Ein Echtzeit-Brunnenwassertemperatur-, Leitfähigkeits- und Wasserstandsmesser - Gunook

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

Diese Anleitung beschreibt den Bau eines kostengünstigen Echtzeit-Wasserzählers zur Überwachung von Temperatur, elektrischer Leitfähigkeit (EC) und Wasserstand in gegrabenen Brunnen. Das Messgerät ist so konzipiert, dass es in einem gegrabenen Brunnen hängt, einmal täglich die Wassertemperatur, den EC- und den Wasserstand misst und die Daten per WLAN oder Mobilfunkverbindung an das Internet sendet, um sie sofort anzuzeigen und herunterzuladen. Die Kosten für die Teile zum Bau des Messgeräts betragen ca. 230 Can$ für die WiFi-Version und Can$330 für die Mobilfunkversion. Der Wasserzähler ist in Abbildung 1 dargestellt. Ein vollständiger Bericht mit Bauanleitung, Stückliste, Tipps zum Bau und Betrieb des Zählers und zur Installation des Zählers in einem Brunnen finden Sie in der beigefügten Datei (EC Meter Instructions.pdf).. Eine zuvor veröffentlichte Version dieses Wasserzählers ist nur für die Überwachung des Wasserstands verfügbar (https://www.instructables.com/id/A-Real-Time-Well-…).

Das Messgerät verwendet drei Sensoren: 1) einen Ultraschallsensor, um die Wassertiefe im Brunnen zu messen; 2) ein wasserdichtes Thermometer zur Messung der Wassertemperatur und 3) ein haushaltsüblicher zweipoliger Stecker, der als kostengünstiger EC-Sensor zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit des Wassers verwendet wird. Der Ultraschallsensor wird direkt am Zählergehäuse befestigt, das oben am Brunnen hängt und den Abstand zwischen Sensor und Wasserstand im Brunnen misst; Der Ultraschallsensor hat keinen direkten Kontakt mit dem Wasser im Brunnen. Die Temperatur- und EC-Sensoren müssen unter Wasser eingetaucht werden; Diese beiden Sensoren sind mit einem Kabel am Messgerätegehäuse befestigt, das lang genug ist, damit die Sensoren unter den Wasserspiegel reichen können.

Die Sensoren sind an ein Internet-of-Things (IoT)-Gerät angeschlossen, das sich mit einem WLAN- oder Mobilfunknetz verbindet und die Wasserdaten zur grafischen Darstellung an einen Webdienst sendet. Der in diesem Projekt verwendete Webdienst ist ThingSpeak.com (https://thingspeak.com/), der für nicht-kommerzielle kleine Projekte (weniger als 8.200 Nachrichten/Tag) kostenlos genutzt werden kann. Damit die WiFi-Version des Messgeräts funktioniert, muss es sich in der Nähe eines WiFi-Netzwerks befinden. Hauswasserbrunnen erfüllen diese Bedingung oft, weil sie sich in der Nähe eines Hauses mit WLAN befinden. Der Zähler enthält keinen Datenlogger, sondern sendet die Wasserdaten an ThingSpeak, wo sie in der Cloud gespeichert werden. Daher werden bei einem Datenübertragungsproblem (z. B. bei einem Internetausfall) die Wasserdaten für diesen Tag nicht übertragen und gehen dauerhaft verloren.

Das hier vorgestellte Zählerdesign wurde nach einem Zähler modifiziert, der zum Messen des Wasserstands in einem Hauswassertank und zum Melden des Wasserstands über Twitter (https://www.instructables.com/id/Wi-Fi-Twitter-Wat…). Die Hauptunterschiede zwischen dem ursprünglichen Design und dem hier vorgestellten Design sind die Möglichkeit, das Messgerät mit AA-Batterien anstelle eines kabelgebundenen Netzteils zu betreiben, die Möglichkeit, die Daten in einem Zeitreihendiagramm anstelle einer Twitter-Nachricht anzuzeigen, die Verwendung von ein Ultraschallsensor, der speziell für die Messung von Wasserständen entwickelt wurde, sowie der Zusatz von Temperatur- und EC-Sensoren.

