مقياس درجة حرارة مياه الآبار وموصلية المياه ومستوى المياه في الوقت الحقيقي: 6 خطوات (بالصور)

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

تصف هذه التعليمات كيفية إنشاء عداد مياه منخفض التكلفة وفي الوقت الفعلي لمراقبة درجة الحرارة والتوصيل الكهربائي (EC) ومستويات المياه في الآبار المحفورة. تم تصميم العداد للتعليق داخل بئر محفور ، وقياس درجة حرارة الماء ، والتوصيل الكهربائي ومستوى الماء مرة واحدة في اليوم ، وإرسال البيانات عبر شبكة WiFi أو الاتصال الخلوي بالإنترنت لعرضها وتنزيلها على الفور. تبلغ تكلفة أجزاء بناء العداد حوالي 230 دولارًا كنديًا لإصدار WiFi و 330 دولارًا كنديًا للإصدار الخلوي. يظهر عداد المياه في الشكل 1. تقرير كامل بإرشادات البناء وقائمة الأجزاء ونصائح حول إنشاء وتشغيل العداد وكيفية تركيب العداد في بئر ماء متوفر في الملف المرفق (EC Meter Instructions.pdf). تتوفر نسخة منشورة مسبقًا من عداد المياه هذا لمراقبة مستويات المياه فقط (https://www.instructables.com/id/A-Real-Time-Well- …).

يستخدم العداد ثلاثة حساسات: 1) جهاز استشعار فوق صوتي لقياس عمق المياه في البئر. 2) مقياس حرارة مقاوم للماء لقياس درجة حرارة الماء ، و 3) قابس منزلي ذو شقين مشترك ، والذي يستخدم كمستشعر EC منخفض التكلفة لقياس التوصيل الكهربائي للماء. يتم توصيل المستشعر بالموجات فوق الصوتية مباشرة بعلبة العداد ، والتي يتم تعليقها في الجزء العلوي من البئر وتقيس المسافة بين المستشعر ومستوى الماء في البئر ؛ جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية ليس على اتصال مباشر مع الماء في البئر. يجب غمر درجة الحرارة ومستشعرات EC تحت الماء ؛ يتم توصيل هذين المستشعرين بعلبة العداد بكابل طويل بما يكفي للسماح لأجهزة الاستشعار بالتمدد تحت مستوى الماء.

يتم توصيل المستشعرات بجهاز إنترنت الأشياء (IoT) الذي يتصل بشبكة WiFi أو شبكة خلوية ويرسل بيانات المياه إلى خدمة ويب ليتم رسمها بيانيًا. خدمة الويب المستخدمة في هذا المشروع هي ThingSpeak.com (https://thingspeak.com/) ، وهي مجانية للاستخدام للمشاريع الصغيرة غير التجارية (أقل من 8 ، 200 رسالة / يوم). لكي يعمل إصدار WiFi من العداد ، يجب أن يكون قريبًا من شبكة WiFi. غالبًا ما تستوفي آبار المياه المنزلية هذا الشرط لأنها تقع بالقرب من منزل مزود بشبكة WiFi. لا يشتمل العداد على مسجل بيانات ، بل يرسل بيانات المياه إلى ThingSpeak حيث يتم تخزينها في السحابة. لذلك ، في حالة وجود مشكلة في نقل البيانات (على سبيل المثال أثناء انقطاع الإنترنت) ، لا يتم نقل بيانات المياه لذلك اليوم ويتم فقدها بشكل دائم.

تم تعديل تصميم العداد المعروض هنا بعد عمل عداد لقياس منسوب المياه في خزان مياه منزلي والإبلاغ عن منسوب المياه عبر تويتر (https://www.instructables.com/id/Wi-Fi-Twitter-Wat …). تتمثل الاختلافات الرئيسية بين التصميم الأصلي والتصميم المقدم هنا في القدرة على تشغيل العداد على بطاريات AA بدلاً من محول الطاقة السلكي ، والقدرة على عرض البيانات في رسم بياني متسلسل زمني بدلاً من رسالة Twitter ، واستخدام جهاز استشعار بالموجات فوق الصوتية مصمم خصيصًا لقياس مستويات المياه وإضافة درجة الحرارة ومستشعرات EC.

