มาตรวัดอุณหภูมิน้ำ ความนำไฟฟ้า และระดับน้ำแบบเรียลไทม์: 6 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

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

คำแนะนำเหล่านี้อธิบายวิธีสร้างมาตรวัดน้ำแบบเรียลไทม์ราคาประหยัดสำหรับตรวจสอบอุณหภูมิ ค่าการนำไฟฟ้า (EC) และระดับน้ำในบ่อขุด มิเตอร์ได้รับการออกแบบให้แขวนในบ่อน้ำ วัดอุณหภูมิของน้ำ EC และระดับน้ำวันละครั้ง และส่งข้อมูลด้วย WiFi หรือการเชื่อมต่อมือถือไปยังอินเทอร์เน็ตเพื่อการดูและดาวน์โหลดทันที ค่าใช้จ่ายสำหรับชิ้นส่วนในการสร้างมิเตอร์จะอยู่ที่ประมาณ 230 ดอลลาร์แคนาดาสำหรับรุ่น WiFi และ 330 ดอลลาร์แคนาดาสำหรับรุ่นมือถือ มาตรวัดน้ำแสดงในรูปที่ 1 รายงานฉบับสมบูรณ์พร้อมคำแนะนำการสร้าง รายการชิ้นส่วน เคล็ดลับในการสร้างและใช้งานเครื่องวัด และวิธีการติดตั้งมาตรวัดน้ำในบ่อน้ำมีอยู่ในไฟล์แนบ (EC Meter Instructions.pdf). มาตรวัดน้ำรุ่นก่อนหน้านี้มีให้สำหรับการตรวจสอบระดับน้ำเท่านั้น (https://www.instructables.com/id/A-Real-Time-Well-…)

มิเตอร์ใช้เซ็นเซอร์สามตัว: 1) เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกเพื่อวัดความลึกของน้ำในบ่อ; 2) เทอร์โมมิเตอร์แบบกันน้ำสำหรับวัดอุณหภูมิของน้ำ และ 3) ปลั๊กแบบสองง่ามในครัวเรือนทั่วไป ซึ่งใช้เป็นเซ็นเซอร์ EC ราคาประหยัดเพื่อวัดค่าการนำไฟฟ้าของน้ำ เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกติดอยู่กับตลับเมตรโดยตรง ซึ่งแขวนอยู่ที่ด้านบนของบ่อน้ำและวัดระยะห่างระหว่างเซ็นเซอร์กับระดับน้ำในบ่อน้ำ เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกไม่ได้สัมผัสโดยตรงกับน้ำในบ่อ เซ็นเซอร์อุณหภูมิและ EC ต้องจุ่มใต้น้ำ เซ็นเซอร์สองตัวนี้ติดอยู่กับกล่องมิเตอร์ด้วยสายเคเบิลที่ยาวพอที่จะทำให้เซ็นเซอร์ขยายต่ำกว่าระดับน้ำได้

เซ็นเซอร์เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ Internet-of-Things (IoT) ที่เชื่อมต่อกับ WiFi หรือเครือข่ายเซลลูลาร์และส่งข้อมูลน้ำไปยังบริการเว็บเพื่อสร้างกราฟ บริการเว็บที่ใช้ในโครงการนี้คือ ThingSpeak.com (https://thingspeak.com/) ซึ่งให้บริการฟรีสำหรับโครงการขนาดเล็กที่ไม่ใช่เชิงพาณิชย์ (น้อยกว่า 8, 200 ข้อความ/วัน) เพื่อให้มิเตอร์เวอร์ชัน WiFi ทำงานได้ จะต้องอยู่ใกล้กับเครือข่าย WiFi บ่อน้ำในประเทศมักจะตรงตามเงื่อนไขนี้เพราะตั้งอยู่ใกล้บ้านที่มี WiFi มิเตอร์ไม่รวมเครื่องบันทึกข้อมูล แต่จะส่งข้อมูลน้ำไปยัง ThingSpeak ซึ่งจัดเก็บไว้ในคลาวด์ ดังนั้น หากมีปัญหาในการส่งข้อมูล (เช่น ระหว่างที่อินเทอร์เน็ตขัดข้อง) ข้อมูลน้ำในวันนั้นจะไม่ถูกส่งผ่านและสูญหายอย่างถาวร

การออกแบบมาตรวัดที่นำเสนอนี้ได้รับการแก้ไขหลังจากมาตรวัดที่สร้างขึ้นสำหรับวัดระดับน้ำในถังเก็บน้ำในครัวเรือนและรายงานระดับน้ำผ่าน Twitter (https://www.instructables.com/id/Wi-Fi-Twitter-Wat…). ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างการออกแบบดั้งเดิมและการออกแบบที่นำเสนอในที่นี้คือความสามารถในการใช้งานมิเตอร์บนแบตเตอรี่ AA แทนอะแดปเตอร์ไฟฟ้าแบบมีสาย ความสามารถในการดูข้อมูลในรูปแบบกราฟอนุกรมเวลาแทนข้อความ Twitter การใช้ เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการวัดระดับน้ำ และการเพิ่มเซ็นเซอร์อุณหภูมิและ EC