Der kostengünstige, maßgefertigte EC-Sensor, der mit einem haushaltsüblichen Stecker gefertigt wird, basiert auf einem Sensordesign zur Messung von Düngerkonzentrationen in einem Hydroponik- oder Aquaponik-Betrieb (https://hackaday.io/project/7008-fly.) -wars-a-hacker…). Die Leitfähigkeitsmessungen des EC-Sensors werden mit den Temperaturdaten des Wassertemperatursensors temperaturkompensiert. Der maßgeschneiderte EC-Sensor basiert auf einer einfachen elektrischen Schaltung (DC-Spannungsteiler), die nur für relativ schnelle diskrete Leitfähigkeitsmessungen (also nicht für kontinuierliche EC-Messungen) verwendet werden kann. Leitfähigkeitsmessungen mit diesem Design können ungefähr alle fünf Sekunden durchgeführt werden. Da dieser Schaltkreis Gleichstrom anstelle von Wechselstrom verwendet, können Leitfähigkeitsmessungen in Intervallen von weniger als fünf Sekunden dazu führen, dass die Ionen im Wasser polarisiert werden, was zu ungenauen Messwerten führt. Der maßgeschneiderte EC-Sensor wurde mit einem handelsüblichen EC-Messgerät (YSI EcoSense pH/EC 1030A) getestet und misst die Leitfähigkeit innerhalb von ca. Auf Wunsch kann der kostengünstige maßgeschneiderte EC-Sensor durch eine handelsübliche Sonde ersetzt werden, z. B. die Leitfähigkeitssonde von Atlas Scientific (https://atlas-scientific.com/probes/conductivity-p…).

Der Wasserzähler in diesem Bericht wurde für gegrabene Brunnen mit großem Durchmesser (0,9 m Innendurchmesser) und geringen Wassertiefen (weniger als 10 m unter der Erdoberfläche) entwickelt und getestet. Es könnte jedoch möglicherweise für die Messung von Wasserständen in anderen Situationen verwendet werden, z. B. in Umweltüberwachungsbrunnen, Bohrbrunnen und Oberflächenwasserkörpern.

Nachfolgend finden Sie eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zum Bau des Wasserzählers. Es wird empfohlen, dass der Bauherr alle Konstruktionsschritte durchliest, bevor er mit dem Bau des Zählers beginnt. Das in diesem Projekt verwendete IoT-Gerät ist ein Particle Photon, daher werden in den folgenden Abschnitten die Begriffe „IoT-Gerät“und „Photon“synonym verwendet.

Lieferungen

Tabelle 1: Teileliste

Elektronische Teile:

Wasserstandssensor – MaxBotix MB7389 (5m Reichweite)

Wasserdichter digitaler Temperatursensor

IoT-Gerät - Particle Photon mit Headern

Antenne (im Messgerätegehäuse installierte Antenne) – 2,4 GHz, 6dBi, IPEX- oder u. FL-Anschluss, 170 mm lang

Verlängerungskabel zur Herstellung der Leitfähigkeitssonde – 2 Zinken, gängiges Außenkabel, 5 m Länge

Kabel zur Verlängerung des Temperaturfühlers, 4 Leiter, 5 m Länge

Draht – Überbrückungsdraht mit Steckanschlüssen (300 mm Länge)

Batteriepack – 4 X AA

Batterien – 4 X AA

Sanitär- und Hardwareteile:

Rohr - ABS, 50 mm (2 Zoll) Durchmesser, 125 mm lang

Abdeckkappe, ABS, 50 mm (2 Zoll), Gewinde mit Dichtung für eine wasserdichte Abdichtung

Bodenkappe, PVC, 50 mm (2 Zoll) mit ¾ Zoll NPT Innengewinde passend zum Sensor

2 Rohrkupplungen, ABS, 50 mm (2 Zoll) zum Verbinden von Ober- und Unterkappe mit ABS-Rohr

Ringschraube und 2 Muttern, Edelstahl (1/4 Zoll) zum Aufhängen an der oberen Kappe

Andere Materialien: Isolierband, Teflonband, Schrumpfschlauch, Tablettenfläschchen zur Herstellung der EC-Sensorabdeckung, Lötzinn, Silikon, Kleber zum Zusammenbauen des Gehäuses

Schritt 1: Montieren Sie das Messgerätegehäuse

Bauen Sie das Messgerätegehäuse wie in den Abbildungen 1 und 2 oben gezeigt zusammen. Die Gesamtlänge des montierten Zählers, Spitze zu Spitze einschließlich Sensor und Augenschraube, beträgt ca. 320 mm. Das zur Herstellung des Zählergehäuses verwendete ABS-Rohr mit einem Durchmesser von 50 mm sollte auf eine Länge von ca. 125 mm gekürzt werden. Dies bietet ausreichend Platz im Inneren des Gehäuses, um das IoT-Gerät, den Akku und eine 170 mm lange interne Antenne unterzubringen.