يعتمد مستشعر EC منخفض التكلفة والمصنوع خصيصًا ، والذي تم تصنيعه باستخدام قابس منزلي مشترك ، على تصميم مستشعر لقياس تركيزات الأسمدة في عملية الزراعة المائية أو الزراعة المائية (https://hackaday.io/project/7008-fly) -حروب-هكر…). يتم تعويض درجة الحرارة قياسات الموصلية من مستشعر EC باستخدام بيانات درجة الحرارة التي يوفرها مستشعر درجة حرارة الماء. يعتمد مستشعر EC المخصص على دائرة كهربائية بسيطة (مقسم جهد تيار مستمر) والتي يمكن استخدامها فقط لقياسات التوصيل المنفصلة والسريعة نسبيًا (أي ليس لقياسات EC المستمرة). يمكن إجراء قياسات التوصيلية باستخدام هذا التصميم كل خمس ثوانٍ تقريبًا. نظرًا لأن هذه الدائرة تستخدم التيار المستمر بدلاً من التيار المتردد ، فإن أخذ قياسات الموصلية في أقل من خمس ثوانٍ قد يتسبب في استقطاب الأيونات في الماء ، مما يؤدي إلى قراءات غير دقيقة. تم اختبار مستشعر EC المخصص مقابل مقياس EC التجاري (YSI EcoSense pH / EC 1030A) ووجد أنه يقيس الموصلية في حدود 10٪ تقريبًا من العداد التجاري للحلول التي تقع في نطاق ± 500 uS / سم من قيمة معايرة المستشعر. إذا رغبت في ذلك ، يمكن استبدال مستشعر EC منخفض التكلفة المصنوع حسب الطلب بمسبار تجاري ، مثل مسبار أطلس العلمي الموصلية (https://atlas-scientific.com/probes/conductivity-p …).

تم تصميم عداد المياه في هذا التقرير واختباره لقطر كبير (قطر داخلي 0.9 متر) محفور بعمق مياه ضحلة (أقل من 10 أمتار تحت سطح الأرض). ومع ذلك ، يمكن استخدامه لقياس مستويات المياه في حالات أخرى ، مثل آبار المراقبة البيئية ، والآبار المحفورة ، والمسطحات المائية السطحية.

يتم توفير إرشادات خطوة بخطوة لإنشاء عداد المياه أدناه. يوصى بأن يقرأ المنشئ جميع خطوات الإنشاءات قبل البدء في عملية إنشاء العداد. جهاز إنترنت الأشياء المستخدم في هذا المشروع هو Particle Photon ، وبالتالي في الأقسام التالية ، يتم استخدام المصطلحين "جهاز إنترنت الأشياء" و "الفوتون" بالتبادل.

اللوازم

الجدول 1: قائمة الأجزاء

أجزاء إلكترونية:

مستشعر مستوى الماء - MaxBotix MB7389 (مدى 5 أمتار) https://www.maxbotix.com/Ultrasonic_Sensors/MB7389 …

مستشعر درجة حرارة رقمي مقاوم للماء https://www.robotshop.com/ca/en/ds18b20-waterproof …

جهاز إنترنت الأشياء - فوتون جسيمي برؤوس

هوائي (هوائي مثبت داخل علبة العداد) - موصل 2.4 جيجا هرتز أو 6 ديسيبل أو IPEX أو u. FL بطول 170 ملم

سلك تمديد لعمل مسبار التوصيل - 2 شق ، سلك خارجي مشترك ، طول 5 أمتار

يستخدم سلك لتمديد مسبار درجة الحرارة ، 4 موصلات ، 5 م طول

سلك - سلك توصيل مع دفع على موصلات (طول 300 مم)

حزمة البطارية - 4 × AA

البطاريات - 4 × AA

أجزاء السباكة والأجهزة:

الأنبوب - ABS ، قطرها 50 مم (2 بوصة) ، بطول 125 مم

غطاء علوي ، ABS ، 50 مم (2 بوصة) ، ملولب بحشية لصنع ختم مانع لتسرب المياه

غطاء سفلي ، بولي كلوريد الفينيل ، 50 مم (2 بوصة) مع سن لولبي NPT مقاس بوصة أنثى ليناسب المستشعر

2 قارنات أنابيب ، ABS ، 50 مم (2 بوصة) لتوصيل الغطاء العلوي والسفلي بأنبوب ABS

مسمار مزلاج وصامولتان ، فولاذ مقاوم للصدأ (1/4 بوصة) لعمل علاقة على الغطاء العلوي

مواد أخرى: شريط كهربائي ، شريط تفلون ، انكماش حراري ، زجاجة حبوب لصنع غطاء مستشعر EC ، لحام ، سيليكون ، غراء لحالة التجميع

الخطوة 1: قم بتجميع علبة جهاز القياس

قم بتجميع صندوق العداد كما هو موضح في الشكلين 1 و 2 أعلاه. يبلغ الطول الإجمالي للمتر المجمع ، من طرف إلى طرف بما في ذلك المستشعر ومسمار العين ، 320 مم تقريبًا. يجب قطع أنبوب ABS بقطر 50 مم والمستخدم في صنع علبة العداد إلى حوالي 125 مم في الطول. يتيح ذلك مساحة كافية داخل العلبة لإيواء جهاز إنترنت الأشياء وحزمة البطارية وهوائي داخلي بطول 170 ملم.