เซ็นเซอร์ EC ราคาประหยัดที่ผลิตขึ้นเองซึ่งผลิตด้วยปลั๊กทั่วไปในครัวเรือน มีพื้นฐานมาจากการออกแบบเซ็นเซอร์สำหรับการวัดความเข้มข้นของปุ๋ยในระบบไฮโดรโปนิกส์หรือในน้ำ (https://hackaday.io/project/7008-fly -wars-a-แฮ็กเกอร์…) การวัดค่าการนำไฟฟ้าจากเซ็นเซอร์ EC จะชดเชยอุณหภูมิโดยใช้ข้อมูลอุณหภูมิที่ได้รับจากเซ็นเซอร์อุณหภูมิของน้ำ เซ็นเซอร์ EC ที่ผลิตขึ้นโดยเฉพาะนั้นใช้วงจรไฟฟ้าอย่างง่าย (ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง) ซึ่งสามารถใช้ได้เฉพาะสำหรับการวัดค่าการนำไฟฟ้าที่ค่อนข้างรวดเร็วและไม่ต่อเนื่องเท่านั้น (กล่าวคือ ไม่ใช่สำหรับการวัด EC แบบต่อเนื่อง) การวัดค่าการนำไฟฟ้าด้วยการออกแบบนี้สามารถทำได้ทุกๆ ห้าวินาทีโดยประมาณ เนื่องจากวงจรนี้ใช้กระแสตรงมากกว่ากระแสไฟ AC การวัดค่าการนำไฟฟ้าในช่วงเวลาน้อยกว่าห้าวินาทีอาจทำให้ไอออนในน้ำกลายเป็นโพลาไรซ์ ส่งผลให้การอ่านค่าไม่ถูกต้อง เซ็นเซอร์ EC ที่ผลิตขึ้นเองได้รับการทดสอบกับเครื่องวัด EC เชิงพาณิชย์ (YSI EcoSense pH/EC 1030A) และพบว่าสามารถวัดค่าการนำไฟฟ้าได้ภายในประมาณ 10% ของเครื่องวัดเชิงพาณิชย์สำหรับโซลูชันที่อยู่ภายใน ±500 uS/cm ของค่าการสอบเทียบของเซ็นเซอร์. หากต้องการ สามารถเปลี่ยนเซ็นเซอร์ EC ที่ผลิตเองได้ในราคาประหยัดด้วยหัววัดเชิงพาณิชย์ เช่น หัววัดค่าการนำไฟฟ้า Atlas Scientific (https://atlas-scientific.com/probes/conductivity-p…)

มาตรวัดน้ำในรายงานนี้ได้รับการออกแบบและทดสอบสำหรับหลุมขุดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ (เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 0.9 ม.) ที่มีความลึกของน้ำตื้น (ต่ำกว่า 10 ม. ใต้ผิวดิน) อย่างไรก็ตาม สามารถใช้วัดระดับน้ำในสถานการณ์อื่นๆ ได้ เช่น บ่อน้ำเฝ้าระวังสิ่งแวดล้อม บ่อน้ำเจาะ และแหล่งน้ำผิวดิน

คำแนะนำทีละขั้นตอนสำหรับการสร้างมาตรวัดน้ำมีให้ด้านล่าง ขอแนะนำให้ผู้สร้างอ่านขั้นตอนการก่อสร้างทั้งหมดก่อนเริ่มกระบวนการสร้างมิเตอร์ อุปกรณ์ IoT ที่ใช้ในโครงการนี้คืออนุภาคโฟตอน ดังนั้นในส่วนต่อไปนี้ คำว่า "อุปกรณ์ IoT" และ "โฟตอน" จะใช้แทนกันได้

เสบียง

ตารางที่ 1: รายการอะไหล่

ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์:

เซ็นเซอร์ระดับน้ำ – MaxBotix MB7389 (ระยะ 5 เมตร)

เซนเซอร์วัดอุณหภูมิแบบดิจิตอลกันน้ำ

อุปกรณ์ IoT - อนุภาคโฟตอนพร้อมส่วนหัว

เสาอากาศ (เสาอากาศติดตั้งอยู่ภายในกล่องมิเตอร์) – ขั้วต่อ 2.4 GHz, 6dBi, IPEX หรือ u. FL ยาว 170 มม.

สายไฟต่อสำหรับทำโพรบวัดค่าการนำไฟฟ้า – สายไฟภายนอกอาคารแบบ 2 ขายาว 5 ม.

ลวดที่ใช้ต่อขยายโพรบวัดอุณหภูมิ ตัวนำ 4 ตัว ยาว 5 ม.

ลวด - สายจัมเปอร์พร้อมขั้วต่อแบบกด (ความยาว 300 มม.)

ก้อนแบตเตอรี่ – 4 X AA

แบตเตอรี่ – 4 X AA

ชิ้นส่วนประปาและฮาร์ดแวร์:

ท่อ - ABS เส้นผ่านศูนย์กลาง 50 มม. (2 นิ้ว) ยาว 125 มม.

ฝาบน, ABS, 50 มม. (2 นิ้ว) เกลียวพร้อมปะเก็นเพื่อซีลกันน้ำ

ฝาปิดด้านล่าง, PVC, 50 มม. (2 นิ้ว) พร้อมเกลียว NPT ตัวเมีย ¾ นิ้วเพื่อให้พอดีกับเซ็นเซอร์

ข้อต่อท่อ 2 ตัว ABS ขนาด 50 มม. (2 นิ้ว) สำหรับต่อฝาบนและล่างเข้ากับท่อ ABS

อายโบลท์และน๊อต 2 ตัว สแตนเลส (1/4 นิ้ว) สำหรับทำที่แขวนฝาด้านบน

วัสดุอื่นๆ: เทปพันสายไฟ, เทปเทฟลอน, การหดตัวด้วยความร้อน, ขวดยาสำหรับทำฝาครอบเซ็นเซอร์ EC, บัดกรี, ซิลิโคน, กาวสำหรับประกอบเคส

ขั้นตอนที่ 1: ประกอบตลับเมตร

ประกอบตัวเรือนมิเตอร์ดังแสดงในรูปที่ 1 และ 2 ด้านบน ความยาวรวมของมิเตอร์วัดจากปลายจรดปลายรวมทั้งเซ็นเซอร์และตาโบลต์อยู่ที่ประมาณ 320 มม. ท่อ ABS เส้นผ่านศูนย์กลาง 50 มม. ที่ใช้ทำตลับเมตรควรตัดให้ยาวประมาณ 125 มม. ซึ่งช่วยให้มีพื้นที่เพียงพอภายในเคสสำหรับใส่อุปกรณ์ IoT, ชุดแบตเตอรี่ และเสาอากาศภายในยาว 170 มม.