Versiegeln Sie alle Verbindungen mit Silikon- oder ABS-Kleber, um das Gehäuse wasserdicht zu machen. Dies ist sehr wichtig, da sonst Feuchtigkeit in das Gehäuse eindringen und die internen Komponenten zerstören kann. Ein kleines Trockenmittelpäckchen kann in den Koffer gelegt werden, um Feuchtigkeit aufzunehmen.

Installieren Sie eine Augenschraube in der oberen Kappe, indem Sie ein Loch bohren und die Augenschraube und die Mutter einsetzen. Sowohl an der Innen- als auch an der Außenseite des Gehäuses sollte eine Mutter verwendet werden, um die Augenschraube zu sichern. Silikon die Innenseite der Kappe am Schraubenloch, um sie wasserdicht zu machen.

Schritt 2: Drähte an Sensoren anbringen

Wasserstandssensor:

Drei Drähte (siehe Abbildung 3a) müssen an den Wasserstandssensor gelötet werden, um ihn mit dem Photon zu verbinden (d. h. Sensorpins GND, V+ und Pin 2). Das Anlöten der Drähte an den Sensor kann eine Herausforderung darstellen, da die Anschlusslöcher am Sensor klein und eng beieinander liegen. Es ist sehr wichtig, dass die Drähte richtig mit dem Sensor verlötet sind, damit eine gute, starke physikalische und elektrische Verbindung und keine Lötbögen zwischen benachbarten Drähten bestehen. Gute Beleuchtung und eine Lupe helfen beim Lötvorgang. Für diejenigen, die keine Löterfahrung haben, wird empfohlen, vor dem Löten der Drähte an den Sensor etwas Lötübungen zu machen. Ein Online-Tutorial zum Löten ist von SparkFun Electronics verfügbar (https://learn.sparkfun.com/tutorials/how-to-solder…).

Nachdem die Drähte an den Sensor angelötet sind, kann überschüssiger blanker Draht, der aus dem Sensor herausragt, mit einem Drahtschneider auf ca. 2 mm Länge abgeschnitten werden. Es wird empfohlen, die Lötstellen mit einer dicken Silikonraupe abzudecken. Dies verleiht den Anschlüssen mehr Festigkeit und verringert die Gefahr von Korrosion und elektrischen Problemen an den Sensoranschlüssen, wenn Feuchtigkeit in das Messgerätegehäuse gelangt. Um die drei Drähte am Sensoranschluss kann auch Isolierband gewickelt werden, um zusätzlichen Schutz und Zugentlastung zu bieten, wodurch die Gefahr verringert wird, dass die Drähte an den Lötstellen brechen.

Die Sensordrähte können an einem Ende Steckanschlüsse (siehe Abbildung 3b) haben, um sie mit dem Photon zu verbinden. Die Verwendung von Steckverbindungen erleichtert die Montage und Demontage des Zählers. Die Sensordrähte sollten mindestens 270 mm lang sein, damit sie sich über die gesamte Länge des Zählergehäuses erstrecken können. Diese Länge ermöglicht es, das Photon vom oberen Ende des Gehäuses mit dem Sensor am unteren Ende des Gehäuses anzuschließen. Beachten Sie, dass diese empfohlene Kabellänge davon ausgeht, dass das ABS-Rohr, das zur Herstellung des Zählergehäuses verwendet wird, auf eine Länge von 125 mm zugeschnitten ist. Vergewissern Sie sich vor dem Abschneiden und Anlöten der Kabel an den Sensor, dass eine Kabellänge von 270 mm ausreicht, um über die Oberseite des Messgerätegehäuses hinauszuragen, damit das Photon nach dem Zusammenbau des Gehäuses und der dauerhaften Befestigung des Sensors angeschlossen werden kann der Fall.

