Монитор уровня соли в смягчителе воды: 7 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:48

Умягчители воды работают с использованием процесса, называемого ионным обменом, при котором ионы кальция и магния из жесткой воды обмениваются на хлорид натрия (соль) через специальную смолу. Вода поступает в сосуд под давлением, где она движется через шарики смолы, а кальций и магний заменяются натрием. Шарики из смолы со временем истощатся и не смогут больше собирать твердые минералы. В процессе перезарядки или регенерации раствор соленой воды проходит через шарики смолы, который отделяет минералы жесткости и безвредно смывает их в канализацию. Шарики из смолы остаются свежими и готовы к приготовлению более умягченной воды.

Ионообменные умягчители воды бывают разных форм и размеров, но все они имеют одну общую черту - солевой бак, который необходимо заполнять солью каждые несколько недель, чтобы гарантировать регулярную подачу мягкой воды. Умягчители воды не совсем привлекательные предметы оборудования, поэтому их отправляют в какое-то недоступное место, а это означает, что требуется специальный визит для проверки уровня соли. Чаще всего сигнал о необходимости добавления соли исходит от того, что члены семьи недовольны жесткой водой. Требуется датчик уровня соли, который может напоминать о низком уровне соли в смягчителе. В этом руководстве датчик диапазона используется для измерения уровня соли в устройстве для смягчения воды каждые несколько часов, а результат публикуется на ThingSpeak. Когда уровень соли станет низким, ThingSpeak отправит электронное письмо с напоминанием о необходимости наполнить солевой бак солью. Все компоненты для этого проекта, как обычно, доступны на eBay, самые дешевые запчасти поставляются из Азии. Даже при покупке всех компонентов общая стоимость составит около 10 долларов США. Для создания этого проекта требуется множество навыков, таких как пайка или использование Arduino IDE. Все эти техники описаны в других инструкциях и не повторяются здесь.

Запасы

Держатель батареи AA Модуль измерения дальности VL53L0X BAT43 Диод Шоттки Конденсатор 100 нФ 2 резистора по 5 кОм 2 резистора 470 Ом Модуль последовательного адаптера FT232RL Размер AA Литий-тионилхлоридная батарея Модуль микроконтроллера ESP-07 Разное, провода, коробки и т. Д.

Шаг 1: детектор уровня соли

VL53L0X используется для определения поверхности соли в устройстве для смягчения воды. Датчик работает, посылая импульс света и измеряя время, необходимое для отражения назад. Наилучшие результаты дает использование в темноте белой отражающей поверхности, как раз то, что мы имеем в бункере для соли. Сам датчик очень маленький, и с ним сложно работать. Таким образом, его можно купить как модуль, содержащий интерфейс I2C. Это значительно упрощает подключение к другим микроконтроллерам, таким как Arduino или Raspberry Pi. Поскольку окна лазера и сенсора очень маленькие, используется слой липкой пленки, чтобы предотвратить попадание грязи в устройство. Модуль должен лежать ровно в верхней части устройства для смягчения воды, чтобы провода или припой не выступали со стороны сенсора. модуль. Это было достигнуто путем размещения модуля во время пайки датчиком вниз на дереве, чтобы припой или проволока не образовывали неровностей на стороне датчика.

Шаг 2: Программирование ESP-07

Намерение состояло в том, чтобы сделать датчик уровня соли управляемым батареей, поэтому была выбрана простая версия модуля микросхемы ESP8266, чтобы минимизировать ток в режиме ожидания и продлить срок службы батареи как минимум на год. В отличие от некоторых более сложных версий, которые включают регуляторы напряжения и интерфейс USB, некоторые дополнительные компоненты должны быть добавлены к базовому ESP-07, используемому в этом проекте. Последовательный адаптер временно подключен для прошивки ESP-07 и монитора. последовательный порт во время тестирования. Имейте в виду, что последовательный адаптер будет удален, как только мы убедимся, что все работает правильно, не делайте его слишком прочным. По какой-то причине линии SDA и SCL необходимо поменять местами, чтобы датчик работал, попробуйте это, если диапазон застрял на полном масштабе. Может быть, это причуда китайского производства? В этом проекте используется литий-тионилхлоридная батарея. Размер этой батареи AA имеет стабильное напряжение 3,6 В и емкость 2600 мАч, что идеально подходит для питания ESP-07. Эти батареи можно найти у специализированных поставщиков аккумуляторов, но не в обычных торговых точках. Я полагаю, они не осмеливаются позволить широкой публике потерять аккумулятор, в два раза превышающий нормальное напряжение!

Когда ESP-07 включается, контакты делают странные вещи, пока он не завершит процедуру запуска. В качестве меры безопасности, резисторы включены в соединения с выходами модуля, чтобы предотвратить любые повреждающие токи. Эскиз Arduino для этого проекта прилагается в текстовом файле. Как обычно, вам нужно будет отредактировать его, используя свои собственные учетные данные маршрутизатора и ключ API из вашей учетной записи ThingSpeak. Кроме того, статический IP-адрес используется для ускорения времени подключения Wi-Fi и экономии тока. Это может потребовать изменения IP-адресов в соответствии с вашей сетью. Обратите внимание, что в IP-адресе используются запятые, а не точка! В Интернете есть огромное количество информации о перепрошивке и использовании ESP8266, если вам нужна дополнительная помощь. Таким образом, перепрошивка происходит следующим образом:

Запустите Arduino IDE на ПК и убедитесь, что плата ESP8266 установлена и выбрана. Возможно, вам потребуется установить библиотеки для датчика и WiFi. Загрузите в прилагаемый ниже эскиз монитора и при необходимости измените его. аккумулятор в держатель Подключите USB-адаптер Загрузите код, чтобы проверить правильность подключения Извлеките аккумулятор, а затем отключите соединение GPIO0. Запустите последовательный монитор и замените аккумулятор.