ปิดผนึกข้อต่อทั้งหมดด้วยกาวซิลิกอนหรือกาว ABS เพื่อให้เคสกันน้ำได้ สิ่งนี้สำคัญมาก ไม่เช่นนั้นความชื้นจะเข้าไปในเคสและทำลายส่วนประกอบภายในได้ สามารถบรรจุสารดูดความชื้นขนาดเล็กไว้ในกล่องเพื่อดูดซับความชื้น

ติดตั้งอายโบลต์ที่ฝาด้านบนโดยเจาะรูแล้วใส่โบลต์ตากับน็อต ควรใช้น็อตทั้งด้านในและด้านนอกของเคสเพื่อยึดอายโบลต์ ซิลิโคนด้านในของฝาปิดที่รูสลักเพื่อให้กันน้ำได้

ขั้นตอนที่ 2: ต่อสายไฟเข้ากับเซ็นเซอร์

เซ็นเซอร์ระดับน้ำ:

ต้องบัดกรีสายไฟสามเส้น (ดูรูปที่ 3a) กับเซ็นเซอร์ระดับน้ำเพื่อต่อเข้ากับโฟตอน (เช่น หมุดเซ็นเซอร์ GND, V+ และพิน 2) การบัดกรีสายไฟเข้ากับเซ็นเซอร์อาจทำได้ยาก เนื่องจากรูเชื่อมต่อบนเซ็นเซอร์มีขนาดเล็กและอยู่ใกล้กัน มันสำคัญมากที่จะต้องบัดกรีสายไฟเข้ากับเซ็นเซอร์อย่างเหมาะสม ดังนั้นจึงมีการเชื่อมต่อทางกายภาพและทางไฟฟ้าที่ดี แข็งแรง และไม่มีส่วนโค้งประสานระหว่างสายไฟที่อยู่ติดกัน แสงที่ดีและเลนส์ขยายช่วยในกระบวนการบัดกรี สำหรับผู้ที่ไม่มีประสบการณ์ในการบัดกรีมาก่อน แนะนำให้ทำการบัดกรีก่อนบัดกรีสายไฟเข้ากับเซ็นเซอร์ บทแนะนำออนไลน์เกี่ยวกับวิธีการบัดกรีสามารถดูได้จาก SparkFun Electronics (https://learn.sparkfun.com/tutorials/how-to-solder…)

หลังจากบัดกรีสายไฟเข้ากับเซ็นเซอร์แล้ว ลวดเปลือยส่วนเกินใดๆ ที่ยื่นออกมาจากเซ็นเซอร์สามารถตัดออกด้วยเครื่องตัดลวดให้มีความยาวประมาณ 2 มม. ขอแนะนำให้ปิดรอยต่อประสานด้วยลูกปัดซิลิกอนหนา สิ่งนี้ทำให้การเชื่อมต่อมีความแข็งแรงมากขึ้น และลดโอกาสของการกัดกร่อนและปัญหาทางไฟฟ้าที่จุดต่อเซ็นเซอร์ หากความชื้นเข้าไปในกล่องมิเตอร์ เทปไฟฟ้าสามารถพันรอบๆ สายไฟทั้งสามเส้นที่จุดต่อเซ็นเซอร์เพื่อเพิ่มการป้องกันและบรรเทาความเครียด ช่วยลดโอกาสที่สายไฟจะขาดที่ข้อต่อบัดกรี

สายเซนเซอร์สามารถมีขั้วต่อแบบกดบน (ดูรูปที่ 3b) ที่ปลายด้านหนึ่งเพื่อต่อเข้ากับโฟตอน การใช้ขั้วต่อแบบกดช่วยให้ประกอบและถอดแยกชิ้นส่วนมิเตอร์ได้ง่ายขึ้น สายเซ็นเซอร์ควรมีความยาวอย่างน้อย 270 มม. เพื่อให้สามารถขยายความยาวทั้งหมดของตลับเมตรได้ ความยาวนี้จะช่วยให้โฟตอนสามารถเชื่อมต่อจากปลายด้านบนของเคสกับเซ็นเซอร์ที่ปลายด้านล่างของเคส โปรดทราบว่าความยาวสายไฟที่แนะนำนี้ถือว่าท่อ ABS ที่ใช้ทำตลับเมตรถูกตัดให้มีความยาว 125 มม. ยืนยันล่วงหน้าในการตัดและบัดกรีสายไฟเข้ากับเซ็นเซอร์ว่าสายยาว 270 มม. เพียงพอที่จะขยายเกินส่วนบนของกล่องมิเตอร์เพื่อให้สามารถเชื่อมต่อโฟตอนได้หลังจากประกอบเคสแล้วและติดเซ็นเซอร์อย่างถาวร กรณี.