Der Wasserstandssensor kann nun am Zählergehäuse befestigt werden. Es sollte mit Teflonband fest in die untere Kappe geschraubt werden, um eine wasserdichte Abdichtung zu gewährleisten.

Temperatursensor:

Der wasserdichte Temperatursensor DS18B20 hat drei Drähte (Abb. 4), die normalerweise rot (V+), schwarz (GND) und gelb (data) gefärbt sind. Diese Temperatursensoren werden normalerweise mit einem relativ kurzen Kabel von weniger als 2 m geliefert, das nicht lang genug ist, um den Sensor den Wasserstand im Brunnen zu erreichen. Daher muss das Sensorkabel mit einem wasserdichten Kabel verlängert und mit einem wasserdichten Spleiß mit dem Sensorkabel verbunden werden. Dies kann durch Beschichten der Lötverbindungen mit Silizium und anschließendem Schrumpfen erfolgen. Anweisungen zum Herstellen eines wasserdichten Spleißes finden Sie hier: https://www.maxbotix.com/Tutorials/133.htm. Das Verlängerungskabel kann mit einer handelsüblichen Telefon-Verlängerungsleitung für den Außenbereich hergestellt werden, die vier Adern hat und leicht online zu geringen Kosten erhältlich ist. Das Kabel sollte lang genug sein, damit der Temperatursensor aus dem Messgerätegehäuse herausragen und im Brunnen unter Wasser eingetaucht werden kann, einschließlich einer Berücksichtigung des Wasserstandsabfalls.

Damit der Temperatursensor funktioniert, muss zwischen den roten (V+) und gelben (Daten) Drähten des Sensors ein Widerstand angeschlossen werden. Der Widerstand kann im Gehäuse des Messgeräts direkt an den Photon-Pins installiert werden, an denen die Kabel des Temperatursensors befestigt sind, wie unten in Tabelle 2 aufgeführt. Der Widerstandswert ist flexibel. Für dieses Projekt wurde ein 2,2 kOhm Widerstand verwendet, jedoch funktioniert jeder Wert zwischen 2,2 kOhm und 4,7 kOhm. Auch der Temperatursensor benötigt zum Betrieb einen speziellen Code. Der Temperatursensor-Code wird später hinzugefügt, wie in Abschnitt 3.4 (Software-Setup) beschrieben. Weitere Informationen zum Anschluss eines Temperatursensors an ein Photon finden Sie im Tutorial hier:

Das Kabel für den Temperatursensor muss durch das Messgerätegehäuse eingeführt werden, damit es am Photon befestigt werden kann. Das Kabel sollte durch den Boden des Gehäuses eingeführt werden, indem ein Loch durch die Bodenkappe des Gehäuses gebohrt wird (Abb. 5). Das gleiche Loch kann zum Einführen des Leitfähigkeitssensorkabels verwendet werden, wie in Abschnitt 3.2.3 beschrieben. Nach dem Einführen des Kabels sollte das Loch gründlich mit Silikon abgedichtet werden, um das Eindringen von Feuchtigkeit in das Gehäuse zu verhindern.

Leitfähigkeitssensor:

Der in diesem Projekt verwendete EC-Sensor besteht aus einem standardmäßigen nordamerikanischen Typ A-Elektrostecker mit 2 Stiften, der durch eine Kunststoff-„Pillenflasche“eingeführt wird, um „Wandeffekte“zu kontrollieren (Abb. 6). Wandeffekte können die Leitfähigkeitsmesswerte beeinflussen, wenn sich der Sensor innerhalb von 40 mm von einem anderen Objekt befindet. Das Anbringen der Tablettenflasche als Schutzhülle um den Sensor verhindert Wandeffekte, wenn der Sensor in engem Kontakt mit der Seite des Brunnens oder einem anderen Gegenstand im Brunnen ist. Durch die Kappe der Tablettenflasche wird ein Loch gebohrt, um das Sensorkabel einzuführen, und der Boden der Tablettenflasche wird abgeschnitten, damit das Wasser in die Flasche fließen und in direktem Kontakt mit den Steckerstiften stehen kann.