Уменьшение времени цикла примерно до 20 секунд значительно упростит отладку. Кроме того, в зависимости от вашего маршрутизатора может потребоваться корректировка времени подключения, чтобы обеспечить надежную связь. Как только все заработает, можно отключить USB-адаптер и подключить монитор для обслуживания.

Шаг 3: Окончательная разводка

Когда мы думаем, что монитор настроен так, как нам нравится, проводку можно привести в порядок, как показано на рисунке. Красный светодиодный индикатор питания следует отключить, так как это приводит к утечке энергии во время глубокого сна. Его можно аккуратно отпаять отверткой или отпаять. Если сигнал WiFi низкий, дальность действия можно увеличить, подключив внешнюю антенну. В этом случае перемычку, соединяющую керамическую антенну, необходимо удалить, как и светодиод. Если ESP-07 работает без керамической антенной перемычки, всегда должна быть подключена внешняя антенна.

Шаг 4: Установка датчика

Датчик необходимо установить выше самого высокого уровня соли в солевом баке. В этой установке крышка устройства для смягчения воды оказалась удобным местом для размещения датчика. В крышке просверливается небольшое отверстие, чтобы датчик мог видеть уровень соли. Поскольку рассольная смесь очень агрессивна, используется слой пищевой пленки, чтобы закрыть отверстие и защитить датчик. Аккумулятор и ESP-07 также можно установить рядом с датчиком на крышке. Всегда есть возможность подключить внешнюю антенну, если уровень сигнала WiFi окажется предельным. В этой установке датчик, ESP-07 и аккумулятор были просто приклеен к верхней части крышки, поскольку смягчитель воды был спрятан в шкафу. В более уязвимых ситуациях потребуется надлежащий футляр.

Шаг 5: Срок службы батареи

Чтобы оценить время автономной работы, нам нужно измерить ток и ток в режиме ожидания, когда монитор не спит. Это оказалось довольно сложно, потому что ESP-07 может легко заблокироваться при внесении изменений, таких как изменение диапазонов измерителя. Окончательное решение заключалось в том, чтобы добавить резистор 0,1 Ом в провод питания и измерить ток с помощью осциллографа во время периода бодрствования. Каждое измерение длилось 6,7 секунды при среднем токе 77 мА. Ток сна измерялся путем подключения диода и резистора 5 кОм параллельно к проводу питания. Диод переносит ток следа, но низкий ток ожидания переносится резистором. Это дало ток в режиме ожидания 28,8 мкА. Время сна в программе установлено примерно на 1 час между измерениями. В течение года монитор будет использовать 250 мАч в режиме ожидания и 1255 мАч в режиме ожидания или 1505 мАч в сумме. Батареи емкостью 2600 мАч, используемой в этом мониторе, должно хватить на год. Срок службы батареи можно продлить еще больше, если измерять уровень соли реже. К сожалению, время сна ESP-07 не может быть легко увеличено более чем на час. Один из способов решения этой проблемы - будить ESP-07 каждый час, а затем немедленно снова перевести его в режим сна. Существует возможность не выводить модем из спящего режима, и диаграмма показывает, что это вдвое снижает потребляемую мощность. Измеряя уровень соли только 4 раза в день, мы можем ожидать, что срок службы батареи составит около 5 лет. В приведенном ниже коде используется память RTC ESP8266 для хранения данных о том, сколько раз модуль находился в глубоком спящем режиме. На этом эскизе перед измерением дается 6 периодов сна, что дает 7 часов между измерениями. Конечно, это можно точно настроить для вашего приложения. Всегда надежно защелкните аккумулятор на месте, прерывание соединения может заблокировать ESP-07 и разрядить аккумулятор. Батарея должна прослужить несколько лет перед заменой с таким более длительным временем сна. Опять же, лучше всего протестировать модуль с 10-секундным сном, 7 часов - это долгое время, чтобы проверить, работает ли он …

Шаг 6: Таблица уровня соли

Две диаграммы показывают уровень соли в смягчителе воды и мощность сигнала Wi-Fi, полезный инструмент для устранения неполадок. Регенерация этого устройства для смягчения воды контролируется счетчиком, и, поскольку это модель с двумя резервуарами, резервуары можно переключать в любое время дня. График уровня соли показывает, когда произошла регенерация, а время между регенерациями дает представление об использовании воды. Этот монитор не только показывает, когда требуется больше соли, но и при использовании дозируемого умягчителя он может выявить чрезмерное потребление воды. VL53L0X имеет диапазон до 2 м, в зависимости от отражающей поверхности. Возможны и другие приложения, такие как мониторинг уровней масла или воды в резервуарах, где глубина медленно изменяется с течением времени.

Шаг 7. Напоминание по электронной почте

Напоминания о низком уровне соли можно отправлять через ThingSpeak. Это включает в себя настройку двух приложений из меню APPS, первое - это анализ MATLAB, который будет составлять и отправлять электронное письмо, если уровень соли превышает определенный предел. Другое приложение - это TimeControl, где вы можете решить, как часто проверять уровень соли. Настройка приложения TimeControl довольно интуитивно понятна, в этом случае уровень соли проверяется ежедневно с помощью анализа MATLAB. Как только уровень соли достигнет низкого уровня, будет отправляться назойливое электронное письмо. Анализ MATLAB, используемый в этой инструкции, прилагается ниже. Потребуется обновить ваш собственный идентификатор канала и ApiKey. Кроме того, минимальный уровень соли для вашего аквариума необходимо указать в «если». Надеюсь, здесь будет достаточно деталей, чтобы получать электронные письма, не вдаваясь в тонкости кодирования ThingSpeak.