جهاز مراقبة مستوى ملح الماء المنقي: 7 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

تعمل أجهزة تنقية المياه باستخدام عملية تسمى التبادل الأيوني يتم فيها تبادل أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم من الماء العسر مع كلوريد الصوديوم (ملح) عبر راتنج خاص. يذهب الماء إلى وعاء ضغط حيث يتحرك عبر حبيبات الراتنج ، ويتم استبدال الكالسيوم والمغنيسيوم بالصوديوم. ستصبح حبات الراتينج في نهاية المطاف مستنفدة وغير قادرة على التقاط المزيد من المعادن الصلبة. تمر عملية إعادة الشحن أو التجديد بمحلول الماء المالح من خلال حبيبات الراتنج التي تفصل معادن الصلابة وتدفقها دون ضرر إلى الصرف. تُترك حبات الراتينج منتعشة وجاهزة لصنع المزيد من المياه الطرية.

تأتي أجهزة إزالة عسر الماء بتبادل الأيونات بأشكال وأحجام عديدة ، لكن جميعها تشترك في شيء واحد ، وهو خزان المحلول الملحي الذي يحتاج إلى ملئه بالملح كل بضعة أسابيع لضمان الإمداد المنتظم بالماء العسر. لا تُعد أجهزة إزالة عسر الماء قطعًا جذابة تمامًا من المعدات ، ولذلك يتم إبعادها إلى مكان يتعذر الوصول إليه مما يعني أن هناك حاجة إلى زيارة خاصة للتحقق من مستوى الملح. في كثير من الأحيان ، تأتي فكرة إضافة المزيد من الملح من سيطرة أفراد الأسرة على الماء العسر ، حيث يلزم وجود مستشعر مستوى الملح الملائم والنسيان الذي يمكنه إرسال تذكير عندما يكون الملح منخفضًا في المنقي. في Instructable ، يتم استخدام مستشعر المدى لقياس مستوى الملح في منقي المياه كل بضع ساعات ويتم نشر النتيجة على ThingSpeak. عندما ينخفض مستوى الملح ، سيرسل ThingSpeak رسالة بريد إلكتروني تذكير لملء خزان المحلول الملحي بالملح. جميع مكونات هذا المشروع متوفرة على eBay ، كالعادة ، تأتي الأجزاء الأرخص من آسيا. حتى الاضطرار إلى شراء جميع المكونات ، فإن التكلفة الإجمالية ستكون حوالي 10 دولارات أمريكية. هناك حاجة إلى العديد من المهارات مثل اللحام أو استخدام Arduino IDE لإنشاء هذا المشروع. تمت تغطية كل هذه الأساليب في تعليمات أخرى ولا يتم تكرارها هنا.

اللوازم

AA حامل بطارية VL53L0X وحدة المدى BAT43 شوتكي ديود 100nF مكثف 2 × 5 مقاومات 2 × 470 أوم مقاومات FT232RL وحدة محول تسلسلي حجم AA بطارية ليثيوم ثيونيل كلوريد ESP-07 وحدة متحكم أشتات ، سلك ، صندوق إلخ.

الخطوة 1: كاشف مستوى الملح

يتم استخدام VL53L0X لاستشعار سطح الملح في منقي الماء. يعمل المستشعر عن طريق إرسال نبضة ضوئية وقياس الوقت المستغرق للانعكاس. تأتي أفضل النتائج من استخدام سطح عاكس أبيض في الظلام ، وهو بالضبط ما لدينا في حاوية الملح ، والمستشعر نفسه صغير جدًا ويصعب التعامل معه. على هذا النحو ، يمكن شراؤها كوحدة نمطية تحتوي على واجهة I2C. هذا يجعل الاتصال مع المتحكمات الدقيقة الأخرى أسهل بكثير مثل Arduino أو Raspberry Pi. نظرًا لأن نوافذ الليزر وأجهزة الاستشعار صغيرة جدًا ، يتم استخدام طبقة من فيلم clingfilm لإيقاف أي أوساخ تسد الجهاز. يجب أن تكون الوحدة مسطحة في الجزء العلوي من منقي المياه ، وبالتالي يجب ألا تبرز الأسلاك أو اللحام على جانب المستشعر الوحدة. تم تحقيق ذلك من خلال إراحة الوحدة أثناء اللحام ، أو جهاز الاستشعار لأسفل ، على قطعة من الخشب لإيقاف نتوءات اللحام أو الأسلاك على جانب المستشعر.