Der EC-Sensor hat zwei Drähte, darunter einen Erdungsdraht und einen Datendraht. Es spielt keine Rolle, welche Steckerstifte Sie als Masse- und Datenkabel wählen. Bei Verwendung eines ausreichend langen Verlängerungskabels zur Herstellung des EC-Sensors ist das Kabel lang genug, um den Wasserstand im Brunnen zu erreichen und es wird kein wasserdichter Spleiß benötigt, um das Sensorkabel zu verlängern. Zur Stromversorgung muss zwischen der Datenleitung des EC-Sensors und einem Photon-Pin ein Widerstand angeschlossen werden. Der Widerstand kann im Messgerätgehäuse direkt an den Photon-Pins installiert werden, an denen die EC-Sensorkabel befestigt sind, wie unten in Tabelle 2 aufgeführt. Der Widerstandswert ist flexibel. Für dieses Projekt wurde ein 1 kOhm Widerstand verwendet; jedoch funktioniert jeder Wert zwischen 500 Ohm und 2,2 kOhm. Höhere Widerstandswerte eignen sich besser zum Messen von Lösungen mit niedriger Leitfähigkeit. Der in dieser Anleitung enthaltene Code verwendet einen 1-kOhm-Widerstand; Wenn ein anderer Widerstand verwendet wird, muss der Wert des Widerstands in Zeile 133 des Codes angepasst werden.

Das Kabel für den EC-Sensor muss durch das Messgerätegehäuse eingeführt werden, damit es am Photon befestigt werden kann. Das Kabel sollte durch den Boden des Gehäuses eingeführt werden, indem ein Loch durch die Bodenkappe des Gehäuses gebohrt wird (Abb. 5). Das gleiche Loch kann zum Einführen des Temperatursensorkabels verwendet werden. Nach dem Einführen des Kabels sollte das Loch gründlich mit Silikon abgedichtet werden, um das Eindringen von Feuchtigkeit in das Gehäuse zu verhindern.

Der EC-Sensor muss mit einem handelsüblichen EC-Messgerät kalibriert werden. Das Kalibrierungsverfahren wird vor Ort durchgeführt, wie in Abschnitt 5.2 (Feldeinrichtungsverfahren) des beigefügten Berichts (EC Meter Instructions.pdf) beschrieben. Die Kalibrierung wird durchgeführt, um die Zellkonstante für das EC-Meter zu bestimmen. Die Zellkonstante hängt von den Eigenschaften des EC-Sensors ab, einschließlich der Art des Metalls, aus dem die Zinken bestehen, der Oberfläche der Zinken und dem Abstand zwischen den Zinken. Für einen Standard-Typ-A-Stecker wie den in diesem Projekt verwendeten beträgt die Zellkonstante ungefähr 0,3. Weitere Informationen zur Theorie und Messung der Leitfähigkeit finden Sie hier: https://support.hach.com/ci/okcsFattach/get/100253… und hier:

Schritt 3: Sensoren, Akkupack und Antenne am IoT-Gerät anbringen

Befestigen Sie die drei Sensoren, den Akku und die Antenne am Photon (Abb. 7) und legen Sie alle Teile in das Messgerätegehäuse ein. Tabelle 2 enthält eine Liste der in Abbildung 7 angegebenen Stiftverbindungen. Die Sensoren und Akkukabel können durch Löten direkt am Photon oder mit Steckanschlüssen, die an den Stiftleisten an der Unterseite des Photon angebracht werden (wie in Abb. 2) zu sehen. Die Verwendung von Steckanschlüssen erleichtert die Demontage des Messgeräts oder den Austausch des Photons, wenn es ausfällt. Der Antennenanschluss am Photon erfordert einen u. FL-Stecker (Abb. 7) und muss sehr fest auf den Photon geschoben werden, um die Verbindung herzustellen. Legen Sie die Batterien nicht in das Batteriepaket ein, bevor das Messgerät zur Prüfung oder Installation in einem Brunnen bereit ist. In diesem Design ist kein Ein-/Ausschalter enthalten, so dass das Messgerät durch Einsetzen und Entfernen der Batterien ein- und ausgeschaltet wird.

