Miernik temperatury, przewodności i poziomu wody w studni w czasie rzeczywistym: 6 kroków (ze zdjęciami)

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

Instrukcje te opisują, jak zbudować tani, działający w czasie rzeczywistym wodomierz do monitorowania temperatury, przewodności elektrycznej (EC) i poziomu wody w studniach kopanych. Miernik jest przeznaczony do zawieszenia w wykopanej studni, pomiaru temperatury wody, EC i poziomu wody raz dziennie oraz wysyłania danych przez WiFi lub połączenie komórkowe do Internetu w celu natychmiastowego przeglądania i pobierania. Koszt części do zbudowania licznika wynosi około 230 USD za wersję WiFi i 330 USD za wersję komórkową. Wodomierz pokazano na rysunku 1. Pełny raport z instrukcją budowy, wykazem części, wskazówkami dotyczącymi budowy i obsługi wodomierza oraz montażu wodomierza w studni znajduje się w załączonym pliku (EC Licznik Instrukcje.pdf). Wcześniej opublikowana wersja tego wodomierza jest dostępna tylko do monitorowania poziomu wody (https://www.instructables.com/id/A-Real-Time-Well-…).

Miernik wykorzystuje trzy czujniki: 1) czujnik ultradźwiękowy do pomiaru głębokości wody w studni; 2) wodoodporny termometr do pomiaru temperatury wody oraz 3) zwykła dwubolcowa wtyczka do użytku domowego, która służy jako tani czujnik EC do pomiaru przewodności elektrycznej wody. Czujnik ultradźwiękowy jest przymocowany bezpośrednio do obudowy miernika, która wisi na górze studni i mierzy odległość między czujnikiem a poziomem wody w studni; czujnik ultradźwiękowy nie styka się bezpośrednio z wodą w studni. Czujniki temperatury i EC muszą być zanurzone pod wodą; te dwa czujniki są przymocowane do obudowy miernika za pomocą kabla, który jest wystarczająco długi, aby umożliwić czujnikom wysunięcie się poniżej poziomu wody.

Czujniki są podłączone do urządzenia Internetu Rzeczy (IoT), które łączy się z siecią Wi-Fi lub komórkową i wysyła dane dotyczące wody do usługi internetowej w celu wykreślenia. Serwisem internetowym używanym w tym projekcie jest ThingSpeak.com (https://thingspeak.com/), z którego można korzystać bezpłatnie w przypadku niekomercyjnych małych projektów (mniej niż 8 200 wiadomości dziennie). Aby miernik w wersji WiFi działał, musi znajdować się w pobliżu sieci WiFi. Studnie domowe często spełniają ten warunek, ponieważ znajdują się blisko domu z WiFi. Miernik nie zawiera rejestratora danych, raczej wysyła dane o wodzie do ThingSpeak, gdzie są przechowywane w chmurze. Dlatego w przypadku problemu z transmisją danych (np. podczas przerwy w dostępie do internetu) dane dotyczące wody na ten dzień nie są przesyłane i są trwale tracone.

Prezentowany projekt miernika został zmodyfikowany po mierniku, który został wykonany do pomiaru poziomu wody w zbiorniku wody użytkowej i raportowania poziomu wody za pośrednictwem Twittera (https://www.instructables.com/id/Wi-Fi-Twitter-Wat…). Główne różnice pomiędzy projektem oryginalnym a przedstawionym tutaj to możliwość zasilania miernika na bateriach AA zamiast przewodowego zasilacza, możliwość przeglądania danych w postaci wykresu szeregów czasowych zamiast wiadomości na Twitterze, zastosowanie czujnik ultradźwiękowy, który jest specjalnie zaprojektowany do pomiaru poziomu wody oraz dodanie czujników temperatury i EC.