الخطوة 2: برمجة ESP-07

كان القصد من ذلك هو جعل بطارية مراقبة مستوى الملح تعمل بالبطارية ، وبالتالي تم اختيار نسخة مكشوفة من وحدة الرقاقة ESP8266 لتقليل تيار الاستعداد وإعطاء عمر بطارية لمدة عام على الأقل. على عكس بعض الإصدارات الأكثر تعقيدًا التي تتضمن منظمات الجهد وواجهة USB ، يجب إضافة بعض المكونات الإضافية إلى العظام العارية ESP-07 المستخدمة في هذا المشروع. يتم توصيل محول تسلسلي مؤقتًا لفلاش ESP-07 والشاشة المنفذ التسلسلي أثناء الاختبار. ضع في اعتبارك أنه ستتم إزالة المحول التسلسلي بمجرد أن يسعدنا أن كل شيء يعمل بشكل صحيح ، لا تجعله صلبًا جدًا. لسبب ما ، احتاجت خطوط SDA و SCL إلى التبديل لجعل المستشعر يعمل ، جرب هذا إذا كان النطاق عالقًا على نطاق واسع. ربما تكون إحدى مشكلات التصنيع الصينية ، حيث يتم استخدام بطارية ليثيوم كلوريد ثيونيل لتشغيل هذا المشروع. يتمتع حجم AA لهذه البطارية بجهد ثابت يبلغ 3.6 فولت و 2600 مللي أمبير في الساعة ، وهو مثالي لتشغيل ESP-07. يمكن العثور على هذه البطاريات لدى موردي البطاريات المتخصصين ولكن ليس في منافذ البيع بالتجزئة المعتادة. أعتقد أنهم لا يجرؤون على ترك عامة الناس يفقدون بطارية ضعف الجهد العادي!

عندما يتم تشغيل ESP-07 ، تقوم المسامير بعمل أشياء غريبة حتى تنتهي من روتين بدء التشغيل. كإجراء أمان ، يتم تضمين المقاومات في التوصيلات بمخرجات الوحدة لمنع أي تيارات ضارة. يتم إرفاق رسم Arduino لهذا المشروع في ملف نصي. كالعادة ، سوف تحتاج إلى تحريرها باستخدام بيانات اعتماد جهاز التوجيه الخاص بك ومفتاح API من حساب ThingSpeak الخاص بك. أيضًا ، يتم استخدام عنوان IP ثابت لتسريع وقت اتصال WiFi وحفظ التيار. قد يتضمن ذلك تغيير عناوين IP لتتناسب مع شبكتك. يتم استخدام فواصل الملاحظات في عنوان IP وليس فترة! هناك قدر هائل من المعلومات على الإنترنت حول وميض واستخدام ESP8266 إذا كنت بحاجة إلى مزيد من المساعدة. باختصار ، يستمر الوميض على النحو التالي:

ابدأ تشغيل Arduino IDE على جهاز الكمبيوتر وتأكد من تثبيت لوحة ESP8266 وتحديدها ، قد تحتاج إلى تثبيت المكتبات الخاصة بالمستشعر و WiFi ، وتحميل في رسم الشاشة المرفق أدناه والتعديل حسب الحاجة ، تحقق من تجميعات الرسم بدون أخطاء ، قم بتوصيل GPIO0 بالأرض عبر فتحة مقاومة 5 كيلو البطارية في الحامل ، قم بتوصيل محول USB ، قم بتحميل الكود للتحقق من توصيله بشكل صحيح ، قم بإزالة البطارية ثم قم بإزالة اتصال GPIO0. ابدأ تشغيل الشاشة التسلسلية واستبدل البطارية ، يجب أن يتم الترحيب بك مع المطبوعات التسلسلية من المخطط قبل أن تدخل الوحدة في وضع السكون