Tabelle 2: Liste der Pin-Anschlüsse am IoT-Gerät (Particle Photon):

Photon Pin D2 - verbinden mit - WL Sensor Pin 6, V+ (rotes Kabel)

Photon Pin D3 - verbinden mit - WL Sensor Pin 2, Daten (braunes Kabel)

Photon-Pin GND - verbinden mit - WL-Sensor Pin 7, GND (schwarzes Kabel)

Photon-Pin D5 - verbinden mit - Temperatursensor, Daten (gelbes Kabel)

Photon-Pin D6 - verbinden mit - Temperatursensor, V+ (rotes Kabel)

Photon-Pin A4 - verbinden mit - Temperatursensor, GND (schwarzes Kabel)

Photon-Pin D5 bis D6 - Temperatursensor, Widerstand R1 (verbinden Sie einen 2,2k-Widerstand zwischen Photon-Pins D5 und D6)

Photon-Pin A0 - verbinden mit - EC-Sensor, Daten

Photon-Pin A1 - verbinden mit - EC-Sensor, GND

Photon-Pin A2 an A0 - EC-Sensor, Widerstand R2 (verbinden Sie einen 1k-Widerstand zwischen Photon-Pins A0 und A2)

Photon-Pin VIN - verbinden mit - Batteriepack, V+ (rotes Kabel)

Photonenstift GND - verbinden mit - Akkupack, GND (schwarzes Kabel)

Photon u. FL-Pin - verbinden mit - Antenne

Schritt 4: Software-Setup

Fünf Hauptschritte sind erforderlich, um die Software für das Messgerät einzurichten:

1. Erstellen Sie ein Particle-Konto, das eine Online-Schnittstelle mit dem Photon bereitstellt. Laden Sie dazu die Particle Mobile App auf ein Smartphone herunter: https://docs.particle.io/quickstart/photon/. Erstellen Sie nach der Installation der App ein Particle-Konto und befolgen Sie die Online-Anweisungen, um das Photon dem Konto hinzuzufügen. Beachten Sie, dass alle weiteren Photonen demselben Konto hinzugefügt werden können, ohne die Particle-App herunterladen und erneut ein Konto erstellen zu müssen.

2. Erstellen Sie ein ThingSpeak-Konto https://thingspeak.com/login und richten Sie einen neuen Kanal ein, um die Wasserstandsdaten anzuzeigen. Ein Beispiel für eine ThingSpeak-Webseite für einen Wasserzähler ist in Abbildung 8 dargestellt, die auch hier eingesehen werden kann: https://thingspeak.com/channels/316660 Anweisungen zum Einrichten eines ThingSpeak-Kanals finden Sie unter: https://docs.particle.io/tutorials/device-cloud/we… Beachten Sie, dass zusätzliche Kanäle für andere Photonen demselben Konto hinzugefügt werden können, ohne dass ein weiteres ThingSpeak-Konto erstellt werden muss.

3. Ein „Webhook“ist erforderlich, um Wasserstandsdaten vom Photon an den ThingSpeak-Kanal zu übergeben. Eine Anleitung zum Einrichten eines Webhooks finden Sie in Anhang B des beigefügten Berichts (EC Meter Instructions.pdf). Wird mehr als ein Wasserzähler gebaut, muss für jedes weitere Photon ein neuer Webhook mit einem eindeutigen Namen erstellt werden.

4. Der im obigen Schritt erstellte Webhook muss in den Code eingefügt werden, der das Photon betreibt. Den Code für die WiFi-Version des Wasserstandsmessers finden Sie in der beigefügten Datei (Code1_WiFi_Version_ECMeter.txt). Rufen Sie auf einem Computer die Particle-Webseite https://thingspeak.com/login auf, melden Sie sich beim Particle-Konto an und navigieren Sie zur Oberfläche der Particle-App. Kopieren Sie den Code und verwenden Sie ihn, um eine neue App in der Particle-App-Oberfläche zu erstellen. Fügen Sie den Namen des oben erstellten Webhooks in Zeile 154 des Codes ein. Löschen Sie dazu den Text innerhalb der Anführungszeichen und fügen Sie den neuen Webhook-Namen in die Anführungszeichen in Zeile 154 ein, der wie folgt lautet: Particle.publish("Insert_Webhook_Name_Inside_These_Quotes".