Niedrogi, wykonany na zamówienie czujnik EC, który jest wykonywany ze zwykłą, domową wtyczką, został oparty na konstrukcji czujnika do pomiaru stężenia nawozów w warunkach hydroponiki lub akwaponiki (https://hackaday.io/project/7008-fly -wojny z hakerami…). Pomiary przewodności z czujnika EC są kompensowane temperaturowo za pomocą danych temperaturowych dostarczanych przez czujnik temperatury wody. Wykonany na zamówienie czujnik EC opiera się na prostym obwodzie elektrycznym (dzielnik napięcia stałego), który może być używany tylko do stosunkowo szybkich, dyskretnych pomiarów przewodności (tj. nie do ciągłych pomiarów EC). Pomiary przewodności w tej konstrukcji można wykonywać w przybliżeniu co pięć sekund. Ponieważ obwód ten wykorzystuje prąd stały, a nie prąd przemienny, wykonywanie pomiarów przewodności w odstępach krótszych niż pięć sekund może spowodować polaryzację jonów w wodzie, co prowadzi do niedokładnych odczytów. Wykonany na zamówienie czujnik EC został przetestowany z komercyjnym miernikiem EC (YSI EcoSense pH/EC 1030A) i stwierdzono, że mierzy przewodność w zakresie około 10% komercyjnego miernika dla roztworów o wartości ±500 uS/cm od wartości kalibracji czujnika. W razie potrzeby niedrogi, wykonany na zamówienie czujnik EC można zastąpić komercyjną sondą, taką jak sonda przewodności Atlas Scientific (https://atlas-scientific.com/probes/conductivity-p…).

Wodomierz w niniejszym raporcie został zaprojektowany i przetestowany dla studni kopanych o dużej średnicy (0,9 m średnicy wewnętrznej) i płytkich głębokościach wody (poniżej 10 m pod powierzchnią gruntu). Potencjalnie może być jednak wykorzystany do pomiaru poziomu wody w innych sytuacjach, takich jak studnie monitoringu środowiska, studnie wiercone i zbiorniki wód powierzchniowych.

Instrukcje krok po kroku dotyczące budowy wodomierza znajdują się poniżej. Zaleca się, aby budowniczy przeczytał wszystkie etapy budowy przed rozpoczęciem procesu budowy licznika. Urządzenie IoT użyte w tym projekcie to Particle Photon, dlatego w kolejnych rozdziałach terminy „Urządzenie IoT” i „Photon” są używane zamiennie.

Kieszonkowe dzieci

Tabela 1: Lista części

Części elektroniczne:

Czujnik poziomu wody – MaxBotix MB7389 (zasięg 5m)

Wodoodporny cyfrowy czujnik temperatury

Urządzenie IoT - Particle Photon z nagłówkami

Antena (antena zamontowana w obudowie miernika) – złącze 2,4 GHz, 6dBi, IPEX lub u. FL, długość 170 mm

Przedłużacz do wykonania sondy przewodności – 2-bolcowy, zwykły przewód zewnętrzny o długości 5 m

Przewód do przedłużenia sondy temperatury, 4 żyły, długość 5 m

Przewód – przewód połączeniowy ze złączami wciskanymi (długość 300 mm)

Akumulator – 4 x AA

Baterie – 4 x AA

Części hydrauliczne i sprzętowe:

Rura - ABS, średnica 50 mm (2 cale), długość 125 mm

Górna pokrywa, ABS, 50 mm (2 cale), gwintowana z uszczelką, aby zapewnić wodoszczelne uszczelnienie

Dolna nasadka, PVC, 50 mm (2 cale) z ¾ calowym gwintem wewnętrznym NPT pasującym do czujnika

2 złączki rurowe, ABS, 50 mm (2 cale) do podłączenia górnej i dolnej zaślepki do rury ABS

Śruba oczkowa i 2 nakrętki ze stali nierdzewnej (1/4 cala) do zawieszenia na górnej pokrywie