สามารถติดตั้งเซ็นเซอร์ระดับน้ำเข้ากับตัวเรือนมิเตอร์ได้แล้ว ควรขันสกรูเข้ากับฝาด้านล่างให้แน่นโดยใช้เทปเทฟลอนเพื่อให้แน่ใจว่ามีการผนึกกันน้ำ

เซ็นเซอร์อุณหภูมิ:

เซ็นเซอร์อุณหภูมิแบบกันน้ำ DS18B20 มีสายไฟสามเส้น (รูปที่ 4) ซึ่งมักจะเป็นสีแดง (V+) สีดำ (GND) และสีเหลือง (ข้อมูล) โดยทั่วไปแล้ว เซ็นเซอร์อุณหภูมิเหล่านี้จะมาพร้อมกับสายเคเบิลที่ค่อนข้างสั้น ซึ่งมีความยาวไม่เกิน 2 ม. ซึ่งไม่นานพอที่จะทำให้เซ็นเซอร์ไปถึงระดับน้ำในบ่อน้ำได้ ดังนั้น จึงต้องต่อสายเซ็นเซอร์ด้วยสายกันน้ำและต่อเข้ากับสายเซ็นเซอร์ด้วยรอยต่อกันน้ำ ซึ่งสามารถทำได้โดยการเคลือบจุดเชื่อมประสานด้วยซิลิกอนตามด้วยการหดตัวด้วยความร้อน คำแนะนำสำหรับการทำรอยต่อแบบกันน้ำมีให้ที่นี่: https://www.maxbotix.com/Tutorials/133.htm สายต่อสามารถทำได้โดยใช้สายต่อโทรศัพท์ภายนอกอาคารทั่วไป ซึ่งมีตัวนำไฟฟ้าสี่สาย และพร้อมสำหรับการซื้อทางออนไลน์ด้วยต้นทุนที่ต่ำ สายเคเบิลควรยาวพอที่เซ็นเซอร์อุณหภูมิจะยื่นออกมาจากกล่องมิเตอร์และแช่ใต้น้ำในบ่อ รวมถึงค่าเผื่อระดับน้ำที่ลดลงด้วย

เพื่อให้เซ็นเซอร์อุณหภูมิทำงาน ตัวต้านทานจะต้องเชื่อมต่อระหว่างสายสีแดง (V+) และสายสีเหลือง (ข้อมูล) ของเซ็นเซอร์ สามารถติดตั้งตัวต้านทานภายในกล่องมิเตอร์ได้โดยตรงบนพินโฟตอนที่ต่อสายเซ็นเซอร์อุณหภูมิตามที่แสดงด้านล่างในตารางที่ 2 ค่าตัวต้านทานมีความยืดหยุ่น สำหรับโครงการนี้ ใช้ตัวต้านทาน 2.2 kOhm อย่างไรก็ตาม ค่าใดๆ ระหว่าง 2.2 kOhm ถึง 4.7 kOhm จะใช้งานได้ เซ็นเซอร์อุณหภูมิยังต้องการรหัสพิเศษเพื่อใช้งาน รหัสเซ็นเซอร์อุณหภูมิจะถูกเพิ่มในภายหลัง ตามที่อธิบายไว้ในส่วนที่ 3.4 (การตั้งค่าซอฟต์แวร์) ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์อุณหภูมิกับโฟตอนสามารถพบได้ในบทช่วยสอนที่นี่:

ต้องเสียบสายเคเบิลสำหรับเซ็นเซอร์อุณหภูมิผ่านกล่องมิเตอร์เพื่อให้สามารถต่อเข้ากับโฟตอนได้ ควรเสียบสายเคเบิลผ่านด้านล่างของเคสโดยเจาะรูผ่านฝาปิดด้านล่างของเคส (รูปที่ 5) สามารถใช้รูเดียวกันนี้เพื่อเสียบสายเคเบิลของเซ็นเซอร์วัดค่าการนำไฟฟ้า ดังที่อธิบายไว้ในหัวข้อ 3.2.3 หลังจากเสียบสายเคเบิลแล้ว ควรปิดรูให้สนิทด้วยซิลิกอนเพื่อป้องกันไม่ให้ความชื้นเข้าไปในเคส

เซ็นเซอร์วัดค่าการนำไฟฟ้า:

เซ็นเซอร์ EC ที่ใช้ในโครงการนี้ทำจากมาตรฐาน North American Type A ปลั๊กไฟฟ้า 2 ขาเสียบผ่าน "ขวดยา" พลาสติกเพื่อควบคุม "ผลกระทบจากผนัง" (รูปที่ 6) ผลกระทบจากผนังอาจส่งผลต่อการอ่านค่าการนำไฟฟ้าเมื่อเซ็นเซอร์อยู่ห่างจากวัตถุอื่นภายในระยะ 40 มม. การเพิ่มขวดยาเป็นกล่องป้องกันรอบ ๆ เซ็นเซอร์จะควบคุมผลกระทบของผนังหากเซ็นเซอร์สัมผัสกับด้านข้างของบ่อน้ำหรือวัตถุอื่นในบ่อน้ำอย่างใกล้ชิด มีการเจาะรูผ่านฝาขวดยาเพื่อเสียบสายเซ็นเซอร์ และด้านล่างของขวดยาถูกตัดออก เพื่อให้น้ำไหลเข้าสู่ขวดและสัมผัสโดยตรงกับขาปลั๊ก

