Monitor poziomu soli zmiękczającej wodę: 7 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Zmiękczacze wody działają w procesie zwanym wymianą jonową, w którym jony wapnia i magnezu z twardej wody są wymieniane z chlorkiem sodu (sól) za pomocą specjalnej żywicy. Woda trafia do naczynia ciśnieniowego, gdzie przechodzi przez kulki żywicy, a wapń i magnez są zastępowane sodem. Kulki żywicy w końcu się zużyją i nie będą w stanie zebrać więcej twardych minerałów. Proces ładowania lub regeneracji przepuszcza roztwór słonej wody przez kulki żywicy, które oddzielają minerały powodujące twardość i spłukują je nieszkodliwie do odpływu. Perełki żywicy pozostawia się odświeżone i gotowe do przygotowania większej ilości zmiękczonej wody.

Zmiękczacze wody jonowymienne są dostępne w wielu kształtach i rozmiarach, ale wszystkie mają jedną wspólną cechę: zbiornik solanki, który co kilka tygodni wymaga napełniania solą, aby zagwarantować regularne dostarczanie miękkiej wody. Zmiękczacze wody nie są zbyt atrakcyjnym sprzętem, dlatego są wyrzucane w jakieś niedostępne miejsca, co oznacza, że wymagana jest specjalna wizyta w celu sprawdzenia poziomu soli. Najczęściej wskazówką do dodania większej ilości soli są domownicy narzekający na twardą wodę. Wymagany jest czujnik poziomu soli typu „zamontuj i zapomnij”, który może wysłać przypomnienie, gdy w zmiękczaczu jest niski poziom soli. W tej instrukcji czujnik zasięgu jest używany do pomiaru poziomu soli w zmiękczaczu wody co kilka godzin, a wynik jest publikowany na ThingSpeak. Gdy poziom soli spadnie, ThingSpeak wyśle e-mail z przypomnieniem, aby napełnić zbiornik solanki solą. Wszystkie komponenty do tego projektu są dostępne na eBayu, jak zwykle najtańsze części pochodzą z Azji. Nawet przy zakupie wszystkich komponentów całkowity koszt wyniesie około 10 USD. Do wykonania tego projektu potrzeba wielu umiejętności, takich jak lutowanie czy korzystanie z Arduino IDE. Wszystkie te techniki są opisane w innych instrukcjach i nie są tutaj powtarzane.

Kieszonkowe dzieci

Uchwyt baterii AA Moduł zasięgu VL53L0X Dioda Shottky'ego BAT43 Kondensator 100nF 2 rezystory 5k 2 rezystory 470 Ohm Moduł adaptera szeregowego FT232RL Bateria litowo-tionylowo-chlorkowa rozmiaru AA Moduł mikrokontrolera ESP-07 Rozmaitości, przewody, skrzynki itp.

Krok 1: Detektor poziomu soli

VL53L0X służy do wykrywania powierzchni soli w zmiękczaczu wody. Czujnik działa, wysyłając impuls światła i mierząc czas potrzebny na odbicie. Najlepsze rezultaty uzyskuje się stosując w ciemności białą powierzchnię odbijającą światło, dokładnie taką, jaką mamy w pojemniku na sól. Sam czujnik jest bardzo mały i trudny w obsłudze. Jako taki można go kupić jako moduł zawierający interfejs I2C. To znacznie ułatwia połączenie z innymi mikrokontrolerami, takimi jak Arduino czy Raspberry Pi. Ponieważ okienka lasera i czujnika są bardzo małe, warstwa folii spożywczej zapobiega blokowaniu urządzenia przez brud. Moduł musi leżeć płasko w górnej części zmiękczacza wody, aby przewody lub lut nie wystawały po stronie czujnika. moduł. Udało się to osiągnąć poprzez oparcie modułu podczas lutowania, czujnikiem w dół, na kawałku drewna, aby zatrzymać lutowanie lub formowanie drutu po stronie czujnika.