Inne materiały: taśma elektryczna, taśma teflonowa, termokurczliwa, butelka na tabletki do wykonania osłony czujnika EC, lut, silikon, klej do montażu obudowy

Krok 1: Złóż obudowę miernika

Zmontuj obudowę miernika, jak pokazano na rysunkach 1 i 2 powyżej. Całkowita długość zmontowanego miernika, od czubka do czubka, łącznie z czujnikiem i śrubą oczkową, wynosi około 320 mm. Rura ABS o średnicy 50 mm używana do wykonania obudowy miernika powinna zostać przycięta do około 125 mm długości. Dzięki temu wewnątrz obudowy jest wystarczająco dużo miejsca, aby pomieścić urządzenie IoT, akumulator i wewnętrzną antenę o długości 170 mm.

Uszczelnij wszystkie złącza klejem silikonowym lub ABS, aby obudowa była wodoszczelna. Jest to bardzo ważne, w przeciwnym razie wilgoć może dostać się do wnętrza obudowy i zniszczyć wewnętrzne elementy. Wewnątrz obudowy można umieścić małe opakowanie ze środkiem osuszającym, aby wchłonąć wilgoć.

Zamontuj śrubę oczkową w górnej nasadce, wiercąc otwór i wkładając śrubę oczkową i nakrętkę. Aby zabezpieczyć śrubę oczkową, należy użyć nakrętki zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz obudowy. Silikon wewnątrz nasadki w otworze na śrubę, aby był wodoszczelny.

Krok 2: Podłącz przewody do czujników

Czujnik poziomu wody:

Do czujnika poziomu wody należy przylutować trzy przewody (patrz rysunek 3a) w celu połączenia go z fotonem (tj. piny czujnika GND, V+ i Pin 2). Przylutowanie przewodów do czujnika może być trudne, ponieważ otwory połączeniowe w czujniku są małe i blisko siebie. Bardzo ważne jest, aby przewody były odpowiednio przylutowane do czujnika, aby zapewnić dobre, mocne połączenie fizyczne i elektryczne oraz brak łuków lutowniczych między sąsiednimi przewodami. Dobre oświetlenie i soczewka powiększająca pomagają w procesie lutowania. Dla tych, którzy nie mają wcześniejszego doświadczenia w lutowaniu, zaleca się lutowanie próbne przed przylutowaniem przewodów do czujnika. Samouczek online na temat lutowania jest dostępny w firmie SparkFun Electronics (https://learn.sparkfun.com/tutorials/how-to-solder…).

Po przylutowaniu przewodów do czujnika, nadmiar gołego przewodu, który wystaje z czujnika, można odciąć za pomocą obcinaków do drutu na długość około 2 mm. Zaleca się, aby spoiny lutowane były pokryte grubą warstwą silikonu. Daje to połączeniom większą wytrzymałość i zmniejsza ryzyko korozji i problemów elektrycznych na połączeniach czujnika, jeśli wilgoć dostanie się do obudowy miernika. Taśma elektryczna może być również owinięta wokół trzech przewodów przy połączeniu czujnika, aby zapewnić dodatkową ochronę i odciążenie, zmniejszając ryzyko zerwania przewodów na złączach lutowanych.

Przewody czujnika mogą mieć na jednym końcu złącza typu push-on (patrz Rysunek 3b) do podłączenia do fotonu. Zastosowanie złączy na wcisk ułatwia montaż i demontaż miernika. Przewody czujnika powinny mieć co najmniej 270 mm długości, aby mogły rozciągać się na całą długość obudowy miernika. Ta długość pozwoli na podłączenie Photona od górnego końca obudowy z czujnikiem umieszczonym na dolnym końcu obudowy. Należy zauważyć, że ta zalecana długość przewodu zakłada, że rura ABS użyta do wykonania obudowy miernika jest przycięta do długości 125 mm. Przed odcięciem i przylutowaniem przewodów do czujnika należy upewnić się, że długość przewodu 270 mm jest wystarczająca, aby wystawać poza górną część obudowy miernika, aby można było podłączyć foton po złożeniu obudowy i zamocowaniu czujnika na stałe do walizka.