เซ็นเซอร์ EC มีสายไฟสองเส้น รวมถึงสายกราวด์และสายข้อมูล ไม่สำคัญหรอกว่าปลั๊กตัวไหนที่คุณเลือกให้เป็นสายกราวด์และสายข้อมูล หากใช้สายต่อที่ยาวเพียงพอในการสร้างเซ็นเซอร์ EC สายเคเบิลจะยาวพอที่จะไปถึงระดับน้ำในบ่อน้ำ และไม่จำเป็นต้องต่อสายกันน้ำเพื่อต่อสายเซ็นเซอร์ ต้องเชื่อมต่อตัวต้านทานระหว่างสายข้อมูลของเซ็นเซอร์ EC และพินโฟตอนเพื่อให้พลังงาน สามารถติดตั้งตัวต้านทานภายในกล่องมิเตอร์ได้โดยตรงบนหมุดโฟตอนที่ต่อสายเซ็นเซอร์ EC ตามรายการด้านล่างในตารางที่ 2 ค่าตัวต้านทานมีความยืดหยุ่น สำหรับโครงการนี้ ใช้ตัวต้านทาน 1 kOhm; อย่างไรก็ตาม ค่าใดๆ ระหว่าง 500 Ohm ถึง 2.2 kOhm จะใช้งานได้ ค่าตัวต้านทานที่สูงขึ้นจะดีกว่าสำหรับการวัดค่าการนำไฟฟ้าต่ำ รหัสที่มาพร้อมกับคำแนะนำเหล่านี้ใช้ตัวต้านทาน 1 kOhm; หากใช้ตัวต้านทานอื่น ค่าของตัวต้านทานจะต้องปรับในบรรทัดที่ 133 ของรหัส

ต้องเสียบสายเคเบิลสำหรับเซ็นเซอร์ EC ผ่านกล่องมิเตอร์เพื่อให้สามารถต่อเข้ากับโฟตอนได้ ควรเสียบสายเคเบิลผ่านด้านล่างของเคสโดยเจาะรูผ่านฝาปิดด้านล่างของเคส (รูปที่ 5) สามารถใช้รูเดียวกันเพื่อเสียบสายเซ็นเซอร์อุณหภูมิได้ หลังจากเสียบสายเคเบิลแล้ว ควรปิดรูให้แน่นด้วยซิลิกอนเพื่อป้องกันไม่ให้ความชื้นเข้าไปในเคส

เซ็นเซอร์ EC ต้องได้รับการสอบเทียบโดยใช้เครื่องวัด EC เชิงพาณิชย์ ขั้นตอนการสอบเทียบเสร็จสิ้นในภาคสนาม ตามที่อธิบายไว้ในหัวข้อ 5.2 (ขั้นตอนการตั้งค่าภาคสนาม) ของรายงานที่แนบมานี้ (คำแนะนำของเครื่องวัด EC.pdf) การสอบเทียบทำขึ้นเพื่อกำหนดค่าคงที่ของเซลล์สำหรับเครื่องวัด EC ค่าคงที่ของเซลล์ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของเซ็นเซอร์ EC รวมถึงประเภทของโลหะที่ใช้ทำขาหนีบ พื้นที่ผิวของขาหนีบ และระยะห่างระหว่างขาหนีบ สำหรับปลั๊ก Type A มาตรฐานเช่นเดียวกับที่ใช้ในโปรเจ็กต์นี้ ค่าคงที่ของเซลล์จะอยู่ที่ประมาณ 0.3 ดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับทฤษฎีและการวัดค่าการนำไฟฟ้าได้ที่นี่: https://support.hach.com/ci/okcsFattach/get/100253… และที่นี่:

ขั้นตอนที่ 3: ติดเซ็นเซอร์ ชุดแบตเตอรี่ และเสาอากาศเข้ากับอุปกรณ์ IoT

ติดเซ็นเซอร์สามตัว ชุดแบตเตอรี่ และเสาอากาศเข้ากับโฟตอน (รูปที่ 7) และใส่ชิ้นส่วนทั้งหมดลงในกล่องมิเตอร์ ตารางที่ 2 แสดงรายการการเชื่อมต่อพินที่แสดงในรูปที่ 7 สามารถติดตั้งเซ็นเซอร์และสายแบตเตอรี่ได้โดยการบัดกรีโดยตรงกับโฟตอนหรือด้วยขั้วต่อแบบกดบนที่ต่อกับหมุดส่วนหัวที่ด้านล่างของโฟตอน (ดังแสดงในรูปที่ 2) การใช้ขั้วต่อแบบกดช่วยให้ถอดแยกชิ้นส่วนมิเตอร์หรือเปลี่ยนโฟตอนได้ง่ายขึ้นหากล้มเหลว การเชื่อมต่อเสาอากาศบนโฟตอนต้องใช้ขั้วต่อชนิด u. FL (รูปที่ 7) และต้องกดให้แน่นบนโฟตอนเพื่อทำการเชื่อมต่อ ห้ามใส่แบตเตอรี่ลงในก้อนแบตเตอรี่จนกว่ามิเตอร์จะพร้อมสำหรับการทดสอบหรือติดตั้งในบ่อ การออกแบบนี้ไม่มีสวิตช์เปิด/ปิด จึงสามารถเปิดและปิดมิเตอร์ได้โดยการติดตั้งและถอดแบตเตอรี่

ตารางที่ 2: รายการการเชื่อมต่อพินบนอุปกรณ์ IoT (อนุภาคโฟตอน):

โฟตอนพิน D2 - เชื่อมต่อกับ - พินเซ็นเซอร์ WL 6, V+ (สายสีแดง)

โฟตอนพิน D3 - เชื่อมต่อกับ - พินเซ็นเซอร์ WL 2, ข้อมูล (สายสีน้ำตาล)

โฟตอนพิน GND - เชื่อมต่อกับ - พินเซ็นเซอร์ WL 7, GND (สายสีดำ)

โฟตอนพิน D5 - เชื่อมต่อกับ - เซ็นเซอร์อุณหภูมิ, ข้อมูล (สายสีเหลือง)

