เครื่องวัดระดับเกลือละลายน้ำ: 7 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

น้ำยาปรับสภาพน้ำทำงานโดยใช้กระบวนการที่เรียกว่าการแลกเปลี่ยนไอออน ซึ่งไอออนของแคลเซียมและแมกนีเซียมจากน้ำกระด้างจะถูกแลกเปลี่ยนกับโซเดียมคลอไรด์ (เกลือ) ผ่านเรซินชนิดพิเศษ น้ำจะเข้าไปในถังแรงดันซึ่งจะเคลื่อนผ่านเม็ดบีดเรซิน และแคลเซียมและแมกนีเซียมจะถูกแทนที่ด้วยโซเดียม ในที่สุดเม็ดเรซินก็จะหมดลงและไม่สามารถเก็บแร่ธาตุที่แข็งได้อีก กระบวนการเติมหรือสร้างใหม่จะผ่านสารละลายน้ำเกลือผ่านเม็ดเรซินซึ่งแยกแร่ธาตุที่มีความกระด้างออกและชะล้างแร่ธาตุเหล่านั้นไปยังท่อระบายน้ำอย่างไม่เป็นอันตราย เม็ดบีดเรซินจะถูกทำให้สดชื่นและพร้อมที่จะทำให้น้ำอ่อนลง

น้ำยาปรับลดน้ำแบบแลกเปลี่ยนไอออนมีหลายรูปแบบและขนาด แต่ทั้งหมดมีสิ่งหนึ่งที่เหมือนกัน คือ ถังน้ำเกลือที่ต้องเติมเกลือทุกๆ สองสามสัปดาห์เพื่อรับประกันว่าจะมีน้ำอ่อนปกติ น้ำยาปรับลดน้ำไม่ใช่อุปกรณ์ที่น่าดึงดูดนัก ดังนั้นพวกเขาจึงถูกเนรเทศไปยังสถานที่ที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องไปเยี่ยมเป็นพิเศษเพื่อตรวจสอบระดับเกลือ บ่อยครั้ง การเติมเกลือมากขึ้นมาจากสมาชิกในครัวเรือนที่จับเรื่องน้ำกระด้าง จำเป็นต้องมีเซ็นเซอร์วัดระดับเกลือพอดีและลืม ซึ่งจะส่งการเตือนเมื่อเกลืออยู่ในน้ำยาปรับผ้านุ่มต่ำ ในคำแนะนำนี้ เซ็นเซอร์วัดระยะใช้เพื่อวัดระดับเกลือในน้ำยาปรับลดน้ำทุกสองสามชั่วโมงและโพสต์ผลลัพธ์บน ThingSpeak เมื่อระดับเกลือต่ำ ThingSpeak จะส่งอีเมลแจ้งเตือนให้เติมเกลือลงในถังน้ำเกลือ ส่วนประกอบทั้งหมดสำหรับโครงการนี้มีอยู่ใน eBay ตามปกติ ชิ้นส่วนที่ถูกที่สุดมาจากเอเชีย แม้จะจำเป็นต้องซื้อส่วนประกอบทั้งหมด ค่าใช้จ่ายทั้งหมดจะอยู่ที่ประมาณ 10 เหรียญสหรัฐฯ จำเป็นต้องมีทักษะมากมาย เช่น การบัดกรีหรือการใช้ Arduino IDE เพื่อสร้างโครงการนี้ เทคนิคทั้งหมดเหล่านี้ครอบคลุมในคำแนะนำอื่น ๆ และไม่ทำซ้ำที่นี่

เสบียง

ที่ใส่แบตเตอรี่ AAVL53L0X โมดูลตั้งแต่ BAT43 Shottky ไดโอด 100nF ตัวเก็บประจุ ตัวต้านทาน 2 x 5k ตัวต้านทาน 2 x 470 โอห์ม FT232RL โมดูลอะแดปเตอร์อนุกรม ขนาด AA ลิเธียม ไทโอนิลคลอไรด์ แบตเตอรี่ โมดูลไมโครคอนโทรลเลอร์ ESP-07 ของกระจุกกระจิก ลวด กล่อง ฯลฯ