Czujnik poziomu wody można teraz przymocować do obudowy miernika. Należy go mocno wkręcić w dolną nakrętkę za pomocą taśmy teflonowej, aby zapewnić wodoszczelność.

Czujnik temperatury:

Wodoodporny czujnik temperatury DS18B20 ma trzy przewody (rys. 4), które zwykle są w kolorze czerwonym (V+), czarnym (GND) i żółtym (dane). Te czujniki temperatury są zazwyczaj dostarczane ze stosunkowo krótkim kablem o długości mniejszej niż 2 m, który nie jest wystarczająco długi, aby czujnik mógł osiągnąć poziom wody w studni. Dlatego kabel czujnika należy przedłużyć kablem wodoodpornym i połączyć z kablem czujnika za pomocą wodoodpornego spawu. Można to zrobić, pokrywając połączenia lutowane silikonem, a następnie obkurczając je termicznie. Instrukcja wykonania wodoodpornego spawu znajduje się tutaj: https://www.maxbotix.com/Tutorials/133.htm. Przedłużacz może być wykonany przy użyciu zwykłej zewnętrznej linii telefonicznej, która ma cztery przewody i jest łatwo dostępna do zakupu online po niskich kosztach. Kabel powinien być wystarczająco długi, aby czujnik temperatury mógł wystawać z obudowy miernika i być zanurzony pod wodą w studni, z uwzględnieniem spadku poziomu wody.

Aby czujnik temperatury działał, należy podłączyć rezystor pomiędzy czerwony (V+) i żółty (data) przewód czujnika. Rezystor może być zainstalowany wewnątrz obudowy miernika bezpośrednio na pinach Photon, do których podłączone są przewody czujnika temperatury, jak podano poniżej w Tabeli 2. Wartość rezystora jest elastyczna. W tym projekcie zastosowano rezystor 2,2 kOhm, jednak każda wartość pomiędzy 2,2 kOhm a 4,7 kOhm będzie działać. Czujnik temperatury wymaga również specjalnego kodu do działania. Kod czujnika temperatury zostanie dodany później, jak opisano w rozdziale 3.4 (Ustawienia oprogramowania). Więcej informacji na temat podłączania czujnika temperatury do Photona można znaleźć w tutorialu tutaj:

Kabel czujnika temperatury musi być włożony przez obudowę miernika, aby można go było podłączyć do Photona. Kabel należy przeprowadzić przez spód obudowy, wiercąc otwór przez dolną zaślepkę obudowy (rys. 5). Ten sam otwór może być użyty do wprowadzenia kabla czujnika przewodności, jak opisano w Rozdziale 3.2.3. Po włożeniu kabla otwór należy dokładnie uszczelnić silikonem, aby zapobiec przedostawaniu się wilgoci do obudowy.

Czujnik przewodności:

Czujnik EC użyty w tym projekcie jest wykonany ze standardowej północnoamerykańskiej wtyczki elektrycznej typu A z 2 bolcami włożonej przez plastikową „butelkę na pigułki” w celu kontrolowania „efektów ściennych” (rys. 6). Efekty ścian mogą wpływać na odczyty przewodności, gdy czujnik znajduje się w odległości około 40 mm od innego obiektu. Dodanie butelki z pigułkami jako etui ochronnego wokół czujnika pozwoli kontrolować efekty ścian, jeśli czujnik będzie w bliskim kontakcie ze ścianą studni lub innym przedmiotem w studni. W nakrętce butelki z tabletkami wierci się otwór, aby włożyć kabel czujnika, a spód butelki z tabletkami odcina się, aby woda mogła spływać do butelki i mieć bezpośredni kontakt z wtykiem.

