Máy làm mềm nước theo dõi mức độ muối: 7 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Chất làm mềm nước hoạt động bằng cách sử dụng một quá trình gọi là trao đổi ion, trong đó các ion canxi và magiê từ nước cứng được trao đổi với natri clorua (muối) thông qua một loại nhựa đặc biệt. Nước đi vào một bình áp suất, nơi nó di chuyển qua các hạt nhựa, và canxi và magiê được thay thế bằng natri. Các hạt nhựa cuối cùng sẽ cạn kiệt và không thể tiếp nhận bất kỳ khoáng chất cứng nào nữa. Quá trình nạp lại hoặc tái tạo đưa dung dịch nước muối đi qua các hạt nhựa, loại bỏ các khoáng chất cứng và xả chúng vô hại xuống cống. Các hạt nhựa được làm mới và sẵn sàng để tạo ra nước mềm hơn.

Thiết bị làm mềm nước trao đổi ion có nhiều hình dạng và kích cỡ nhưng chúng đều có một điểm chung là bể chứa nước muối cần đổ đầy muối vài tuần một lần để đảm bảo cung cấp nước mềm thường xuyên. Chất làm mềm nước không phải là thiết bị hấp dẫn chính xác và do đó chúng bị trục xuất đến một số nơi không thể tiếp cận được có nghĩa là cần phải có một chuyến thăm đặc biệt để kiểm tra mức muối. Thông thường, nguyên nhân cho việc thêm nhiều muối là do các thành viên trong gia đình không thích dùng nước cứng. Cần có cảm biến đo mức muối vừa và quên để có thể gửi lời nhắc khi muối thấp trong chất làm mềm. Trong Có thể hướng dẫn này, một cảm biến phạm vi được sử dụng để đo mức muối trong chất làm mềm nước vài giờ một lần và kết quả được đăng trên ThingSpeak. Khi mức muối xuống thấp, ThingSpeak sẽ gửi email nhắc nhở bạn hãy đổ đầy muối vào thùng nước muối. Ngay cả khi phải mua tất cả các thành phần, tổng chi phí sẽ khoảng 10 đô la Mỹ. Cần có vô số kỹ năng như hàn hoặc sử dụng Arduino IDE để thực hiện dự án này. Tất cả các kỹ thuật này được đề cập trong các Sách hướng dẫn khác và không được lặp lại ở đây.

Quân nhu

Giá đỡ pin AA Mô-đun đa dạngVL53L0X BAT43 Đi-ốt Shottky Tụ điện 100nF Điện trở 2 x 5k Điện trở 2 x 470 Ohm Mô-đun bộ chuyển đổi nối tiếp FT232RL Mô-đun bộ chuyển đổi nối tiếp Kích thước AA Pin Lithium Thionyl Clorua Mô-đun vi điều khiển ESP-07 Đồ tạp, dây, hộp, v.v.

Bước 1: Máy dò mức muối

Một VL53L0X được sử dụng để cảm nhận bề mặt muối trong chất làm mềm nước. Cảm biến hoạt động bằng cách phát ra một xung ánh sáng và đo thời gian nó phản xạ trở lại. Kết quả tốt nhất đến từ việc sử dụng bề mặt phản chiếu màu trắng trong bóng tối, chính xác là những gì chúng ta có trong thùng muối. Bản thân cảm biến rất nhỏ và khó xử lý. Như vậy, nó có thể được mua như một mô-đun có chứa giao diện I2C. Điều này giúp kết nối với các bộ vi điều khiển khác như Arduino hoặc Raspberry Pi dễ dàng hơn nhiều. Vì cửa sổ laser và cảm biến rất nhỏ, một lớp màng bám được sử dụng để ngăn chặn bụi bẩn chặn thiết bị. mô-đun. Điều này đạt được bằng cách đặt mô-đun trong quá trình hàn, đặt cảm biến xuống, trên một miếng gỗ để ngăn chất hàn hoặc dây hình thành va chạm trên mặt cảm biến.

Bước 2: Lập trình ESP-07

Mục đích là làm cho pin theo dõi mức độ muối được điều khiển và do đó, một phiên bản đơn giản của mô-đun chip ESP8266 đã được chọn để giảm thiểu dòng điện ở chế độ chờ và cung cấp thời lượng pin ít nhất một năm. Không giống như một số phiên bản phức tạp hơn bao gồm bộ điều chỉnh điện áp và giao diện USB, một số thành phần bổ sung phải được thêm vào ESP-07 trần được sử dụng trong dự án này. cổng nối tiếp trong quá trình thử nghiệm. Hãy nhớ rằng bộ chuyển đổi nối tiếp sẽ được gỡ bỏ khi chúng tôi hài lòng rằng mọi thứ hoạt động chính xác, đừng làm cho nó quá chắc chắn. Vì lý do nào đó, các đường SDA và SCL cần hoán đổi để làm cho cảm biến hoạt động, hãy thử điều này nếu phạm vi bị kẹt ở quy mô đầy đủ. Một pin lithium thionyl clorua được sử dụng để cung cấp năng lượng cho dự án này. Kích thước AA của pin này có điện áp ổn định là 3,6V và dung lượng 2600 mAh, lý tưởng để cung cấp năng lượng cho ESP-07. Bạn có thể tìm thấy những loại pin này tại các nhà cung cấp pin chuyên dụng nhưng không phải ở các cửa hàng bán lẻ thông thường. Tôi đoán rằng họ không dám để công chúng thả lỏng trên một pin có điện áp gấp đôi bình thường!