5. Der Code kann nun verifiziert, gespeichert und auf dem Photon installiert werden. Wenn der Code überprüft wird, wird eine Fehlermeldung zurückgegeben, die besagt: „OneWire.h: No such file or directory“. OneWire ist der Bibliothekscode, der den Temperatursensor ausführt. Dieser Fehler muss durch die Installation des OneWire-Codes aus der Partikelbibliothek behoben werden. Gehen Sie dazu mit Ihrem angezeigten Code zur Oberfläche der Particle App und scrollen Sie nach unten zum Bibliotheken-Symbol auf der linken Seite des Bildschirms (direkt über dem Fragezeichen-Symbol). Klicken Sie auf das Bibliotheken-Symbol und suchen Sie nach OneWire. Wählen Sie OneWire aus und klicken Sie auf „In Projekt einschließen“. Wählen Sie den Namen Ihrer App aus der Liste aus, klicken Sie auf „Bestätigen“und speichern Sie die App. Dadurch werden am Anfang des Codes drei neue Zeilen hinzugefügt. Diese drei neuen Zeilen können ohne Auswirkung auf den Code gelöscht werden. Es wird empfohlen, diese drei Zeilen zu löschen, damit die Codezeilennummern mit den Anweisungen in diesem Dokument übereinstimmen. Wenn die drei Zeilen an Ort und Stelle belassen werden, werden alle in diesem Dokument besprochenen Codezeilennummern um drei Zeilen vorgerückt. Beachten Sie, dass der Code in der Cloud gespeichert und auf dem Photon installiert wird. Dieser Code wird verwendet, um den Wasserzähler zu bedienen, wenn er sich im Wasserbrunnen befindet. Während der Feldinstallation müssen einige Änderungen am Code vorgenommen werden, um die Meldefrequenz auf einmal täglich einzustellen und Informationen über den Brunnen hinzuzufügen (dies ist in der beigefügten Datei "EC Meter Instructions.pdf" im Abschnitt mit dem Titel beschrieben „Installieren des Zählers in einem Wasserbrunnen“).

Schritt 5: Testen Sie das Messgerät

Der Zähleraufbau und die Softwareeinrichtung sind nun abgeschlossen. An dieser Stelle wird empfohlen, das Messgerät zu testen. Es sollten zwei Tests absolviert werden. Der erste Test wird verwendet, um zu bestätigen, dass das Messgerät Wasserstände, EC-Werte und Temperatur korrekt messen und die Daten an ThingSpeak senden kann. Der zweite Test wird verwendet, um zu bestätigen, dass der Stromverbrauch des Photons im erwarteten Bereich liegt. Dieser zweite Test ist nützlich, da die Batterien früher als erwartet ausfallen, wenn das Photon zu viel Strom verbraucht.

Zu Testzwecken ist der Code so eingestellt, dass er alle zwei Minuten den Wasserstand misst und meldet. Dies ist ein praktischer Zeitraum, um zwischen den Messungen zu warten, während das Messgerät getestet wird. Wenn eine andere Messfrequenz gewünscht wird, ändern Sie die Variable namens MeasureTime in Zeile 19 des Codes auf die gewünschte Messfrequenz. Die Messfrequenz wird in Sekunden eingegeben (d. h. 120 Sekunden entsprechen zwei Minuten).

Der erste Test kann im Büro durchgeführt werden, indem das Messgerät über dem Boden aufgehängt, eingeschaltet und überprüft wird, ob der ThingSpeak-Kanal den Abstand zwischen dem Sensor und dem Boden genau meldet. In diesem Testszenario wird der Ultraschallimpuls vom Boden reflektiert, mit dem die Wasseroberfläche im Brunnen simuliert wird. Die EC- und Temperatursensoren können in einen Behälter mit Wasser bekannter Temperatur und Leitfähigkeit (z.

Für den zweiten Test sollte der elektrische Strom zwischen dem Akkupack und dem Photon gemessen werden, um zu bestätigen, dass er den Spezifikationen im Photon-Datenblatt entspricht: https://docs.particle.io/datasheets/wi-fi/photon-d… Erfahrungsgemäß hilft dieser Test, defekte IoT-Geräte zu identifizieren, bevor sie im Feld eingesetzt werden. Messen Sie den Strom, indem Sie einen Strommesser zwischen dem positiven V+-Kabel (rotes Kabel) am Akkupack und dem VIN-Pin am Photon platzieren. Der Strom sollte sowohl im Betriebsmodus als auch im Tiefschlafmodus gemessen werden. Schalten Sie dazu das Photon ein und es startet im Betriebsmodus (wie durch die cyanfarbene LED am Photon angezeigt), der ungefähr 20 Sekunden lang läuft. Beobachten Sie während dieser Zeit mit dem Strommesser den Betriebsstrom. Der Photon geht dann automatisch für zwei Minuten in den Tiefschlafmodus (wie durch das Ausschalten der LED am Photon angezeigt). Verwenden Sie den Strommesser, um den Tiefschlafstrom zu diesem Zeitpunkt zu beobachten. Der Betriebsstrom sollte zwischen 80 und 100 mA liegen und der Deep-Sleep-Strom zwischen 80 und 100 µA. Wenn der Strom höher als diese Werte ist, sollte das Photon ersetzt werden.