ขั้นตอนที่ 1: เครื่องตรวจจับระดับเกลือ

VL53L0X ใช้เพื่อตรวจจับพื้นผิวเกลือในน้ำยาปรับสภาพน้ำ เซ็นเซอร์ทำงานโดยส่งพัลส์ของแสงออกมาและวัดเวลาที่ใช้ในการสะท้อนกลับ ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดมาจากการใช้พื้นผิวสะท้อนแสงสีขาวในที่มืด ตรงตามที่เรามีในถังเกลือ ตัวเซ็นเซอร์เองมีขนาดเล็กมากและจับยาก จึงสามารถซื้อเป็นโมดูลที่มีอินเทอร์เฟซ I2C ได้ ทำให้ง่ายต่อการเชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์อื่นๆ เช่น Arduino หรือ Raspberry Pi เนื่องจากหน้าต่างเลเซอร์และเซ็นเซอร์มีขนาดเล็กมาก จึงใช้ชั้นฟิล์มยึดเพื่อหยุดสิ่งสกปรกที่ขวางกั้นอุปกรณ์ โมดูลต้องวางราบที่ด้านบนของน้ำยาปรับผ้านุ่ม ดังนั้นสายไฟหรือบัดกรีไม่ควรยื่นออกมาทางด้านเซ็นเซอร์ของ โมดูล ซึ่งทำได้โดยวางโมดูลไว้ในระหว่างการบัดกรี เซ็นเซอร์ลง บนชิ้นไม้เพื่อหยุดการบัดกรีหรือการกระแทกของลวดที่ด้านเซ็นเซอร์

ขั้นตอนที่ 2: การเขียนโปรแกรม ESP-07

ความตั้งใจคือการขับเคลื่อนแบตเตอรี่มอนิเตอร์ระดับเกลือ ดังนั้นจึงเลือกโมดูลชิป ESP8266 แบบเปลือยเพื่อลดกระแสไฟสแตนด์บายและให้อายุการใช้งานแบตเตอรี่อย่างน้อยหนึ่งปี ต่างจากรุ่นที่ซับซ้อนกว่าบางรุ่นซึ่งรวมถึงตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าและอินเทอร์เฟซ USB ส่วนประกอบพิเศษบางอย่างต้องถูกเพิ่มลงใน ESP-07 เปล่าที่ใช้ในโครงการนี้ อะแดปเตอร์อนุกรมถูกต่อสายชั่วคราวเพื่อแฟลช ESP-07 และจอภาพ พอร์ตอนุกรมระหว่างการทดสอบ โปรดทราบว่าอะแดปเตอร์อนุกรมจะถูกลบออกเมื่อเราพอใจที่ทุกอย่างทำงานได้อย่างถูกต้อง อย่าทำให้มันแข็งเกินไป ด้วยเหตุผลบางประการ สาย SDA และ SCL จำเป็นต้องสลับกันเพื่อให้เซ็นเซอร์ทำงานได้ ให้ลองใช้วิธีนี้หากช่วงนั้นติดอยู่ที่ระดับเต็ม บางทีอาจเป็นเรื่องแปลกในการผลิตของจีน? แบตเตอรี่ลิเธียมไทโอนิลคลอไรด์ถูกใช้เพื่อขับเคลื่อนโครงการนี้ ขนาด AA ของแบตเตอรี่นี้มีแรงดันไฟฟ้าคงที่ 3.6V และความจุ 2600 mAh เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการจ่ายไฟให้กับ ESP-07 แบตเตอรี่เหล่านี้สามารถพบได้ที่ผู้จำหน่ายแบตเตอรี่ผู้เชี่ยวชาญ แต่ไม่มีในร้านค้าปลีกทั่วไป ฉันเดาว่าพวกเขาไม่กล้าปล่อยให้ประชาชนทั่วไปใช้แบตเตอรี่ที่มีแรงดันไฟปกติถึงสองเท่า!