Khi ESP-07 bật nguồn, các chân sẽ làm những điều kỳ lạ cho đến khi nó hoàn thành quy trình khởi động. Như một biện pháp an toàn, các điện trở được bao gồm trong các kết nối với đầu ra của mô-đun để ngăn chặn bất kỳ dòng điện gây hại nào. Bản phác thảo Arduino cho dự án này được đính kèm trong tệp văn bản. Như thường lệ, bạn sẽ cần chỉnh sửa nó bằng thông tin đăng nhập bộ định tuyến của riêng mình và khóa API từ tài khoản ThingSpeak của bạn. Ngoài ra, địa chỉ IP tĩnh được sử dụng để tăng tốc thời gian kết nối WiFi và tiết kiệm dòng điện. Điều này có thể liên quan đến việc thay đổi địa chỉ IP để phù hợp với mạng của bạn. Lưu ý rằng dấu phẩy được sử dụng trong địa chỉ IP chứ không phải dấu chấm! Có rất nhiều thông tin trên internet về cách nhấp nháy và sử dụng ESP8266 nếu bạn cần thêm trợ giúp. Tóm lại, quá trình nhấp nháy sẽ diễn ra như sau:

Khởi động Arduino IDE trên PC và đảm bảo rằng bo mạch ESP8266 đã được cài đặt và chọnBạn có thể cần cài đặt các thư viện cho cảm biến và WiFiLoad trong bản phác thảo màn hình đính kèm bên dưới và sửa đổi theo yêu cầu Pin vào ngăn chứa Cắm vào bộ điều hợp USB Kiểm tra mã tải về kết nối đúng cách Tháo pin và sau đó tháo kết nối GPIO0 Khởi động màn hình nối tiếp và thay pin Bạn sẽ được chào đón bằng các bản in nối tiếp từ bản phác thảo trước khi mô-đun chuyển sang chế độ ngủ

Giảm thời gian chu kỳ xuống khoảng 20 giây sẽ giúp gỡ lỗi dễ dàng hơn nhiều. Ngoài ra, tùy thuộc vào bộ định tuyến của bạn, thời gian kết nối có thể cần điều chỉnh để cung cấp một liên kết đáng tin cậy. Sau khi mọi thứ hoạt động, bộ điều hợp USB có thể được tháo ra và có thể kết nối màn hình để bảo dưỡng.

Bước 3: Nối dây cuối cùng

Khi chúng tôi nghĩ rằng màn hình được thiết lập theo cách chúng tôi thích, hệ thống dây điện có thể được sắp xếp gọn gàng như trong hình. Đèn LED nguồn màu đỏ nên được loại bỏ vì đây là thiết bị tiêu hao năng lượng trong khi ngủ sâu. Nó có thể được ping nhẹ nhàng bằng một trình điều khiển vít hoặc không bán được. Nếu tín hiệu WiFi ở mức thấp, phạm vi có thể được cải thiện bằng cách kết nối ăng-ten bên ngoài. Trong trường hợp này, liên kết tham gia ăng-ten gốm phải được loại bỏ giống như đèn LED. Luôn phải có một ăng-ten bên ngoài được kết nối nếu ESP-07 được vận hành mà không có liên kết ăng-ten gốm.

Bước 4: Cài đặt cảm biến

Cảm biến cần được gắn trên mức muối cao nhất trong bể nước muối. Trong cách lắp đặt này, nắp của thiết bị làm mềm nước tỏ ra là một vị trí thuận tiện để đặt cảm biến. Một lỗ nhỏ được khoan trên nắp để cảm biến có thể xem mức muối. Vì hỗn hợp nước muối có tính ăn mòn rất cao, một lớp màng bám được sử dụng để che lỗ và bảo vệ cảm biến. Pin và ESP-07 cũng có thể được gắn bên cạnh cảm biến trên nắp. Luôn có tùy chọn cắm vào ăng-ten bên ngoài nếu cường độ tín hiệu WiFi thấp. chỉ dán vào phần trên của nắp khi chất làm mềm nước được giấu trong tủ. Một trường hợp thích hợp sẽ cần thiết trong các tình huống tiếp xúc nhiều hơn.

