WiFi-Öltankmonitor - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

Es gibt mehrere Möglichkeiten zu prüfen, wie viel Kraftstoff noch im Heizöltank ist. Am einfachsten ist es, einen Messstab zu verwenden, sehr genau, aber an einem kalten Wintertag nicht viel Spaß. Einige Tanks sind mit einem Sichtrohr ausgestattet, das wiederum den Ölstand direkt anzeigt, aber das Rohr vergilbt mit dem Alter, was das Ablesen erschwert. Schlimmer noch, sie können eine Ursache für Öllecks sein, wenn sie nicht isoliert werden. Eine andere Art von Messgerät verwendet einen Schwimmer, der ein Zifferblatt antreibt. Nicht besonders genau und der Mechanismus kann mit der Zeit festsitzen.

Diejenigen mit großen Taschen können einen Fernbedienungssensor kaufen, der im Haus angezeigt werden kann. Ein batteriebetriebener Sensor, normalerweise Ultraschall, überträgt die Öltiefe an einen Empfänger im Haus. Ein eigenständiger netzbetriebener Empfänger kann verwendet werden, um den Ölstand anzuzeigen, oder der Empfänger kann zur Fernüberwachung mit dem Internet verbunden werden. Benötigt wird ein batteriebetriebener WiFi-verbundener Sensor, der den Tank über Jahre hinweg überwachen und senden kann E-Mail-Erinnerungen, wenn der Ölstand niedrig wird. Ein solches Gerät wird in diesem Instructable beschrieben. Ein Sensor misst die Öltiefe, indem er die Zeitdauer misst, bis das Licht von der Öloberfläche zurückreflektiert wird. Alle paar Stunden fragt ein ESP8266-Modul den Sensor ab und überträgt die Daten ins Internet. Der kostenlose ThingSpeak-Dienst dient dazu, den Ölstand anzuzeigen und bei niedrigem Ölstand eine Erinnerungs-E-Mail zu versenden.

Lieferungen

Die Hauptkomponenten, die in diesem Projekt verwendet werden, sind unten aufgeführt. Der teuerste Artikel ist der Tiefensensor, ein VL53L1X-Modul, das online für etwa 6 US-Dollar erhältlich ist. Achten Sie darauf, nicht den VL53L0X der vorherigen Generation zu wählen, der zwar billiger ist, aber eine geringere Leistung hat und eine andere Software erfordert. Das andere Schlüsselelement ist das ESP8266-Modul. Die Versionen mit Onboard-Spannungsreglern und USB-Schnittstelle sind sicherlich einfacher zu bedienen, aber bei einem höheren Standby-Strom nicht ideal für den Batteriebetrieb. Stattdessen wird das Basismodul ESP-07 mit der Option einer externen Antenne für zusätzliche Reichweite verwendet. Die in diesem Projekt verwendeten Komponenten sind:

• AA-Batteriehalter
• VL53L1X Ranging-Modul
• BAT43 Shottky-Diode
• 2N2222 Transistor oder ähnlich
• 100nF Kondensator
• 2 x 5k Widerstände
• 1 x 1k Widerstand
• 2 x 470 Ohm Widerstände
• Serielles Adaptermodul FT232RL
• Lithium-Thionylchlorid-Batterie der Größe AA
• ESP-07 Mikrocontroller-Modul
• Kleinigkeiten, Draht, Box etc.