Krok 2: Programowanie ESP-07

Intencją było, aby monitor poziomu soli był zasilany bateryjnie, dlatego wybrano gołą wersję modułu chipowego ESP8266, aby zminimalizować prąd czuwania i zapewnić co najmniej rok żywotności baterii. W przeciwieństwie do niektórych bardziej wyrafinowanych wersji, które zawierają regulatory napięcia i interfejs USB, do podstawowego ESP-07 używanego w tym projekcie należy dodać kilka dodatkowych komponentów. Adapter szeregowy jest tymczasowo podłączony do flashowania ESP-07 i monitora port szeregowy podczas testowania. Pamiętaj, że adapter szeregowy zostanie usunięty, gdy będziemy zadowoleni, że wszystko działa poprawnie, nie czyń go zbyt solidnym. Z jakiegoś powodu linie SDA i SCL wymagały zamiany, aby czujnik działał, spróbuj tego, jeśli zakres jest zablokowany na pełnej skali. Może dziwactwo chińskiej produkcji? Do zasilania tego projektu używana jest bateria litowo-chlorkowo-tionylowa. Rozmiar AA tej baterii ma stałe napięcie 3,6 V i pojemność 2600 mAh, idealne do zasilania ESP-07. Baterie te można znaleźć u wyspecjalizowanych dostawców baterii, ale nie w zwykłych punktach sprzedaży detalicznej. Sądzę, że nie odważą się pozwolić, aby opinia publiczna straciła baterię dwukrotnie wyższą od normalnego napięcia!

Kiedy ESP-07 się włącza, piny robią dziwne rzeczy, dopóki nie zakończy procedury uruchamiania. Ze względów bezpieczeństwa w połączeniach z wyjściami modułu znajdują się rezystory, aby zapobiec szkodliwym prądom. Szkic Arduino dla tego projektu jest załączony w pliku tekstowym. Jak zwykle będziesz musiał go edytować za pomocą własnych poświadczeń routera i klucza API z konta ThingSpeak. Ponadto statyczny adres IP służy do przyspieszenia czasu połączenia Wi-Fi i zaoszczędzenia prądu. Może to wiązać się ze zmianą adresów IP w celu dopasowania do Twojej sieci. W adresie IP używane są przecinki, a nie kropka! W Internecie jest ogromna ilość informacji na temat flashowania i używania ESP8266, jeśli potrzebujesz dodatkowej pomocy. Podsumowując, flashowanie przebiega w następujący sposób:

Uruchom Arduino IDE na komputerze i upewnij się, że płyta ESP8266 jest zainstalowana i wybrana Może być konieczne zainstalowanie bibliotek dla czujnika i WiFiLoad w szkicu monitora załączonym poniżej i zmodyfikowanie w razie potrzeby Sprawdź, czy szkic kompiluje się bez błędówPodłącz GPIO0 do uziemienia za pomocą rezystora 5kGlot baterię do uchwytu Podłącz adapter USBWgraj kod sprawdzając czy jest prawidłowo podłączony Wyjmij baterię a następnie odłącz połączenie GPIO0. Uruchom monitor szeregowy i wymień baterięPrzed przejściem modułu w stan uśpienia powinny zostać przywitane wydruki szeregowe ze szkicu

Skrócenie czasu cyklu do około 20 sekund znacznie ułatwi debugowanie. Ponadto, w zależności od routera, czas połączenia może wymagać dostosowania, aby zapewnić niezawodne łącze. Gdy wszystko działa, można wyjąć adapter USB i podłączyć monitor do serwisu.

Krok 3: Okablowanie końcowe

Kiedy myślimy, że monitor jest skonfigurowany tak, jak nam się podoba, okablowanie można uporządkować tak, jak na zdjęciu. Czerwona dioda LED zasilania powinna zostać usunięta, ponieważ jest to pobór mocy podczas głębokiego uśpienia. Można go delikatnie pingować śrubokrętem lub odlutować. Jeśli sygnał WiFi jest za niski, zasięg można poprawić, podłączając antenę zewnętrzną. W takim przypadku łącznik łączący antenę ceramiczną należy usunąć tak jak diodę LED. Jeśli ESP-07 pracuje bez ceramicznego łącza antenowego, zawsze musi być podłączona antena zewnętrzna.

Krok 4: Instalacja czujnika

Czujnik wymaga montażu powyżej najwyższego poziomu soli w zbiorniku solanki. W tej instalacji pokrywa zmiękczacza wody okazała się dogodnym miejscem do umieszczenia czujnika. W pokrywie wywiercony jest mały otwór, aby czujnik mógł zobaczyć poziom soli. Ponieważ mieszanina solanki jest bardzo korozyjna, do zakrycia otworu i ochrony czujnika zastosowano warstwę folii samoprzylepnej. Akumulator i ESP-07 można również zamontować obok czujnika na pokrywie. Zawsze istnieje możliwość podłączenia anteny zewnętrznej, jeśli siła sygnału WiFi okaże się marginalna. W tej instalacji czujnik, ESP-07 i akumulator zostały po prostu przyklejony do górnej części pokrywki, gdy zmiękczacz wody był schowany w szafce. W bardziej narażonych sytuacjach potrzebny byłby odpowiedni futerał.