Bước 5: Thời lượng pin

Để ước tính thời lượng pin, chúng ta cần đo dòng điện ở chế độ chờ và dòng điện khi màn hình hoạt động. Điều này tỏ ra khá khó khăn vì ESP-07 có thể dễ dàng khóa lại khi thực hiện các thay đổi như thay đổi phạm vi đồng hồ đo. Giải pháp cuối cùng là thêm một điện trở 0,1 Ohm vào dây dẫn điện và đo dòng điện bằng một ống đo trong thời gian thức. Mỗi lần đo kéo dài 6,7 giây với dòng điện trung bình là 77mA. Dòng điện ngủ được đo bằng cách đặt song song một diode và điện trở 5k vào dây dẫn nguồn. Diode mang dòng đánh thức nhưng dòng dự phòng thấp được mang bởi điện trở. Điều này cho dòng điện ở chế độ chờ là 28,8 uA. Thời gian ngủ trong chương trình được đặt thành khoảng 1 giờ giữa các lần đo. Trong hơn một năm, màn hình sẽ sử dụng 250 mAh ở chế độ chờ và 1255 mAh ở chế độ thức hoặc tổng 1505 mAh. Pin 2600 mAh được sử dụng trong màn hình này sẽ dễ dàng kéo dài hơn một năm. Tuổi thọ pin có thể được kéo dài hơn nữa bằng cách đo nồng độ muối ít thường xuyên hơn. Thật không may, thời gian ngủ của ESP-07 không thể dễ dàng thực hiện lâu hơn khoảng một giờ. Một cách để giải quyết vấn đề này là đánh thức ESP-07 mỗi giờ và sau đó đặt nó trở lại trạng thái ngủ lại ngay lập tức. Có một lựa chọn là không đánh thức modem và biểu đồ cho thấy điều này làm giảm một nửa lượng điện năng được sử dụng. Bằng cách chỉ đo nồng độ muối 4 lần một ngày, chúng ta có thể mong đợi tuổi thọ pin khoảng 5 năm. Đoạn mã dưới đây sử dụng bộ nhớ ESP8266 RTC để lưu trữ số lần mô-đun đã ở trạng thái ngủ sâu. Trong bản phác thảo này, có 6 khoảng thời gian ngủ trước khi thực hiện phép đo cho 7 giờ giữa các lần đọc. Tất nhiên điều này có thể được điều chỉnh phù hợp với ứng dụng của bạn. Luôn gắn chặt pin vào vị trí, kết nối bị gián đoạn có thể khóa ESP-07 và làm cạn pin. Pin sẽ kéo dài vài năm trước khi thay thế với thời gian ngủ lâu hơn. Một lần nữa, tốt nhất là nên kiểm tra mô-đun với chế độ ngủ 10 giây, thời gian chờ là 7 giờ để kiểm tra xem nó có hoạt động không…

Bước 6: Biểu đồ mức muối

Hai biểu đồ hiển thị mức muối trong thiết bị làm mềm nước và cường độ tín hiệu WiFi, một công cụ xử lý sự cố hữu ích. Sự tái tạo của thiết bị làm mềm nước này được kiểm soát bằng đồng hồ và là mô hình bể đôi, các bể có thể chuyển đổi bất kỳ lúc nào trong ngày. Biểu đồ mức muối cho biết thời điểm tái sinh xảy ra và thời gian giữa các lần tái tạo cho biết cách sử dụng nước. Màn hình này không chỉ hiển thị khi cần thêm muối mà trên một thiết bị làm mềm có đồng hồ đo, nó có thể làm nổi bật việc sử dụng nước quá mức. VL53L0X có phạm vi lên đến khoảng 2m, tùy thuộc vào bề mặt phản xạ. Các ứng dụng khác có thể được thực hiện như theo dõi mức dầu hoặc mực nước trong bể chứa mà độ sâu thay đổi chậm theo thời gian.

Bước 7: Email nhắc nhở

Email nhắc nhở về mức độ muối thấp có thể được gửi từ ThingSpeak. Điều này liên quan đến việc thiết lập hai Ứng dụng từ menu APPS, ứng dụng đầu tiên là Phân tích MATLAB sẽ soạn và gửi email nếu mức muối vượt quá giới hạn đã xác định. Ứng dụng khác là TimeControl, nơi bạn có thể quyết định tần suất kiểm tra mức muối. Thiết lập ứng dụng TimeControl khá trực quan, trong trường hợp này, mức muối được kiểm tra hàng ngày bằng cách chạy Phân tích MATLAB. Một email khó chịu sẽ được gửi hàng ngày khi mức muối đạt đến mức thấp. Phân tích MATLAB được sử dụng trong Tài liệu hướng dẫn này được đính kèm bên dưới. Nó sẽ cần cập nhật với ID kênh và ApiKey của riêng bạn. Ngoài ra, mức muối tối thiểu cho bể của bạn cần được chèn trong câu lệnh "if". Hy vọng rằng điều này cung cấp đủ chi tiết để nhận email mà không cần phải đi sâu vào sự phức tạp của mã hóa ThingSpeak.