سيؤدي تقليل وقت الدورة إلى حوالي 20 ثانية إلى تسهيل تصحيح الأخطاء كثيرًا. أيضًا ، اعتمادًا على جهاز التوجيه الخاص بك ، قد يحتاج وقت الاتصال إلى تعديل لإعطاء ارتباط موثوق. بمجرد أن يعمل كل شيء ، قد تتم إزالة محول USB ويمكن توصيل الشاشة بالأسلاك للخدمة.

الخطوة 3: الأسلاك النهائية

عندما نعتقد أن الشاشة تم إعدادها بالطريقة التي نحبها ، يمكن ترتيب الأسلاك كما في الصورة. يجب إزالة مؤشر الطاقة الأحمر لأن هذا يمثل استنزافًا للطاقة أثناء النوم العميق. يمكن أن تتعرض لضغوط بلطف باستخدام مفك براغي أو غير ملحوم. إذا كانت إشارة WiFi على الجانب المنخفض ، فيمكن تحسين النطاق عن طريق توصيل هوائي خارجي. في هذه الحالة ، يجب إزالة الرابط الذي يربط الهوائي الخزفي مثل مؤشر LED. يجب أن يكون هناك دائمًا هوائي خارجي متصل إذا تم تشغيل ESP-07 بدون وصلة هوائي السيراميك.

الخطوة 4: تركيب جهاز الاستشعار

يحتاج المستشعر إلى التركيب فوق أعلى مستوى ملح في خزان المحلول الملحي. في هذا التثبيت ، ثبت أن غطاء منقي المياه مكان مناسب لوضع المستشعر. يتم حفر ثقب صغير في الغطاء حتى يتمكن المستشعر من رؤية مستوى الملح. نظرًا لأن خليط المحلول الملحي شديد التآكل ، يتم استخدام طبقة من فيلم التشبث لتغطية الفتحة وحماية المستشعر. يمكن أيضًا تثبيت البطارية و ESP-07 بجوار المستشعر الموجود على الغطاء ، وهناك دائمًا خيار توصيل هوائي خارجي إذا ثبت أن قوة إشارة WiFi هامشية ، وفي هذا التثبيت ، تم تثبيت المستشعر و ESP-07 والبطارية تم لصقها فقط على الجزء العلوي من الغطاء حيث تم وضع منقي المياه بعيدًا في الخزانة. ستكون هناك حاجة إلى حالة مناسبة في المواقف الأكثر تعرضًا.