Czujnik EC ma dwa przewody, w tym przewód uziemiający i przewód danych. Nie ma znaczenia, który wtyk wybierzesz jako przewód uziemiający i przewód danych. Jeśli do wykonania czujnika EC zostanie użyty wystarczająco długi przedłużacz, kabel będzie wystarczająco długi, aby osiągnąć poziom wody w studni i do przedłużenia kabla czujnika nie będą potrzebne żadne wodoodporne spawy. Rezystor musi być podłączony między przewodem danych czujnika EC a pinem Photon, aby zapewnić zasilanie. Rezystor można zainstalować wewnątrz obudowy miernika bezpośrednio na pinach Photon, do których podłączone są przewody czujnika EC, jak pokazano poniżej w Tabeli 2. Wartość rezystora jest elastyczna. W tym projekcie zastosowano rezystor 1 kOhm; jednak każda wartość z zakresu od 500 Ohm do 2,2 kOhm będzie działać. Wyższe wartości rezystorów są lepsze do pomiaru roztworów o niskiej przewodności. Kod dołączony do tej instrukcji wykorzystuje rezystor 1 kOhm; jeśli używany jest inny rezystor, wartość rezystora należy dostosować w wierszu 133 kodu.

Kabel czujnika EC musi być włożony przez obudowę miernika, aby można go było podłączyć do Photona. Kabel należy przełożyć przez spód obudowy, wiercąc otwór przez dolną zaślepkę obudowy (rys. 5). Ten sam otwór można wykorzystać do wprowadzenia kabla czujnika temperatury. Po włożeniu kabla otwór należy dokładnie uszczelnić silikonem, aby zapobiec przedostawaniu się wilgoci do obudowy.

Czujnik EC należy skalibrować przy użyciu komercyjnego miernika EC. Procedura kalibracji odbywa się w terenie, jak opisano w rozdziale 5.2 (Procedura konfiguracji w terenie) załączonego raportu (EC Meter Instructions.pdf). Kalibracja jest wykonywana w celu określenia stałej celi dla miernika EC. Stała ogniwa zależy od właściwości czujnika EC, w tym od rodzaju metalu, z którego wykonane są zęby, pola powierzchni zębów i odległości między zębami. W przypadku standardowej wtyczki typu A, takiej jak zastosowana w tym projekcie, stała ogniwa wynosi około 0,3. Więcej informacji na temat teorii i pomiarów przewodnictwa można znaleźć tutaj: https://support.hach.com/ci/okcsFattach/get/100253… oraz tutaj:

Krok 3: Podłącz czujniki, akumulator i antenę do urządzenia IoT

Podłącz trzy czujniki, akumulator i antenę do fotonu (rys. 7) i włóż wszystkie części do obudowy miernika. Tabela 2 zawiera listę połączeń pinów wskazanych na rysunku 7. Czujniki i przewody akumulatora można podłączyć lutując bezpośrednio do Photona lub za pomocą złączy typu push-on, które podłącza się do kołków nagłówka na spodzie fotonu (jak widać na rys. 2). Zastosowanie złączy na wcisk ułatwia demontaż miernika lub wymianę fotonu w przypadku jego awarii. Połączenie antenowe w Photonie wymaga złącza typu u. FL (rys. 7) i musi być bardzo mocno wciśnięte w Photon w celu wykonania połączenia. Nie wkładaj baterii do zestawu baterii, dopóki miernik nie będzie gotowy do testowania lub instalacji w studni. W tej konstrukcji nie ma włącznika/wyłącznika, więc miernik włącza się i wyłącza po włożeniu i wyjęciu baterii.