Der Zähler kann nun in einem Brunnen installiert werden (Abb. 9). Anweisungen zur Installation des Zählers in einem Wasserbrunnen sowie Tipps zum Bau und Betrieb des Zählers finden Sie in der beigefügten Datei (EC Meter Instructions.pdf).

Schritt 6: So erstellen Sie eine Mobilfunkversion des Messgeräts

Eine Mobilfunkversion des Wasserzählers kann gebaut werden, indem Änderungen an der zuvor beschriebenen Teileliste, den Anweisungen und dem Code vorgenommen werden. Die Mobilfunkversion benötigt kein WLAN, da sie über ein Mobilfunksignal mit dem Internet verbunden ist. Die Kosten für die Teile zum Bau der Mobilfunkversion des Messgeräts betragen ca. 330 Kan$ (ohne Steuern und Versand) plus ca. 4 Kan$ pro Monat für den Mobilfunkdatentarif, der mit dem mobilen IoT-Gerät geliefert wird.

Der Mobilfunkzähler verwendet die gleichen Teile und Konstruktionsschritte wie oben aufgeführt mit den folgenden Modifikationen:

• Ersetzen Sie das WiFi-IoT-Gerät (Particle Photon) durch ein zellulares IoT-Gerät (Particle Electron): https://store.particle.io/collections/cellular/pro… Verwenden Sie beim Bau des Messgeräts die gleichen Pin-Verbindungen wie oben für die WiFi-Version des Messgeräts in Schritt 3.

• Das mobile IoT-Gerät verbraucht mehr Strom als die WiFi-Version, daher werden zwei Batteriequellen empfohlen: ein 3,7-V-Li-Po-Akku, der mit dem IoT-Gerät geliefert wird, und ein Akkupack mit 4 AA-Batterien. Der 3,7-V-LiPo-Akku wird mit den mitgelieferten Anschlüssen direkt an das IoT-Gerät angeschlossen. Der AA-Batteriesatz wird auf die gleiche Weise an das IoT-Gerät angeschlossen, wie oben für die WiFi-Version des Messgeräts in Schritt 3 beschrieben. Feldtests haben gezeigt, dass die Mobilfunkversion des Messgeräts mit der oben beschriebenen Batteriekonfiguration ungefähr 9 Monate lang funktioniert. Eine Alternative zur Verwendung sowohl des AA-Akkus als auch des 2000 mAh 3,7 V Li-Po-Akkus ist die Verwendung eines 3,7 V Li-Po-Akkus mit einer höheren Kapazität (z. B. 4000 oder 5000 mAh).

• An das Messgerät muss eine externe Antenne angeschlossen werden, z Zähler verwendet werden. Die im Lieferumfang des Mobilfunk-IoT-Geräts enthaltene Antenne ist nicht für den Außeneinsatz geeignet. Die externe Antenne kann mit einem langen (3 m) Kabel angeschlossen werden, mit dem die Antenne außen am Bohrloch am Bohrlochkopf befestigt werden kann (Abb. 10). Es wird empfohlen, das Antennenkabel durch den Boden des Gehäuses zu führen und gründlich mit Silikon abzudichten, um das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern (Abb. 11). Ein hochwertiges, wasserdichtes Koaxial-Verlängerungskabel für den Außenbereich wird empfohlen.

• Das mobile IoT-Gerät läuft mit einem anderen Code als die WiFi-Version des Messgeräts. Der Code für die Mobilfunkversion des Zählers ist in der angehängten Datei (Code2_Cellular_Version_ECMeter.txt) enthalten.