โฟตอนพิน D6 - เชื่อมต่อกับ - เซ็นเซอร์อุณหภูมิ V+ (สายสีแดง)

โฟตอนพิน A4 - เชื่อมต่อกับ - เซ็นเซอร์อุณหภูมิ GND (สายสีดำ)

โฟตอนพิน D5 ถึง D6 - เซ็นเซอร์อุณหภูมิ, ตัวต้านทาน R1 (เชื่อมต่อตัวต้านทาน 2.2k ระหว่างโฟตอนพิน D5 และ D6)

โฟตอนพิน A0 - เชื่อมต่อกับ - เซ็นเซอร์ EC, data

โฟตอนพิน A1 - เชื่อมต่อกับ - เซ็นเซอร์ EC, GND

โฟตอนพิน A2 ถึง A0 - เซ็นเซอร์ EC, ตัวต้านทาน R2 (เชื่อมต่อตัวต้านทาน 1k ระหว่างโฟตอนพิน A0 และ A2)

Photon pin VIN - เชื่อมต่อกับ - Battery pack, V+ (สายสีแดง)

โฟตอนพิน GND - เชื่อมต่อกับ - ชุดแบตเตอรี่, GND (สายสีดำ)

Photon u. FL pin - เชื่อมต่อกับ - Antenna

ขั้นตอนที่ 4: การติดตั้งซอฟต์แวร์

จำเป็นต้องมีห้าขั้นตอนหลักในการตั้งค่าซอฟต์แวร์สำหรับมิเตอร์:

1. สร้างบัญชีอนุภาคที่จะให้อินเทอร์เฟซออนไลน์กับโฟตอน ในการดำเนินการนี้ ให้ดาวน์โหลดแอปมือถือ Particle ไปยังสมาร์ทโฟน: https://docs.particle.io/quickstart/photon/ หลังจากติดตั้งแอปแล้ว ให้สร้างบัญชีอนุภาคและปฏิบัติตามคำแนะนำออนไลน์เพื่อเพิ่มโฟตอนลงในบัญชี โปรดทราบว่าคุณสามารถเพิ่มโฟตอนเพิ่มเติมลงในบัญชีเดียวกันได้โดยไม่ต้องดาวน์โหลดแอป Particle และสร้างบัญชีใหม่อีกครั้ง

2. สร้างบัญชี ThingSpeak https://thingspeak.com/login และตั้งค่าช่องใหม่เพื่อแสดงข้อมูลระดับน้ำ ตัวอย่างของหน้าเว็บ ThingSpeak สำหรับมาตรวัดน้ำแสดงอยู่ในรูปที่ 8 ซึ่งสามารถดูได้ที่นี่: https://thingspeak.com/channels/316660 คำแนะนำสำหรับการตั้งค่าช่อง ThingSpeak มีให้ที่: https://docs.particle.io/tutorials/device-cloud/we… โปรดทราบว่าคุณสามารถเพิ่มช่องสัญญาณเพิ่มเติมสำหรับโฟตอนอื่น ๆ ในบัญชีเดียวกันโดยไม่จำเป็นต้องสร้างบัญชี ThingSpeak อื่น

3. จำเป็นต้องมี "webhook" เพื่อส่งข้อมูลระดับน้ำจากโฟตอนไปยังช่อง ThingSpeak คำแนะนำสำหรับการตั้งค่าเว็บฮุคมีอยู่ในภาคผนวก B ของรายงานที่แนบมาด้วย (คำแนะนำของ EC Meter.pdf) หากมีการสร้างมาตรวัดน้ำมากกว่าหนึ่งตัว จะต้องสร้างเว็บฮุคใหม่ที่มีชื่อเฉพาะสำหรับโฟตอนเพิ่มเติมแต่ละรายการ

4. เว็บฮุคที่สร้างขึ้นในขั้นตอนข้างต้นจะต้องถูกแทรกลงในโค้ดที่ควบคุมโฟตอน รหัสสำหรับมาตรวัดระดับน้ำรุ่น WiFi มีอยู่ในไฟล์แนบ (Code1_WiFi_Version_ECMeter.txt) บนคอมพิวเตอร์ ให้ไปที่หน้าเว็บ Particle https://thingspeak.com/login ลงชื่อเข้าใช้บัญชี Particle และไปที่อินเทอร์เฟซแอป Particleคัดลอกโค้ดและใช้เพื่อสร้างแอปใหม่ในอินเทอร์เฟซแอปอนุภาค ใส่ชื่อของเว็บฮุคที่สร้างขึ้นด้านบนในบรรทัดที่ 154 ของโค้ด ในการดำเนินการนี้ ให้ลบข้อความในเครื่องหมายคำพูดและใส่ชื่อเว็บฮุคใหม่ลงในเครื่องหมายคำพูดในบรรทัดที่ 154 ซึ่งอ่านดังนี้: Particle.publish("Insert_Webhook_Name_Inside_These_Quotes"