أغلق جميع الوصلات إما بالسيليكون أو غراء ABS لجعل العلبة مانعة لتسرب الماء. هذا مهم جدًا ، وإلا فقد تدخل الرطوبة داخل العلبة وتدمر المكونات الداخلية. يمكن وضع عبوة مجففة صغيرة داخل العلبة لامتصاص الرطوبة.

قم بتركيب مسمار برغي في الغطاء العلوي عن طريق حفر ثقب وإدخال مسمار وصامولة العين. يجب استخدام صامولة في كل من داخل وخارج العلبة لتأمين مسمار التثبيت. سيليكون داخل الغطاء عند فتحة المزلاج لجعلها مانعة لتسرب الماء.

الخطوة 2: قم بتوصيل الأسلاك بأجهزة الاستشعار

مستشعر مستوى الماء:

يجب لحام ثلاثة أسلاك (انظر الشكل 3 أ) بمستشعر مستوى الماء لتوصيلها بالفوتون (أي دبابيس المستشعر GND و V + و Pin 2). قد يكون لحام الأسلاك في المستشعر أمرًا صعبًا لأن ثقوب التوصيل الموجودة في المستشعر صغيرة وقريبة من بعضها البعض. من المهم جدًا أن يتم لحام الأسلاك بشكل صحيح في المستشعر بحيث يكون هناك اتصال مادي وكهربائي جيد وقوي ولا توجد أقواس لحام بين الأسلاك المجاورة. تساعد الإضاءة الجيدة والعدسة المكبرة في عملية اللحام. بالنسبة لأولئك الذين ليس لديهم خبرة سابقة في اللحام ، يوصى ببعض التدريبات على اللحام قبل لحام الأسلاك بجهاز الاستشعار. يتوفر برنامج تعليمي عبر الإنترنت حول كيفية اللحام من SparkFun Electronics (https://learn.sparkfun.com/tutorials/how-to-solder…).

بعد أن يتم لحام الأسلاك بجهاز الاستشعار ، يمكن قطع أي سلك مكشوف زائد يخرج من المستشعر باستخدام قواطع للأسلاك بطول 2 مم تقريبًا. يوصى بتغطية مفاصل اللحام بخرزة سميكة من السيليكون. يمنح هذا التوصيلات مزيدًا من القوة ويقلل من فرصة التآكل والمشاكل الكهربائية عند توصيلات المستشعرات إذا دخلت الرطوبة في علبة جهاز القياس. يمكن أيضًا لف الشريط الكهربائي حول الأسلاك الثلاثة عند توصيل المستشعر لتوفير حماية إضافية وتخفيف الضغط ، مما يقلل من فرصة انكسار الأسلاك عند مفاصل اللحام.

يمكن أن تحتوي أسلاك المستشعر على موصلات من نوع الضغط (انظر الشكل 3 ب) في أحد طرفيها لتوصيلها بالفوتون. يسهل استخدام الموصلات التي يتم الضغط عليها تجميع العداد وتفكيكه. يجب ألا يقل طول أسلاك المستشعر عن 270 مم حتى تتمكن من إطالة طول صندوق العداد بالكامل. سيسمح هذا الطول للفوتون بالاتصال من الطرف العلوي للحالة مع وجود المستشعر في مكانه في الطرف السفلي من العلبة. لاحظ أن طول السلك الموصى به هذا يفترض أن أنبوب ABS المستخدم في صنع علبة العداد مقطوع بطول 125 مم. تأكد مسبقًا من قطع الأسلاك ولحامها بجهاز الاستشعار أن طول السلك 270 مم كافٍ لتمتد إلى ما بعد الجزء العلوي من علبة العداد بحيث يمكن توصيل الفوتون بعد تجميع العلبة وتوصيل المستشعر بشكل دائم القضية.

يمكن الآن توصيل مستشعر مستوى الماء بعلبة العداد. يجب تثبيته بإحكام في الغطاء السفلي ، باستخدام شريط Teflon لضمان ختم مانع لتسرب المياه.

جهاز استشعار درجة الحرارة:

يحتوي مستشعر درجة حرارة الماء DS18B20 على ثلاثة أسلاك (الشكل 4) ، والتي عادة ما تكون ملونة باللون الأحمر (V +) والأسود (GND) والأصفر (البيانات). عادةً ما تأتي مستشعرات درجة الحرارة هذه بكابل قصير نسبيًا ، يقل طوله عن 2 متر ، وهو ليس طويلًا بما يكفي للسماح للمستشعر بالوصول إلى مستوى الماء في البئر. لذلك ، يجب تمديد كبل المستشعر بكابل مقاوم للماء وربطه بكابل المستشعر بوصلة مقاومة للماء. يمكن القيام بذلك عن طريق طلاء وصلات اللحام بالسيليكون ، متبوعًا بالانكماش الحراري. يتم توفير تعليمات صنع لصق مقاوم للماء هنا: https://www.maxbotix.com/Tutorials/133.htm. يمكن تصنيع كبل التمديد باستخدام خط تمديد هاتف خارجي مشترك ، والذي يحتوي على أربعة موصلات ومتاح بسهولة للشراء عبر الإنترنت بتكلفة منخفضة. يجب أن يكون الكبل طويلًا بدرجة كافية بحيث يمكن أن يمتد مستشعر درجة الحرارة من علبة العداد ويغمر تحت الماء في البئر ، بما في ذلك السماح بانخفاض مستوى الماء.