الخطوة الخامسة: عمر البطارية

لتقدير عمر البطارية ، نحتاج إلى قياس تيار الاستعداد والتيار عندما تكون الشاشة مستيقظة. ثبت أن هذا صعب للغاية لأن ESP-07 يمكن أن يغلق بسهولة عند إجراء تغييرات مثل تغيير نطاقات العدادات. كان الحل النهائي هو إضافة مقاوم 0.1 أوم إلى سلك الطاقة وقياس التيار بنطاق أثناء فترة الاستيقاظ. استغرق كل قياس 6.7 ثانية بمتوسط تيار 77 مللي أمبير ، تم قياس تيار النوم عن طريق وضع صمام ثنائي ومقاوم 5 كيلو بالتوازي في سلك الطاقة. يحمل الصمام الثنائي تيار الاستيقاظ ولكن تيار الاستعداد المنخفض يحمله المقاوم. أعطى هذا تيارًا احتياطيًا قدره 28.8 uA. تم ضبط وقت السكون في البرنامج على حوالي ساعة واحدة بين القياسات. على مدار عام ، ستستخدم الشاشة 250 مللي أمبير في وضع الاستعداد و 1255 مللي أمبير في وضع الاستيقاظ أو 1505 مللي أمبير في الساعة. يجب أن تدوم بطارية 2600 مللي أمبير المستخدمة في هذه الشاشة بسهولة لأكثر من عام ، ويمكن إطالة عمر البطارية أكثر من خلال قياس مستوى الملح بشكل أقل تكرارًا. لسوء الحظ ، لا يمكن جعل وقت نوم ESP-07 أطول من حوالي ساعة. تتمثل إحدى طرق التغلب على هذه المشكلة في إيقاظ ESP-07 كل ساعة ثم إعادته للنوم مرة أخرى على الفور. يوجد خيار عدم إيقاظ المودم ويظهر الرسم البياني هذا يخفض مقدار الطاقة المستخدمة إلى النصف. من خلال قياس مستوى الملح 4 مرات فقط في اليوم ، يمكننا أن نتوقع عمر بطارية يبلغ حوالي 5 سنوات. يستخدم الكود أدناه ذاكرة ESP8266 RTC لتخزين عدد المرات التي كانت فيها الوحدة في نوم عميق. في هذا الرسم التخطيطي ، هناك 6 فترات نوم قبل إجراء القياس والتي تعطي 7 ساعات بين القراءات. بالطبع يمكن ضبط هذا على تطبيقك. قم دائمًا بتثبيت البطارية بإحكام في مكانها ، حيث يمكن أن يؤدي الاتصال المتقطع إلى قفل ESP-07 واستنزاف البطارية. يجب أن تدوم البطارية عدة سنوات قبل استبدالها بأوقات نوم أطول. مرة أخرى ، من الأفضل اختبار الوحدة خلال 10 ثوانٍ من النوم ، 7 ساعات هي وقت طويل للانتظار للتحقق مما إذا كانت تعمل …

الخطوة 6: مخطط مستوى الملح

يُظهر المخططان مستوى الملح في منقي المياه وقوة إشارة WiFi ، وهي أداة مفيدة لحل المشاكل. يتم التحكم في إعادة إنتاج منقي المياه هذا ، وكونه نموذجًا لخزان مزدوج ، يمكن للخزانات التبديل في أي وقت من اليوم. يشير مخطط مستوى الملح إلى وقت حدوث التجديد ويعطي الوقت بين عمليات التجديد فكرة عن استخدام المياه. لا تظهر هذه الشاشة عند الحاجة إلى المزيد من الملح فحسب ، بل على منقي مُقاس ، يمكنها إبراز الاستخدام المفرط للمياه. يبلغ نطاق VL53L0X حوالي 2 متر ، اعتمادًا على السطح العاكس. من الممكن استخدام تطبيقات أخرى مثل مراقبة مستويات الزيت أو خزان المياه حيث يتغير العمق ببطء بمرور الوقت.

الخطوة 7: تذكير بالبريد الإلكتروني

يمكن إرسال رسائل البريد الإلكتروني للتذكير بشأن انخفاض مستويات الملح من ThingSpeak. يتضمن ذلك إعداد تطبيقين من قائمة التطبيقات ، الأول هو تحليل MATLAB الذي سيؤلف ويرسل بريدًا إلكترونيًا إذا تجاوز مستوى الملح حدًا محددًا. التطبيق الآخر هو TimeControl حيث يمكنك تحديد عدد مرات التحقق من مستوى الملح. يعد إعداد تطبيق TimeControl بديهيًا تمامًا ، في هذه الحالة ، يتم فحص مستوى الملح يوميًا عن طريق تشغيل تحليل MATLAB. سيتم إرسال بريد إلكتروني مزعج يوميًا بمجرد وصول مستوى الملح إلى المستوى المنخفض. تحليل MATLAB المستخدم في هذا Instructable مرفق أدناه. سيحتاج إلى التحديث بمعرف القناة الخاص بك و ApiKey. أيضًا ، الحد الأدنى لمستوى الملح لحوضك يحتاج إلى إدخاله في عبارة "if". نأمل أن يوفر هذا تفاصيل كافية لتلقي رسائل البريد الإلكتروني دون الحاجة إلى الخوض في تعقيدات ترميز ThingSpeak.