Tabela 2: Lista połączeń pinów w urządzeniu IoT (Particle Photon):

Photon pin D2 - podłącz do - WL sensor pin 6, V+ (czerwony przewód)

Pin fotonowy D3 - podłącz do - pin 2 czujnika WL, dane (brązowy przewód)

Foton pin GND - podłącz do - WL sensor pin 7, GND (czarny przewód)

Photon pin D5 - podłączenie do - czujnik temperatury, dane (żółty przewód)

Foton pin D6 - podłącz do - Czujnik temperatury, V+ (czerwony przewód)

Foton pin A4 - podłącz do - Czujnik temperatury, GND (czarny przewód)

Photon pin D5 do D6 - czujnik temperatury, rezystor R1 (podłącz rezystor 2,2k między pinami Photon D5 i D6)

Foton pin A0 - podłączenie do - czujnik EC, dane

Foton pin A1 - podłącz do - czujnik EC, GND

Photon pin A2 do A0 - czujnik EC, rezystor R2 (podłącz rezystor 1k między pinami Photon A0 i A2)

Photon pin VIN - podłączenie do - Battery pack, V+ (czerwony przewód)

Foton pin GND - podłącz do - Battery pack, GND (czarny przewód)

Pin Photon u. FL - podłącz do - Antena

Krok 4: Konfiguracja oprogramowania

Aby skonfigurować oprogramowanie miernika, należy wykonać pięć głównych kroków:

1. Utwórz konto Particle, które zapewni interfejs online z Photonem. Aby to zrobić, pobierz aplikację mobilną Particle na smartfona: https://docs.particle.io/quickstart/photon/. Po zainstalowaniu aplikacji utwórz konto Particle i postępuj zgodnie z instrukcjami online, aby dodać Photona do konta. Pamiętaj, że dodatkowe fotony można dodać do tego samego konta bez konieczności pobierania aplikacji Particle i ponownego tworzenia konta.

2. Utwórz konto ThingSpeak https://thingspeak.com/login i skonfiguruj nowy kanał, aby wyświetlać dane o poziomie wody. Przykład strony internetowej ThingSpeak dla wodomierza pokazano na rysunku 8, który można również obejrzeć tutaj: https://thingspeak.com/channels/316660 Instrukcje dotyczące konfiguracji kanału ThingSpeak znajdują się pod adresem: https://docs.particle.io/tutorials/device-cloud/we… Zauważ, że dodatkowe kanały dla innych Photonów można dodać do tego samego konta bez konieczności tworzenia kolejnego konta ThingSpeak.

3. Do przesyłania danych o poziomie wody z Photona do kanału ThingSpeak wymagany jest „webhook”. Instrukcje dotyczące konfiguracji webhooka znajdują się w Załączniku B do załączonego raportu (EC Meter Instructions.pdf) Jeśli budowany jest więcej niż jeden wodomierz, dla każdego dodatkowego Photona należy utworzyć nowy webhook o unikalnej nazwie.

4. Webhook, który został utworzony w powyższym kroku należy wstawić do kodu obsługującego Photona. Kod do wersji WiFi wodomierza znajduje się w załączonym pliku (Code1_WiFi_Version_ECMeter.txt). Na komputerze przejdź do strony internetowej Particle https://thingspeak.com/login zaloguj się do konta Particle i przejdź do interfejsu aplikacji Particle. Skopiuj kod i użyj go do utworzenia nowej aplikacji w interfejsie aplikacji Particle. Wstaw nazwę webhooka utworzonego powyżej w wierszu 154 kodu. Aby to zrobić, usuń tekst wewnątrz cudzysłowów i wstaw nową nazwę elementu webhooka w cudzysłowie w wierszu 154, który brzmi następująco: Particle.publish("Insert_Webhook_Name_Inside_These_Quotes".

