla birlikte, çevresel izleme kuyuları, sondaj kuyuları ve yüzey suyu kütleleri gibi diğer durumlarda su seviyelerini ölçmek için potansiyel olarak kullanılabilir.

Burada sunulan sayaç tasarımı, bir evsel su deposundaki su seviyelerini ölçmek ve su seviyesini Twitter üzerinden raporlamak için yapılmış bir sayaçtan sonra değiştirildi, Tim Ousley tarafından 2015 yılında yayınlandı: https://www.instructables.com/id/Wi -Fi-Twitter-Wa…. Orijinal tasarım ile burada sunulan tasarım arasındaki temel farklar, sayacı kablolu bir güç adaptörü yerine AA pillerle çalıştırabilme, verileri bir Twitter mesajı yerine zaman serisi grafiğinde görüntüleyebilme ve kullanım su seviyelerini ölçmek için özel olarak tasarlanmış bir ultrasonik sensör.

Su seviyesi ölçeri oluşturmak için adım adım talimatlar aşağıda verilmiştir. Sayaç yapım sürecine başlamadan önce inşaatçının tüm inşaat adımlarını okuması tavsiye edilir. Bu projede kullanılan IoT cihazı bir Particle Photon'dur ve bu nedenle aşağıdaki bölümlerde “IoT cihazı” ve “Foton” terimleri birbirinin yerine kullanılmaktadır.

Gereçler

Elektronik parçalar:

Sensör – MaxBotix MB7389 (5m menzil)

IoT cihazı - Başlıklı Parçacık Fotonu

Anten (dahili anten, ölçüm cihazı kasasına takılıdır) – 2,4 GHz, 6dBi, IPEX veya u. FL konektörü, 170 mm uzunluğunda

Pil takımı – 4 X AA

Tel – geçmeli konnektörlü atlama teli (300 mm uzunluk)

Piller – 4 X AA

Sıhhi Tesisat ve Donanım Parçaları:

Boru - ABS, 50 mm (2 inç) çap, 125 mm uzunluk

Üst kapak, ABS, 50 mm (2 inç), su geçirmezlik sağlamak için contalı dişli

Alt kapak, PVC, 50 mm (2 inç) sensöre uyacak şekilde ¾ inç dişi NPT dişli

2 Boru bağlantı elemanı, ABS, 50 mm (2 inç) üst ve alt kapağı ABS borusuna bağlamak için

Üst kapakta askı yapmak için halkalı cıvata ve 2 somun, paslanmaz çelik (1/4 inç)

Diğer malzemeler: elektrik bandı, Teflon bant, lehim, silikon, kasa montajı için yapıştırıcı

Adım 1: Sayaç Kasasını Birleştirin

Sayaç kasasını yukarıdaki Şekil 1 ve 2'de gösterildiği gibi monte edin. Sensör ve halkalı cıvata dahil olmak üzere uçtan uca monte edilen sayacın toplam uzunluğu yaklaşık 320 mm'dir. Sayaç kasası yapımında kullanılan 50 mm çapındaki ABS borunun uzunluğu yaklaşık 125 mm olacak şekilde kesilmelidir. Bu, kasanın içinde IoT cihazını, pil takımını ve 170 mm uzunluğunda dahili anteni barındırmak için yeterli alan sağlar.

Kasayı su geçirmez hale getirmek için tüm bağlantıları silikon veya ABS yapıştırıcı ile kapatın. Bu çok önemlidir, aksi takdirde kasanın içine nem girebilir ve iç bileşenleri tahrip edebilir. Nemi emmek için kasanın içine küçük bir kurutucu paket yerleştirilebilir.

Bir delik açarak ve delikli cıvatayı ve somunu yerleştirerek üst kapağa bir delikli cıvata takın. Gözlü cıvatayı sabitlemek için kasanın hem içinde hem de dışında bir somun kullanılmalıdır. Su geçirmez hale getirmek için cıvata deliğinde kapağın içini silikonlayın.

Adım 2: Kabloları Sensöre Bağlayın

Foton'a (yani sensör pimleri GND, V+ ve Pim 2) takmak için sensöre üç kablo (bkz. Şekil 3a) lehimlenmelidir. Sensör üzerindeki bağlantı delikleri küçük ve birbirine yakın olduğu için kabloları sensöre lehimlemek zor olabilir. İyi, güçlü bir fiziksel ve elektriksel bağlantı olması ve bitişik teller arasında lehim arklarının olmaması için tellerin sensöre uygun şekilde lehimlenmesi çok önemlidir. İyi aydınlatma ve bir büyüteç, lehimleme işlemine yardımcı olur. Daha önce lehimleme deneyimi olmayanlar için, kabloları sensöre lehimlemeden önce biraz lehimleme uygulaması önerilir. SparkFun Electronics'te (https://learn.sparkfun.com/tutorials/how-to-solder…) lehimleme hakkında çevrimiçi bir eğitim mevcuttur.