Schritt 1: Auswahl des Sensors

Ultraschallsensoren werden in der Regel sowohl im Handel als auch in Heimwerkerprojekten zur Ölstandsmessung eingesetzt. Der leicht erhältliche Ultraschall HC-SR04 oder der neuere HS-100 werden oft in selbstgebauten Monitoren zu einem Preis von etwa 1 US-Dollar verwendet. Sie funktionierten gut auf der Bank, gaben jedoch zufällige Messwerte ab, wenn sie auf das Entlüftungsrohr des Öltanks zeigten, um die Öloberfläche zu lokalisieren. Dies lag wahrscheinlich an Reflexionen von den verschiedenen Oberflächen im Stahltank, ein Kunststofftank kann besser funktionieren. Als Alternative wurde stattdessen ein optischer Sensor VL53L1X Time of Flight ausprobiert. Die Messwerte aus dem Tank waren deutlich stabiler und so wurde dieser Sensortyp als Alternative verfolgt. Das Datenblatt zum VL53L1X gibt Auskunft über die Auflösung dieses Sensors bei unterschiedlichen Messbedingungen, siehe Bild. Bei einer Abtastzeit von 200 ms ergibt sich eine Auflösung von wenigen mm. Zweifellos wurden die Datenblattnummern unter bestmöglichen Laborbedingungen aufgenommen und so wurde der Sensor einem Schnelltest unterzogen, um die Auflösung zu überprüfen. Der Sensor wurde über dem Entlüftungsrohr des Öltanks positioniert und einige tausend Messwerte wurden mit einem Zeitbudget von 200 ms aufgezeichnet. Ein Verteilungsdiagramm der Messwerte im Tank bestätigt, dass dieser Sensor den Ölstand mit einer Auflösung von ca. +/- 2 mm messen kann. Über einen längeren Zeitraum gibt es einen täglichen Trend, bei dem der Ölstand über Nacht um einige mm sinkt und sich erholt während des Tages. Die wahrscheinlichste Ursache ist, dass sich das Öl bei der Abkühlung über Nacht zusammenzieht und sich in der Tageswärme wieder ausdehnt. Vielleicht ist die Geschichte vom Ölkauf nach Volumen an einem kalten Tag doch wahr.

Schritt 2: Schaltplan

Der Schaltplan zeigt, wie das ESP-07-Modul mit dem VL53L1X verbunden wird. Ein FT242-USB-Adapter wird vorübergehend an das ESP-07 angeschlossen, um die Software hochzuladen und den Betrieb zu überprüfen. Wenn der ESP-07 in den Tiefschlaf versetzt wird, sinkt der Strom auf etwa 20 uA, ein Wecksignal setzt das Gerät über die Diode zurück. Es ist möglich, den Sensor mit dem XSHUT-Pin in den Standby-Modus zu versetzen, aber es erwies sich als einfacher, den Sensor mit Strom zu versorgen Sensor ein und aus mit einem Transistor. Wenn das ESP-07 aufwacht, wird der Sensor hochgefahren und nach der Messung ausgeschaltet. Dies hat auch den Vorteil, dass der Standby-Strom des VL53L1X eliminiert wird. Wenn ein neues Programm hochgeladen wird, muss ein 5k-Widerstand zwischen Masse und GPIO0 gehalten werden, während das Gerät eingeschaltet wird, um in den Flash-Modus zu wechseln. Schalten Sie das Gerät nach dem Hochladen des Codes ein und aus, damit es normal läuft.

Schritt 3: Batteriestrom

Eine einzelne Lithium-Thionylchlorid-Batterie (Li-SOCI2) der Größe AA wird verwendet, um dieses Projekt mit Strom zu versorgen. Eine Suche im Internet sollte Anbieter dieser Art von Batterie für nur 2 US-Dollar pro Stück finden. Der große Vorteil dieser Batterien sind die stabilen 3,6 V über die Lebensdauer der Batterie, ideal um den ESP8266-Chip mit Strom zu versorgen, ohne dass eine zusätzliche Spannungsregelung erforderlich ist Tag höchstens. Messungen an einem abgeschlossenen Monitor ergaben einen Tiefschlafstrom von 22uA. Die Spannungswellenform an einem 0,5 Ohm Widerstand im Batteriestromkreis zeigte im Wachzustand einen durchschnittlichen Strom von 75 mA für 6,9 Sekunden an. Über ein Jahr verbraucht der Stromkreis im Schlafmodus 193 mAh. Bei einer Ölstandsmessung alle 7 Stunden werden jährlich 180 mAh verbraucht. Auf dieser Basis hält ein 2600 mAh Akku über 6 Jahre.