5. Kod można teraz zweryfikować, zapisać i zainstalować na Photonie. Po zweryfikowaniu kodu zwróci błąd „OneWire.h: Brak takiego pliku lub katalogu”. OneWire to kod biblioteki, który uruchamia czujnik temperatury. Ten błąd należy naprawić, instalując kod OneWire z biblioteki Particle. Aby to zrobić, przejdź do interfejsu aplikacji Particle z wyświetlonym kodem i przewiń w dół do ikony Biblioteki po lewej stronie ekranu (znajdującej się tuż nad ikoną znaku zapytania). Kliknij ikonę Biblioteki i wyszukaj OneWire. Wybierz OneWire i kliknij "Uwzględnij w projekcie". Wybierz nazwę swojej aplikacji z listy, kliknij „Potwierdź”, a następnie zapisz aplikację. Spowoduje to dodanie trzech nowych linii na początku kodu. Te trzy nowe wiersze można usunąć bez wpływu na kod. Zaleca się usunięcie tych trzech wierszy, aby numery wierszy kodu były zgodne z instrukcjami w tym dokumencie. Jeśli trzy wiersze pozostaną na miejscu, wszystkie numery wierszy kodu omówione w tym dokumencie zostaną przesunięte o trzy wiersze. Pamiętaj, że kod jest przechowywany i instalowany w Photonie z chmury. Ten kod będzie używany do obsługi wodomierza, gdy znajduje się on w studni. Podczas instalacji w terenie konieczne będzie wprowadzenie pewnych zmian w kodzie, aby ustawić częstotliwość raportowania na raz dziennie oraz dodać informacje o studni (jest to opisane w załączonym pliku „EC Meter Instructions.pdf” w sekcji zatytułowanej „Instalacja miernika w studni wodnej”).

Krok 5: Przetestuj miernik

Budowa licznika i konfiguracja oprogramowania zostały zakończone. W tym momencie zaleca się przetestowanie miernika. Powinny zostać wykonane dwa testy. Pierwszy test służy do potwierdzenia, że miernik prawidłowo mierzy poziom wody, wartości EC i temperatury oraz przesyła dane do ThingSpeak. Drugi test służy do potwierdzenia, że pobór mocy Photona mieści się w oczekiwanym zakresie. Ten drugi test jest przydatny, ponieważ baterie ulegną awarii szybciej niż oczekiwano, jeśli Photon zużywa zbyt dużo energii.

Do celów testowych kod jest ustawiony na pomiar i raportowanie poziomu wody co dwie minuty. Jest to praktyczny okres oczekiwania między pomiarami podczas testowania miernika. Jeśli pożądana jest inna częstotliwość pomiaru, zmień zmienną o nazwie MeasureTime w linii 19 kodu na żądaną częstotliwość pomiaru. Częstotliwość pomiaru podaje się w sekundach (tj. 120 sekund to dwie minuty).

Pierwszy test można wykonać w biurze, zawieszając miernik nad podłogą, włączając go i sprawdzając, czy kanał ThingSpeak dokładnie podaje odległość między czujnikiem a podłogą. W tym scenariuszu testowym impuls ultradźwiękowy odbija się od podłogi, co służy do symulacji powierzchni wody w studni. Czujniki EC i temperatury można umieścić w pojemniku z wodą o znanej temperaturze i przewodności (tj. zmierzonej przez komercyjny miernik EC), aby potwierdzić, że czujniki zgłaszają prawidłowe wartości do kanału ThingSpeak.

W drugim teście należy zmierzyć prąd elektryczny między akumulatorem a Photonem, aby potwierdzić, że jest zgodny ze specyfikacją w arkuszu danych Photona: https://docs.particle.io/datasheets/wi-fi/photon-d… Doświadczenie pokazuje, że ten test pomaga zidentyfikować wadliwe urządzenia IoT przed ich wdrożeniem w terenie. Zmierz prąd poprzez umieszczenie miernika prądu pomiędzy dodatnim przewodem V+ (czerwony przewód) na akumulatorze a pinem VIN na Photonie. Prąd powinien być mierzony zarówno w trybie pracy, jak i w trybie głębokiego uśpienia. W tym celu należy włączyć Photona, który uruchomi się w trybie pracy (co wskazuje dioda LED na Photonie zmieniająca kolor na cyjan), który będzie działał przez około 20 sekund. Użyj miernika prądu, aby obserwować prąd roboczy w tym czasie. Photon automatycznie przejdzie w stan głębokiego uśpienia na dwie minuty (co wskazuje zgaśnięcie diody LED na Photonie). Użyj miernika prądu, aby obserwować prąd głębokiego snu w tym czasie. Prąd roboczy powinien wynosić od 80 do 100 mA, a prąd głębokiego uśpienia powinien wynosić od 80 do 100 µA. Jeśli prąd jest wyższy niż te wartości, Photon należy wymienić.