Teller sensöre lehimlendikten sonra, sensörden dışarı taşan fazla çıplak tel, tel kesicilerle yaklaşık 2 mm uzunluğa kadar kesilebilir. Lehim bağlantılarının kalın bir silikon boncuk ile kaplanması tavsiye edilir. Bu, bağlantılara daha fazla güç verir ve sayaç kasasına nem girerse sensör bağlantılarında korozyon ve elektrik sorunları olasılığını azaltır. İlave koruma ve gerilim azaltma sağlamak için sensör bağlantısındaki üç kablonun etrafına elektrik bandı da sarılabilir, bu da tellerin lehim bağlantılarında kırılma olasılığını azaltır.

Sensör kablolarının bir ucunda Foton'a takmak için itmeli tip konektörler (bkz. Şekil 3b) bulunabilir. Basmalı konektörlerin kullanılması, sayacın monte edilmesini ve sökülmesini kolaylaştırır. Sensör kabloları, sayaç kasasının tüm uzunluğunu uzatabilmeleri için en az 270 mm uzunluğunda olmalıdır. Bu uzunluk, fotonun kasanın alt ucundaki sensör yerindeyken kasanın üst ucundan bağlanmasına izin verecektir. Tavsiye edilen bu kablo uzunluğunun, sayaç kutusunu yapmak için kullanılan ABS borunun 125 mm uzunluğunda kesildiğini varsaydığını unutmayın. Kabloları kesmeden ve sensöre lehimlemeden önce, fotonun kasa monte edildikten ve sensör kalıcı olarak takıldıktan sonra bağlanabilmesi için 270 mm'lik bir kablo uzunluğunun sayaç kasasının üst kısmını aşmak için yeterli olduğunu onaylayın. dosya.

Sensör artık sayaç kasasına takılabilir. Su geçirmez bir sızdırmazlık sağlamak için Teflon bant kullanılarak alt kapağa sıkıca vidalanmalıdır.

3. Adım: Sensörü, Pil Paketini ve Anteni IoT Cihazına Takın

Sensörü, pil takımını ve anteni Photon'a takın (Şekil 4) ve tüm parçaları sayaç kasasına yerleştirin. Şekil 4'te gösterilen pin bağlantılarının listesi aşağıda verilmiştir. Sensör ve pil takımı kabloları, doğrudan Foton'a lehimlenerek veya Fotonun alt tarafındaki başlık pimlerine takılan itmeli tip konektörlerle (Şekil 2'de görüldüğü gibi) takılabilir. Push-on konektörlerin kullanılması, sayacın sökülmesini veya arızalanması durumunda Photon'un değiştirilmesini kolaylaştırır. Photon'daki anten bağlantısı, u. FL tipi bir konektör gerektirir (Şekil 4) ve bağlantıyı yapmak için Photon'a çok sıkı bir şekilde itilmesi gerekir. Sayaç test edilmeye veya bir kuyuya takılmaya hazır olana kadar pilleri pil takımına takmayın. Bu tasarımda açma/kapama düğmesi bulunmamaktadır, bu nedenle piller takılıp çıkarılarak sayaç açılıp kapatılır.

IoT cihazındaki pin bağlantılarının listesi (Particle Photon):

Foton pimi D3 - bağlantı - Sensör pimi 2, veri (kahverengi tel)

Foton pimi D2 - bağlantı - Sensör pimi 6, V+ (kırmızı kablo)

Foton pimi GND - bağlantı - Sensör pimi 7, GND (siyah kablo)

Foton pini VIN - şuna bağlanın - Pil takımı, V+ (kırmızı kablo)

Foton pimi GND - şuna bağlanın - Pil takımı, GND (siyah kablo)

Photon u. FL pini - bağlanın - Anten

Adım 4: Yazılım Kurulumu

Sayacın yazılımını kurmak için beş ana adım gereklidir:

1. Photon ile çevrimiçi bir arayüz sağlayacak bir Parçacık hesabı oluşturun. Bunu yapmak için Particle mobil uygulamasını bir akıllı telefona indirin: https://docs.particle.io/quickstart/photon/. Uygulamayı yükledikten sonra, bir Particle hesabı oluşturun ve Photon'u hesaba eklemek için çevrimiçi talimatları izleyin. Particle uygulamasını indirmeye ve yeniden bir hesap oluşturmaya gerek kalmadan aynı hesaba herhangi bir ek Foton eklenebileceğini unutmayın.