Schritt 4: Software

Die Pololu Arduino VL53L1X-Bibliothek wird verwendet, um den Entfernungssensor zu initialisieren und auf die Entfernungsmesswerte zuzugreifen. Der Code zum Senden von Daten an ThingSpeak stammt aus ihrem Moisture Sensor-Beispiel und ein zusätzlicher Code steuert den Transistor, der den Sensor mit Strom versorgt. Der ESP8266 kann nur bis zu 70 Minuten tief schlafen und sich selbst aufwecken. Die Umgehung dieses Problems besteht darin, dem Chip zu erlauben, aufzuwachen und ihn sofort wieder in den Ruhezustand zu versetzen, wobei eine Zählung im Speicher gehalten wird. Wenn sich der Monitor mit Ihrem WiFi-Netzwerk verbindet, müssen Sie Ihre WiFi-SSID und Ihr Passwort in den Code einfügen. Wenn Sie ThingSpeak verwenden, fügen Sie Ihren API-Code hinzu. Die Arduino-Skizze zum Hochladen ist in der Textdatei angehängt. Es muss in Ihre Arduino IDE kopiert werden. Bevor Sie den Code blinken, verbinden Sie GPIO0 vor dem Einschalten über einen 5k-Widerstand mit Masse. Der Code zum Verbinden des ESP-07 mit dem WLAN-Netzwerk wird in anderen Projekten häufig verwendet. In diesem Fall wurde in der Verbindungsschleife eine viel längere Zeit benötigt, um zu überprüfen, ob eine Verbindung hergestellt wurde. Ungefähr 500 ms werden im Allgemeinen verwendet, aber 5000 ms waren in diesem WiFi-Setup erforderlich, was bei Verbindungsproblemen eine Anpassung wert ist. Details zum Erhalt von E-Mail-Erinnerungen von ThingSpeak sind in der Anleitung zum Wasserenthärter-Salzmonitor beschrieben.

Schritt 5: Montage

Die Komponenten für den Monitor sind im „Vogelnest“-Stil um das ESP-07-Modul herum verbunden, um alles zu ummanteln, was kurzgeschlossen sein könnte. Das Modul wird leicht durch zu viel Hitze beschädigt und so müssen diese Verbindungen einmal und schnell gelötet werden. Der Monitor wird in zwei Schritten zusammengebaut. Zuerst werden der Sensor und das ESP-07 mit einem temporären USB-Adapter verkabelt, um das ESP-07 mit der Arduino IDE zu programmieren. Wenn Sie eine kurze Ruhezeit von 10 Sekunden verwenden, wird bald angezeigt, ob sich der Chip mit dem WiFi-Netzwerk verbindet und Messwerte an ThingSpeak sendet. Wenn alles richtig funktioniert, wird der Chip mit den gewünschten Schlafzeiten umprogrammiert. Die rote LED sollte vom Modul abgehebelt werden, um den Stromverbrauch zu minimieren. Wenn eine externe Antenne angeschlossen ist, muss auch die Keramik-Antennenverbindung entfernt werden. Betreiben Sie den Chip nicht ohne Antenne, der Strom wird den Chip eher frittieren als in den Weltraum zu gelangen. Im zweiten Schritt wird der USB-Adapter entfernt und die Komponenten in einer Box montiert. Das VL53L1X-Modul wurde mit zwei Nylon- Abstandshalter abstellen. Stellen Sie sicher, dass der Sensor freie Sicht auf die Öloberfläche hat und keine Blätter, Spinnweben oder Spinnen im Weg sind. Halten Sie außerdem das Anschlusskabel vom Sensor fern, um störende Reflexionen zu vermeiden.

Schritt 6: Installation

Die Entlüftungskappe wird am Öltank wieder angebracht, um sicherzustellen, dass sie eben ist und keine Hindernisse vom Sensor zur Öloberfläche. Der Monitor ist neben der Lüftungsöffnung montiert, kleine Magnete wurden verwendet, um die Box an Ort und Stelle zu halten. Mit Kunststofftanks geht das nicht! Lehnen Sie sich jetzt zurück und prüfen Sie den Ölstand bequem von zu Hause aus.

Klicken Sie hier, um den Füllstand meines Öltanks anzuzeigen.