เมื่อเปิดเครื่อง ESP-07 หมุดจะทำสิ่งแปลก ๆ จนกว่ากิจวัตรการเริ่มต้นจะเสร็จสิ้น เพื่อเป็นมาตรการด้านความปลอดภัย ตัวต้านทานจะรวมอยู่ในการเชื่อมต่อกับเอาต์พุตของโมดูลเพื่อป้องกันกระแสไฟที่สร้างความเสียหาย ภาพร่าง Arduino สำหรับโครงการนี้แนบมากับไฟล์ข้อความ ตามปกติ คุณจะต้องแก้ไขด้วยข้อมูลรับรองเราเตอร์ของคุณเองและคีย์ API จากบัญชี ThingSpeak ของคุณ นอกจากนี้ยังใช้ที่อยู่ IP แบบคงที่เพื่อเพิ่มความเร็วในการเชื่อมต่อ WiFi และบันทึกปัจจุบัน ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนที่อยู่ IP ให้ตรงกับเครือข่ายของคุณ โปรดทราบว่ามีการใช้เครื่องหมายจุลภาคในที่อยู่ IP ไม่ใช่จุด! มีข้อมูลมากมายบนอินเทอร์เน็ตเกี่ยวกับการกะพริบและการใช้ ESP8266 หากคุณต้องการความช่วยเหลือเพิ่มเติม โดยสรุปการกระพริบดำเนินการดังนี้:

เริ่มต้น Arduino IDE บนพีซี และตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ติดตั้งและเลือกบอร์ด ESP8266 แล้ว คุณอาจจำเป็นต้องติดตั้งไลบรารี่สำหรับเซ็นเซอร์และ WiFiLoad ในภาพสเก็ตช์ของจอภาพที่แนบมาด้านล่าง และแก้ไขตามต้องการ ตรวจสอบการคอมไพล์แบบร่างโดยไม่มีข้อผิดพลาด เชื่อมต่อ GPIO0 กับกราวด์ผ่านตัวต้านทาน 5k ช่อง ใส่แบตเตอรี่ลงในที่ยึดเสียบอะแดปเตอร์ USB รหัสอัปโหลดตรวจสอบว่าเชื่อมต่ออย่างถูกต้อง ถอดแบตเตอรี่ออกแล้วถอดการเชื่อมต่อ GPIO0 เปิดจอภาพแบบอนุกรมและเปลี่ยนแบตเตอรี่ คุณควรได้รับการต้อนรับด้วยการพิมพ์แบบอนุกรมจากภาพร่างก่อนที่โมดูลจะเข้าสู่โหมดสลีป

การลดรอบเวลาลงเหลือประมาณ 20 วินาทีจะทำให้การดีบักง่ายขึ้นมาก นอกจากนี้ เวลาเชื่อมต่ออาจต้องปรับเพื่อให้ลิงก์ที่เชื่อถือได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเราเตอร์ของคุณ เมื่อทุกอย่างทำงานได้ อะแดปเตอร์ USB อาจถูกถอดออกและต่อสายจอภาพเพื่อใช้บริการได้

ขั้นตอนที่ 3: การเดินสายขั้นสุดท้าย

เมื่อเราคิดว่าจอภาพได้รับการตั้งค่าตามที่เราชอบแล้ว ก็สามารถจัดวางสายไฟได้ตามภาพ ควรถอดไฟ LED สีแดงออก เนื่องจากเป็นการระบายพลังงานระหว่างโหมดสลีปลึก มันสามารถ ping ออกเบา ๆ ด้วยไขควงปากแบนหรือขายไม่ออก หากสัญญาณ WiFi อยู่ด้านต่ำ ช่วงนั้นอาจจะดีขึ้นโดยการเชื่อมต่อเสาอากาศภายนอก ในกรณีนี้ ต้องถอดลิงค์ที่เชื่อมกับเสาอากาศเซรามิกออกเหมือนไฟ LED จะต้องมีการเชื่อมต่อเสาอากาศภายนอกเสมอ หากใช้งาน ESP-07 โดยไม่มีการเชื่อมต่อเสาอากาศเซรามิก