2. Bir ThingSpeak hesabı oluşturun https://thingspeak.com/login ve su seviyesi verilerini görüntülemek için yeni bir kanal kurun. Bir su sayacı için bir ThingSpeak web sayfası örneği, Şekil 5'te gösterilmektedir ve burada da görüntülenebilir: https://thingspeak.com/channels/316660. Bir ThingSpeak kanalı kurma talimatları https://docs.particle.io/tutorials/device-cloud/w adresinde verilmiştir… Diğer Fotonlar için ek kanalların, başka bir ThingSpeak hesabı oluşturmaya gerek kalmadan aynı hesaba eklenebileceğini unutmayın..

3. Photon'dan ThingSpeak kanalına su seviyesi verilerini iletmek için bir “web kancası” gereklidir. Web kancası kurma talimatları https://docs.particle.io/tutorials/device-cloud/w… adresinde verilmiştir. Birden fazla su sayacı kuruluyorsa, her ek Foton için benzersiz bir ada sahip yeni bir web kancası oluşturulmalıdır.

4. Yukarıdaki adımda oluşturulan webhook, Photon'u çalıştıran koda eklenmelidir. Su seviyesi ölçerin WiFi sürümünün kodu ekteki dosyada verilmiştir (Code1_WiFi.txt). Bir bilgisayarda, Particle web sayfasına gidin https://login.particle.io/login?redirect=https://… Particle hesabında oturum açın ve Particle uygulama arayüzüne gidin. Kodu kopyalayın ve Particle uygulaması arayüzünde yeni bir uygulama oluşturmak için kullanın. Yukarıda oluşturulan web kancasının adını kodun 87. satırına ekleyin. Bunu yapmak için, tırnak işaretleri içindeki metni silin ve 87. satırdaki tırnak işaretleri içine yeni web kancası adını ekleyin, bu aşağıdaki gibidir:

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

5. Kod artık doğrulanabilir, kaydedilebilir ve Photon'a yüklenebilir. Kodun, buluttan Photon'da saklandığını ve üzerine kurulduğunu unutmayın. Bu kod, su sayacını su kuyusundayken çalıştırmak için kullanılacaktır. Saha kurulumu sırasında, raporlama sıklığını günde bir kez ayarlamak ve su kuyusu hakkında bilgi eklemek için kodda bazı değişiklikler yapılması gerekecektir (bu, ekteki Su Seviyesi Ölçer Talimatları.pdf dosyasında “” başlıklı bölümde açıklanmıştır. Sayacın Su Kuyusuna Kurulumu”).

Adım 5: Metreyi Test Edin

Sayaç yapımı ve yazılım kurulumu artık tamamlanmıştır. Bu noktada sayacın test edilmesi önerilir. İki test tamamlanmalıdır. İlk test, sayacın su seviyelerini doğru bir şekilde ölçebildiğini ve verileri ThingSpeak'e gönderebildiğini doğrulamak için kullanılır. İkinci test, Fotonun güç tüketiminin beklenen aralıkta olduğunu doğrulamak için kullanılır. Foton çok fazla güç kullanıyorsa piller beklenenden daha erken bozulacağı için bu ikinci test yararlıdır.

Test amacıyla, kod her iki dakikada bir su seviyelerini ölçecek ve raporlayacak şekilde ayarlanmıştır. Bu, ölçüm cihazı test edilirken ölçümler arasında beklemek için pratik bir süredir. Farklı bir ölçüm frekansı isteniyorsa kodun 16. satırındaki MeasureTime değişkenini istediğiniz ölçüm frekansına değiştirin. Ölçüm frekansı saniye cinsinden girilir (yani 120 saniye, iki dakikaya eşittir).

İlk test ofiste metreyi zeminden yukarı asarak, açarak ve ThingSpeak kanalının sensör ile zemin arasındaki mesafeyi doğru bir şekilde bildirip bildirmediğini kontrol ederek yapılabilir. Bu test senaryosunda ultrasonik darbe, kuyudaki su yüzeyini simüle etmek için kullanılan zeminden yansır.