5. ตอนนี้สามารถตรวจสอบ บันทึก และติดตั้งรหัสบนโฟตอนได้แล้ว เมื่อรหัสได้รับการยืนยัน มันจะส่งคืนข้อผิดพลาดที่ระบุว่า “OneWire.h: ไม่มีไฟล์หรือไดเรกทอรีดังกล่าว” OneWire เป็นรหัสห้องสมุดที่เรียกใช้เซ็นเซอร์อุณหภูมิ ข้อผิดพลาดนี้ต้องได้รับการแก้ไขโดยการติดตั้งโค้ด OneWire จากไลบรารี Particle ในการดำเนินการนี้ ให้ไปที่อินเทอร์เฟซ Particle App โดยแสดงรหัสของคุณ แล้วเลื่อนลงไปที่ไอคอน Libraries ทางด้านซ้ายของหน้าจอ (อยู่เหนือไอคอนเครื่องหมายคำถาม) คลิกที่ไอคอน Libraries และค้นหา OneWire เลือก OneWire แล้วคลิก "รวมในโครงการ" เลือกชื่อแอปของคุณจากรายการ คลิก "ยืนยัน" จากนั้นบันทึกแอป สิ่งนี้จะเพิ่มบรรทัดใหม่สามบรรทัดที่ด้านบนของโค้ด สามบรรทัดใหม่นี้สามารถลบได้โดยไม่กระทบต่อโค้ด ขอแนะนำให้คุณลบสามบรรทัดนี้เพื่อให้หมายเลขบรรทัดรหัสตรงกับคำแนะนำในเอกสารนี้ หากปล่อยสามบรรทัดไว้ หมายเลขบรรทัดรหัสทั้งหมดที่กล่าวถึงในเอกสารนี้จะถูกเพิ่มเป็นสามบรรทัด โปรดทราบว่ารหัสจะถูกจัดเก็บและติดตั้งบนโฟตอนจากคลาวด์ รหัสนี้จะใช้ควบคุมมาตรวัดน้ำเมื่ออยู่ในบ่อน้ำ ระหว่างการติดตั้งภาคสนาม จะต้องทำการเปลี่ยนแปลงบางอย่างในโค้ดเพื่อกำหนดความถี่ในการรายงานเป็นวันละครั้งและเพิ่มข้อมูลเกี่ยวกับบ่อน้ำ (อธิบายไว้ในไฟล์แนบ "EC Meter instructions.pdf" ในหัวข้อเรื่อง “การติดตั้งมิเตอร์ในบ่อน้ำ”)

ขั้นตอนที่ 5: ทดสอบมิเตอร์

การสร้างมิเตอร์และการตั้งค่าซอฟต์แวร์เสร็จสมบูรณ์แล้ว ณ จุดนี้ขอแนะนำให้ทดสอบมิเตอร์ ควรทำการทดสอบสองครั้ง การทดสอบครั้งแรกใช้เพื่อยืนยันว่ามิเตอร์สามารถวัดระดับน้ำ ค่า EC และอุณหภูมิได้อย่างถูกต้อง และส่งข้อมูลไปยัง ThingSpeak การทดสอบครั้งที่สองใช้เพื่อยืนยันว่าการใช้พลังงานของโฟตอนอยู่ภายในช่วงที่คาดไว้ การทดสอบครั้งที่สองนี้มีประโยชน์เนื่องจากแบตเตอรี่จะล้มเหลวเร็วกว่าที่คาดไว้หากโฟตอนใช้พลังงานมากเกินไป

เพื่อวัตถุประสงค์ในการทดสอบ รหัสนี้ถูกตั้งค่าให้วัดและรายงานระดับน้ำทุกๆ สองนาที นี่เป็นช่วงเวลาที่ใช้งานได้จริงเพื่อรอระหว่างการวัดในขณะที่กำลังทดสอบมิเตอร์ หากต้องการความถี่ในการวัดที่แตกต่างกัน ให้เปลี่ยนตัวแปรที่เรียกว่า MeasureTime ในบรรทัดที่ 19 ของโค้ดเป็นความถี่ในการวัดที่ต้องการ ป้อนความถี่ในการวัดเป็นวินาที (เช่น 120 วินาทีเท่ากับสองนาที)

การทดสอบครั้งแรกสามารถทำได้ในสำนักงานโดยแขวนมิเตอร์ไว้เหนือพื้น เปิดเครื่อง และตรวจสอบว่าช่อง ThingSpeak รายงานระยะห่างระหว่างเซ็นเซอร์กับพื้นอย่างแม่นยำ ในสถานการณ์การทดสอบนี้ ชีพจรอัลตราโซนิกจะสะท้อนจากพื้น ซึ่งใช้เพื่อจำลองผิวน้ำในบ่อน้ำ เซ็นเซอร์ EC และอุณหภูมิสามารถวางลงในภาชนะที่มีอุณหภูมิและการนำไฟฟ้าที่ทราบ (เช่น ที่วัดโดยเครื่องวัด EC เชิงพาณิชย์) เพื่อยืนยันเซ็นเซอร์รายงานค่าที่ถูกต้องไปยังช่อง ThingSpeak

สำหรับการทดสอบครั้งที่สอง ควรวัดกระแสไฟฟ้าระหว่างก้อนแบตเตอรี่และโฟตอนเพื่อยืนยันว่าตรงกับข้อกำหนดในเอกสารข้อมูลโฟตอน: https://docs.particle.io/datasheets/wi-fi/photon-d… ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าการทดสอบนี้ช่วยระบุอุปกรณ์ IoT ที่มีข้อบกพร่องก่อนที่จะนำไปใช้จริงในภาคสนาม วัดกระแสโดยวางมิเตอร์ปัจจุบันระหว่างสายบวก V + (สายสีแดง) บนก้อนแบตเตอรี่และพิน VIN บนโฟตอน ควรวัดกระแสทั้งในโหมดการทำงานและโหมดสลีปลึก ในการดำเนินการนี้ ให้เปิดโฟตอนและจะเริ่มทำงานในโหมดการทำงาน (ตามที่ระบุโดยไฟ LED บนโฟตอนจะเปลี่ยนเป็นสีฟ้า) ซึ่งจะทำงานเป็นเวลาประมาณ 20 วินาที ใช้มิเตอร์วัดกระแสเพื่อสังเกตกระแสไฟที่ใช้งานในช่วงเวลานี้ จากนั้นโฟตอนจะเข้าสู่โหมดหลับลึกโดยอัตโนมัติเป็นเวลาสองนาที (ตามที่ระบุโดยไฟ LED บนโฟตอนดับ) ใช้มิเตอร์ปัจจุบันเพื่อสังเกตกระแสการนอนหลับลึกในเวลานี้ กระแสไฟขณะทำงานควรอยู่ระหว่าง 80 ถึง 100 mA และกระแสไฟขณะหลับลึกควรอยู่ระหว่าง 80 ถึง 100 µA หากกระแสไฟสูงกว่าค่าเหล่านี้ ควรเปลี่ยนโฟตอน