ขั้นตอนที่ 4: การติดตั้ง Sensor

เซ็นเซอร์ต้องติดตั้งเหนือระดับเกลือสูงสุดในถังน้ำเกลือ ในการติดตั้งนี้ ฝาของเครื่องทำน้ำกระด้างได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นสถานที่ที่สะดวกในการจัดตำแหน่งเซ็นเซอร์ เจาะรูเล็กๆ ที่ฝาปิดเพื่อให้เซ็นเซอร์ดูระดับเกลือได้ เนื่องจากส่วนผสมของน้ำเกลือมีฤทธิ์กัดกร่อนมาก จึงใช้ชั้นฟิล์มยึดเพื่อปิดรูและป้องกันเซ็นเซอร์ สามารถติดตั้งแบตเตอรี่และ ESP-07 ถัดจากเซ็นเซอร์บนฝาปิดได้ มีตัวเลือกในการเสียบเสาอากาศภายนอกเสมอ หากความแรงของสัญญาณ WiFi ลดลงเล็กน้อย ในการติดตั้งนี้ เซ็นเซอร์ ESP-07 และแบตเตอรี่ถูก เพียงแค่ติดกาวที่ด้านบนของฝาในขณะที่น้ำกระด้างถูกซ่อนอยู่ในตู้ จำเป็นต้องมีกรณีที่เหมาะสมในสถานการณ์ที่เปิดเผยมากขึ้น

ขั้นตอนที่ 5: อายุการใช้งานแบตเตอรี่

ในการประมาณอายุการใช้งานแบตเตอรี่ เราจำเป็นต้องวัดกระแสไฟขณะสแตนด์บายและกระแสไฟขณะมอนิเตอร์เปิดอยู่ สิ่งนี้พิสูจน์ได้ค่อนข้างยากเพราะ ESP-07 สามารถล็อคได้อย่างง่ายดายเมื่อทำการเปลี่ยนแปลงเช่นการเปลี่ยนช่วงมิเตอร์ ทางออกสุดท้ายคือการเพิ่มตัวต้านทาน 0.1 โอห์มลงในสายไฟและวัดกระแสด้วยขอบเขตระหว่างช่วงปลุก การวัดแต่ละครั้งใช้เวลา 6.7 วินาทีโดยมีกระแสเฉลี่ย 77mA กระแสไฟสลีปวัดโดยการวางไดโอดและตัวต้านทาน 5k ขนานกันในสายไฟ ไดโอดนำกระแสไฟปลุก แต่ตัวต้านทานกระแสไฟสแตนด์บายต่ำ ทำให้กระแสไฟสแตนด์บายอยู่ที่ 28.8 uA เวลาพักเครื่องในโปรแกรมถูกตั้งไว้ที่ประมาณ 1 ชั่วโมงระหว่างการวัด กว่าหนึ่งปี จอภาพจะใช้ 250 mAh ในโหมดสแตนด์บายและ 1255 mAh ขณะทำงานหรือรวม 1505 mAh แบตเตอรี่ 2600 mAh ที่ใช้ในจอภาพนี้ควรมีอายุการใช้งานมากกว่าหนึ่งปี อายุการใช้งานแบตเตอรี่อาจยืดออกไปได้อีกโดยการวัดระดับเกลือไม่บ่อยนัก น่าเสียดายที่เวลาพักเครื่องของ ESP-07 นั้นไม่สามารถทำได้อย่างง่ายดายนานกว่าหนึ่งชั่วโมง วิธีหนึ่งในการแก้ปัญหานี้คือปลุกเครื่อง ESP-07 ทุก ๆ ชั่วโมงแล้วนำกลับไปสู่โหมดสลีปอีกครั้งทันที มีตัวเลือกที่จะไม่ปลุกโมเด็มและแผนภูมิจะแสดงปริมาณพลังงานที่ใช้ลงครึ่งหนึ่ง ด้วยการวัดระดับเกลือเพียง 4 ครั้งต่อวัน เราสามารถคาดหวังอายุการใช้งานแบตเตอรี่ได้ประมาณ 5 ปี รหัสด้านล่างใช้หน่วยความจำ ESP8266 RTC เพื่อบันทึกจำนวนครั้งที่โมดูลอยู่ในโหมดสลีป ในภาพร่างนี้มี 6 ช่วงการนอนหลับก่อนทำการวัดซึ่งให้เวลา 7 ชั่วโมงระหว่างการอ่าน แน่นอนว่าสิ่งนี้สามารถปรับให้เข้ากับแอปพลิเคชันของคุณได้ ยึดแบตเตอรี่ให้แน่นเสมอ การเชื่อมต่อที่ขัดจังหวะอาจทำให้ ESP-07 ล็อกและทำให้แบตเตอรี่หมด แบตเตอรี่ควรมีอายุการใช้งานหลายปีก่อนที่จะเปลี่ยนด้วยเวลาพักเครื่องที่นานขึ้น อีกครั้ง เป็นการดีที่สุดที่จะทดสอบโมดูลด้วยการนอนหลับ 10 วินาที 7 ชั่วโมงเป็นเวลานานเพื่อรอเพื่อตรวจสอบว่าทำงานหรือไม่…