Miernik jest teraz gotowy do zainstalowania w studni (rys. 9). Instrukcja montażu licznika w studni oraz wskazówki dotyczące budowy i obsługi licznika znajdują się w załączonym pliku (EC Meter Instructions.pdf).

Krok 6: Jak zrobić wersję komórkową miernika

Wersję komórkową wodomierza można zbudować dokonując modyfikacji wcześniej opisanego wykazu części, instrukcji i kodu. Wersja komórkowa nie wymaga WiFi, ponieważ łączy się z Internetem za pomocą sygnału komórkowego. Koszt części do budowy komórkowej wersji miernika wynosi około 330 dolarów kanadyjskich (bez podatków i kosztów wysyłki) plus około 4 dolarów kanadyjskich miesięcznie za plan taryfowy danych komórkowych, który jest dostarczany z urządzeniem IoT.

Licznik komórkowy wykorzystuje te same części i kroki konstrukcyjne wymienione powyżej, z następującymi modyfikacjami:

• Zastąp urządzenie WiFi IoT (Particle Photon) urządzeniem komórkowym IoT (Particle Electron): https://store.particle.io/collections/cellular/pro… Podczas konstruowania miernika użyj tych samych połączeń pinów opisanych powyżej dla Wersja WiFi miernika w kroku 3.

• Komórkowe urządzenie IoT zużywa więcej energii niż wersja WiFi, dlatego zalecane są dwa źródła baterii: bateria Li-Po 3,7 V, która jest dostarczana z urządzeniem IoT, oraz zestaw baterii z 4 bateriami AA. Akumulator LiPo 3,7 V podłącza się bezpośrednio do urządzenia IoT za pomocą dostarczonych złączy. Zestaw baterii AA jest podłączany do urządzenia IoT w taki sam sposób, jak opisano powyżej dla wersji WiFi miernika w kroku 3. Testy terenowe wykazały, że wersja komórkowa miernika będzie działać przez około 9 miesięcy przy użyciu opisanej powyżej konfiguracji baterii. Alternatywą do stosowania zarówno pakietu AA jak i akumulatora Li-Po 2000 mAh 3,7 V jest zastosowanie jednego akumulatora Li-Po 3,7 V o większej pojemności (np. 4000 lub 5000 mAh).

• Do miernika musi być podłączona antena zewnętrzna, taka jak: https://www.amazon.ca/gp/product/B07PZFV9NK/ref=p… Upewnij się, że jest ona przystosowana do częstotliwości używanej przez dostawcę usług komórkowych, w którym woda zostanie użyty miernik. Antena dołączona do mobilnego urządzenia IoT nie nadaje się do użytku na zewnątrz. Antena zewnętrzna może być podłączona za pomocą długiego (3 m) kabla, który umożliwia przymocowanie anteny na zewnątrz odwiertu przy głowicy (rys. 10). Zaleca się włożenie kabla antenowego przez spód obudowy i dokładne uszczelnienie silikonem, aby zapobiec wnikaniu wilgoci (rys. 11). Zalecany jest dobrej jakości, wodoodporny, zewnętrzny przedłużacz koncentryczny.

• Komórkowe urządzenie IoT działa na innym kodzie niż wersja WiFi licznika. Kod dla komórkowej wersji licznika znajduje się w załączonym pliku (Code2_Cellular_Version_ECMeter.txt).