มิเตอร์พร้อมติดตั้งในบ่อน้ำแล้ว (รูปที่ 9) คำแนะนำในการติดตั้งมิเตอร์ในบ่อน้ำ ตลอดจนคำแนะนำในการสร้างมิเตอร์และการใช้งาน มีอยู่ในไฟล์แนบ (EC Meter Instructions.pdf)

ขั้นตอนที่ 6: วิธีสร้าง Meter รุ่น Cellular

สามารถสร้างมาตรวัดน้ำรุ่นมือถือได้โดยการปรับเปลี่ยนรายการชิ้นส่วน คำแนะนำ และรหัสที่ได้อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ รุ่นมือถือไม่จำเป็นต้องใช้ WiFi เพราะเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตผ่านสัญญาณมือถือ ค่าใช้จ่ายของชิ้นส่วนในการสร้างมาตรวัดเวอร์ชันเซลลูลาร์อยู่ที่ประมาณ 330 ดอลลาร์แคนาดา (ไม่รวมภาษีและค่าขนส่ง) บวก 4 ดอลลาร์แคนาดาต่อเดือนสำหรับแผนข้อมูลเซลลูลาร์ที่มาพร้อมกับอุปกรณ์ IoT มือถือ

เครื่องวัดเซลลูลาร์ใช้ชิ้นส่วนและขั้นตอนการก่อสร้างเดียวกันตามรายการด้านบนโดยมีการปรับเปลี่ยนดังต่อไปนี้:

• แทนที่อุปกรณ์ WiFi IoT (Particle Photon) สำหรับอุปกรณ์ IoT แบบเซลลูลาร์ (Particle Electron): https://store.particle.io/collections/cellular/pro… เมื่อสร้างมิเตอร์ ให้ใช้การเชื่อมต่อพินเดียวกันกับที่อธิบายไว้ข้างต้นสำหรับ ตัวตรวจสอบเวอร์ชัน WiFi ในขั้นตอนที่ 3

• อุปกรณ์ IoT แบบเซลลูลาร์ใช้พลังงานมากกว่ารุ่น WiFi ดังนั้นจึงแนะนำให้ใช้แหล่งแบตเตอรี่สองแหล่ง: แบตเตอรี่ Li-Po 3.7V ที่มาพร้อมกับอุปกรณ์ IoT และก้อนแบตเตอรี่ที่มีแบตเตอรี่ AA 4 ก้อน แบตเตอรี่ LiPo 3.7V เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ IoT โดยตรงด้วยตัวเชื่อมต่อที่ให้มา ก้อนแบตเตอรี่ AA ติดอยู่กับอุปกรณ์ IoT ในลักษณะเดียวกับที่อธิบายไว้ข้างต้นสำหรับรุ่น WiFi ของเครื่องวัดในขั้นตอนที่ 3 การทดสอบภาคสนามพบว่ารุ่นมือถือของเครื่องวัดจะทำงานประมาณ 9 เดือนโดยใช้การตั้งค่าแบตเตอรี่ที่อธิบายไว้ข้างต้น. อีกทางเลือกหนึ่งสำหรับการใช้ทั้งก้อนแบตเตอรี่ AA และแบตเตอรี่ Li-Po 3.7 V 2000 mAh คือการใช้แบตเตอรี่ Li-Po 3.7V หนึ่งก้อนที่มีความจุสูงกว่า (เช่น 4000 หรือ 5000 mAh)

• ต้องต่อเสาอากาศภายนอกเข้ากับมิเตอร์ เช่น https://www.amazon.ca/gp/product/B07PZFV9NK/ref=p… ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้รับการจัดอันดับความถี่ที่ใช้โดยผู้ให้บริการมือถือที่มีน้ำ จะใช้มิเตอร์ เสาอากาศที่มาพร้อมกับอุปกรณ์ IoT แบบเซลลูลาร์นั้นไม่เหมาะสำหรับการใช้งานกลางแจ้ง เสาอากาศภายนอกสามารถเชื่อมต่อด้วยสายเคเบิลยาว (3 ม.) ซึ่งช่วยให้สามารถติดตั้งเสาอากาศกับด้านนอกของบ่อน้ำได้ที่หัวหลุม (รูปที่ 10) ขอแนะนำให้สอดสายเสาอากาศผ่านด้านล่างของเคสและปิดผนึกด้วยซิลิโคนอย่างทั่วถึงเพื่อป้องกันความชื้นเข้า (รูปที่ 11) ขอแนะนำให้ใช้สายต่อโคแอกเซียลกลางแจ้งคุณภาพดี กันน้ำได้

• อุปกรณ์ IoT แบบเซลลูลาร์ทำงานโดยใช้รหัสที่แตกต่างจากตัวตรวจสอบเวอร์ชัน WiFi รหัสสำหรับเครื่องวัดรุ่นมือถือมีอยู่ในไฟล์แนบ (Code2_Cellular_Version_ECMeter.txt)