ขั้นตอนที่ 6: แผนภูมิระดับเกลือ

แผนภูมิทั้งสองแสดงระดับเกลือในน้ำยาปรับน้ำและความแรงของสัญญาณ WiFi ซึ่งเป็นเครื่องมือแก้ปัญหาที่มีประโยชน์ การสร้างใหม่ของน้ำยาปรับสภาพน้ำนี้ควบคุมโดยมิเตอร์และเป็นรุ่นถังคู่ แท็งก์สามารถเปลี่ยนได้ตลอดเวลาของวัน แผนภูมิระดับเกลือบ่งชี้ว่าการฟื้นฟูเกิดขึ้นเมื่อใด และเวลาระหว่างการฟื้นฟูทำให้ทราบถึงการใช้น้ำ จอภาพนี้ไม่เพียงแต่จะแสดงเมื่อจำเป็นต้องใช้เกลือมากขึ้นเท่านั้น แต่ในน้ำยาปรับผ้านุ่มแบบมิเตอร์ ยังสามารถเน้นให้เห็นการใช้น้ำมากเกินไป VL53L0X มีช่วงสูงถึงประมาณ 2 เมตร ขึ้นอยู่กับพื้นผิวสะท้อนแสง การใช้งานอื่นๆ สามารถทำได้ เช่น การตรวจสอบระดับน้ำมันหรือถังเก็บน้ำที่ความลึกเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ เมื่อเวลาผ่านไป

ขั้นตอนที่ 7: อีเมลเตือนความจำ

คุณสามารถส่งอีเมลเตือนความจำเกี่ยวกับระดับเกลือต่ำได้จาก ThingSpeak สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการตั้งค่าแอพสองตัวจากเมนู APPS อันแรกคือการวิเคราะห์ MATLAB ที่จะเขียนและส่งอีเมลหากระดับเกลือเกินขีดจำกัดที่กำหนดไว้ อีกแอปหนึ่งคือ TimeControl ที่คุณสามารถเลือกความถี่ในการตรวจสอบระดับเกลือได้ การตั้งค่าแอป TimeControl นั้นค่อนข้างง่าย ในกรณีนี้ ระดับเกลือจะถูกตรวจสอบทุกวันโดยเรียกใช้การวิเคราะห์ MATLAB อีเมลที่จู้จี้จะถูกส่งทุกวันเมื่อระดับเกลือถึงระดับต่ำ การวิเคราะห์ MATLAB ที่ใช้ในคำแนะนำนี้แนบมาด้านล่าง จะต้องอัปเดตด้วยรหัสช่องและ ApiKey ของคุณเอง นอกจากนี้ จำเป็นต้องใส่ระดับเกลือต่ำสุดสำหรับถังของคุณในคำสั่ง 'if' หวังว่าข้อมูลนี้จะให้รายละเอียดเพียงพอที่จะรับอีเมลโดยไม่ต้องเจาะลึกถึงความซับซ้อนของการเข้ารหัส ThingSpeak