Krok 5: Żywotność baterii

Aby oszacować żywotność baterii, musimy zmierzyć prąd czuwania i prąd w stanie czuwania monitora. Okazało się to dość trudne, ponieważ ESP-07 może łatwo zablokować się podczas wprowadzania zmian, takich jak zmiana zakresów mierników. Ostatecznym rozwiązaniem było dodanie rezystora 0,1 Ohm do przewodu zasilającego i pomiar prądu za pomocą oscyloskopu podczas okresu budzenia. Każdy pomiar trwał 6,7 sekundy przy średnim prądzie 77mA. Prąd uśpienia mierzono poprzez podłączenie diody i rezystora 5k równolegle do przewodu zasilającego. Dioda przenosi prąd budzenia, ale niski prąd czuwania jest przenoszony przez rezystor. Dało to prąd czuwania 28,8 uA. Czas uśpienia w programie jest ustawiony na około 1 godzinę między pomiarami. Przez rok monitor będzie zużywał 250 mAh w trybie czuwania i 1255 mAh w stanie czuwania lub łącznie 1505 mAh. Bateria 2600 mAh zastosowana w tym monitorze powinna wystarczyć na ponad rok. Żywotność baterii można wydłużyć jeszcze bardziej, mierząc poziom soli z mniejszą częstotliwością. Niestety czas uśpienia ESP-07 nie może być łatwo dłuższy niż około godziny. Jednym ze sposobów na obejście tego problemu jest wybudzanie ESP-07 co godzinę, a następnie natychmiastowe ponowne usypianie. Istnieje możliwość niewybudzania modemu, a wykres pokazuje, że zmniejsza to o połowę ilość zużywanej mocy. Mierząc poziom soli tylko 4 razy dziennie, możemy spodziewać się żywotności baterii około 5 lat. Poniższy kod wykorzystuje pamięć ESP8266 RTC do przechowywania, ile razy moduł był w stanie głębokiego uśpienia. W tym szkicu jest 6 okresów snu przed dokonaniem pomiaru, co daje 7 godzin pomiędzy odczytami. Oczywiście można to dostosować do aplikacji. Zawsze mocno zatrzaśnij baterię na swoim miejscu, przerwane połączenie może zablokować ESP-07 i rozładować baterię. Bateria powinna wystarczyć na kilka lat, zanim zostanie wymieniona na dłuższy czas uśpienia. Ponownie najlepiej przetestować moduł z 10 sekundami uśpienia, 7 godzin to długi czas oczekiwania na sprawdzenie, czy działa…

Krok 6: Wykres poziomu soli

Dwa wykresy pokazują poziom soli w zmiękczaczu wody oraz siłę sygnału Wi-Fi, przydatne narzędzie do rozwiązywania problemów. Wykres poziomu soli wskazuje, kiedy nastąpiła regeneracja, a czas między regeneracjami daje wyobrażenie o zużyciu wody. Ten monitor nie tylko pokazuje, kiedy potrzebna jest większa ilość soli, ale także na dozowanym zmiękczaczu może wskazywać na nadmierne zużycie wody. VL53L0X ma zasięg do około 2 m, w zależności od powierzchni odbijającej. Możliwe są inne zastosowania, takie jak monitorowanie poziomu oleju lub wody w zbiornikach, w których głębokość zmienia się powoli w czasie.

Krok 7: Przypomnienie e-mailem

E-maile z przypomnieniem o niskim poziomie soli można wysyłać z ThingSpeak. Obejmuje to skonfigurowanie dwóch aplikacji z menu APPS, pierwsza to Analiza MATLAB, która skomponuje i wyśle e-mail, jeśli poziom soli przekroczy określony limit. Druga aplikacja to TimeControl, w której możesz zdecydować, jak często sprawdzać poziom soli. Konfiguracja aplikacji TimeControl jest dość intuicyjna, w tym przypadku poziom soli jest sprawdzany codziennie, uruchamiając analizę MATLAB. Dokuczliwy e-mail będzie wysyłany codziennie, gdy poziom soli osiągnie niski poziom. Analiza MATLAB zastosowana w tej instrukcji znajduje się poniżej. Będzie wymagał aktualizacji przy użyciu własnego identyfikatora kanału i ApiKey. Ponadto w oświadczeniu „if” należy podać minimalny poziom soli dla twojego zbiornika. Mam nadzieję, że zapewni to wystarczająco dużo szczegółów, aby otrzymywać e-maile bez konieczności zagłębiania się w zawiłości kodowania ThingSpeak.