İkinci test için, pil takımı ile Foton arasındaki elektrik akımı, Foton veri sayfasındaki özelliklerle eşleştiğini doğrulamak için ölçülmelidir: https://docs.particle.io/datasheets/wi-fi/photon-d… Deneyimler, bu testin, arızalı IoT cihazlarının sahada konuşlandırılmadan önce belirlenmesine yardımcı olduğunu göstermiştir. Pil takımı üzerindeki pozitif V+ kablosu (kırmızı kablo) ile Foton üzerindeki VIN pimi arasına bir akım ölçer yerleştirerek akımı ölçün. Akım, hem çalışma modunda hem de derin uyku modunda ölçülmelidir. Bunu yapmak için, Fotonu açın ve yaklaşık 20 saniye boyunca çalışan çalışma modunda (Fotonun üzerindeki LED'in camgöbeği rengine dönmesiyle belirtildiği gibi) başlayacaktır. Bu süre boyunca çalışma akımını gözlemlemek için akım ölçeri kullanın. Foton daha sonra iki dakika boyunca otomatik olarak derin uyku moduna geçer (Fotonun üzerindeki LED'in kapanmasıyla belirtildiği gibi). Şu anda derin uyku akımını gözlemlemek için akım ölçeri kullanın. Çalışma akımı 80 ile 100 mA arasında, derin uyku akımı ise 80 ile 100 µA arasında olmalıdır. Akım bu değerlerden yüksekse Foton değiştirilmelidir.

Sayaç artık bir su kuyusuna kurulmaya hazırdır (Şekil 6). Sayacı bir su kuyusuna nasıl kuracağınıza ilişkin talimatlar ekteki dosyada verilmiştir (Su Seviyesi Ölçer Talimatları.pdf).

Adım 6: Metrenin Hücresel Versiyonu Nasıl Yapılır

Su sayacının hücresel versiyonu, daha önce açıklanan parça listesi, talimatlar ve kodda değişiklikler yapılarak oluşturulabilir. Hücresel sürüm, İnternet'e hücresel bir sinyal aracılığıyla bağlandığı için WiFi gerektirmez. Sayacın hücresel versiyonunu oluşturmak için gereken parçaların maliyeti yaklaşık 300 Can$'dır (vergiler ve nakliye hariç), artı hücresel IoT cihazıyla birlikte gelen hücresel veri planı için ayda yaklaşık Can$4'tür.

Hücresel ölçüm cihazı, aşağıdaki değişikliklerle yukarıda listelenen aynı parçaları ve yapım adımlarını kullanır:

• WiFi IoT cihazını (Particle Photon) hücresel bir IoT cihazı (Particle Electron) ile değiştirin: https://store.particle.io/collections/cell/pr…. Sayacı oluştururken, Adım 3'te sayacın WiFi sürümü için yukarıda açıklanan aynı pin bağlantılarını kullanın.

• Hücresel IoT cihazı, WiFi sürümünden daha fazla güç kullanır ve bu nedenle iki pil kaynağı önerilir: IoT cihazıyla birlikte gelen 3,7V Li-Po pil ve 4 AA pil içeren bir pil takımı. 3.7V LiPo pil, sağlanan konektörlerle doğrudan IoT cihazına bağlanır. AA pil takımı IoT cihazına yukarıda Adım 3'te sayacın WiFi sürümü için açıklananla aynı şekilde takılır. Saha testleri, sayacın hücresel sürümünün yukarıda açıklanan pil kurulumunu kullanarak yaklaşık 9 ay boyunca çalışacağını göstermiştir.. Hem AA pil paketini hem de 2000 mAh 3,7 V Li-Po pili kullanmanın bir alternatifi, daha yüksek kapasiteli (ör. 4000 veya 5000 mAh) bir 3,7 V Li-Po pil kullanmaktır.

• Sayaca harici bir anten takılmalıdır, örneğin: https://www.amazon.ca/gp/product/B07PZFV9NK/ref=p…. Su sayacının kullanılacağı yerde hücresel servis sağlayıcı tarafından kullanılan frekans için derecelendirildiğinden emin olun. Hücresel IoT cihazıyla birlikte gelen anten, dış mekanda kullanıma uygun değildir. Harici anten, antenin kuyu başında kuyunun dışına takılmasını sağlayan uzun (3 m) bir kablo ile bağlanabilir (Şekil 7). Anten kablosunun kasanın altından geçirilmesi ve nem girişini önlemek için silikonla iyice yalıtılması önerilir (Şekil 8). Kaliteli, su geçirmez, dış mekan koaksiyel uzatma kablosu önerilir.

• Hücresel IoT cihazı, sayacın WiFi sürümünden farklı bir kodla çalışır. Sayacın hücresel versiyonunun kodu ekli dosyada verilmiştir (Code2_Cellular.txt).