لكي يعمل مستشعر درجة الحرارة ، يجب توصيل المقاوم بين الأسلاك الحمراء (V +) والأصفر (البيانات) لجهاز الاستشعار. يمكن تثبيت المقاوم داخل علبة العداد مباشرة على دبابيس الفوتون حيث تعلق أسلاك مستشعر درجة الحرارة ، كما هو موضح أدناه في الجدول 2. قيمة المقاوم مرنة. بالنسبة لهذا المشروع ، تم استخدام مقاوم 2.2 kOhm ، ومع ذلك ، فإن أي قيمة تتراوح بين 2.2 kOhm و 4.7 kOhm ستعمل. يتطلب مستشعر درجة الحرارة أيضًا رمزًا خاصًا للعمل. ستتم إضافة كود مستشعر درجة الحرارة لاحقًا ، كما هو موضح في القسم 3.4 (إعداد البرنامج). يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول توصيل مستشعر درجة الحرارة بالفوتون في البرنامج التعليمي هنا: https://docs.particle.io/workshops/photon-maker-k …

يجب إدخال كابل مستشعر درجة الحرارة من خلال علبة جهاز القياس حتى يمكن توصيله بالفوتون. يجب إدخال الكبل من خلال الجزء السفلي من العلبة عن طريق حفر ثقب من خلال الغطاء السفلي للعلبة (الشكل 5). يمكن استخدام نفس الفتحة لإدخال كابل مستشعر التوصيل ، كما هو موضح في القسم 3.2.3. بعد إدخال الكبل ، يجب إغلاق الفتحة تمامًا بالسيليكون لمنع دخول أي رطوبة إلى العلبة.

مستشعر التوصيل:

مستشعر EC المستخدم في هذا المشروع مصنوع من قابس كهربائي قياسي من النوع A في أمريكا الشمالية ، يتم إدخاله من خلال "زجاجة حبوب منع الحمل" البلاستيكية للتحكم في "تأثيرات الجدار" (الشكل 6). يمكن أن تؤثر تأثيرات الجدار على قراءات التوصيلية الكهربائية عندما يكون المستشعر في نطاق 40 مم من جسم آخر. ستؤدي إضافة زجاجة حبوب منع الحمل كحالة واقية حول المستشعر إلى التحكم في تأثيرات الجدار إذا كان المستشعر على اتصال وثيق مع جانب بئر الماء أو أي جسم آخر في البئر. يتم حفر فتحة من خلال غطاء زجاجة حبوب منع الحمل لإدخال كابل المستشعر ويتم قطع الجزء السفلي من زجاجة الدواء حتى يتدفق الماء إلى الزجاجة ويكون على اتصال مباشر بشوكات التوصيل.

يحتوي مستشعر EC على سلكين ، بما في ذلك سلك أرضي وسلك بيانات. لا يهم الشق الذي تختاره ليكون سلك الأرض والبيانات. إذا تم استخدام سلك تمديد طويل بما فيه الكفاية لعمل مستشعر EC ، فسيكون الكبل طويلًا بما يكفي للوصول إلى مستوى الماء في البئر ولن تكون هناك حاجة إلى لصق مقاوم للماء لتمديد كابل المستشعر. يجب توصيل المقاوم بين سلك البيانات لمستشعر EC ودبوس الفوتون لتوفير الطاقة. يمكن تثبيت المقاوم داخل علبة العداد مباشرة على دبابيس الفوتون حيث تعلق أسلاك مستشعر EC ، كما هو موضح أدناه في الجدول 2. قيمة المقاوم مرنة. لهذا المشروع ، تم استخدام المقاوم 1 kOhm ؛ ومع ذلك ، ستعمل أي قيمة بين 500 أوم و 2.2 كيلو أوم. تعتبر قيم المقاومة الأعلى أفضل في قياس حلول الموصلية المنخفضة. يستخدم الكود المضمن في هذه التعليمات المقاوم 1 kOhm ؛ إذا تم استخدام مقاوم مختلف ، فيجب تعديل قيمة المقاوم في السطر 133 من الكود.

يجب إدخال كابل مستشعر EC من خلال علبة جهاز القياس حتى يمكن توصيله بالفوتون. يجب إدخال الكبل من خلال الجزء السفلي من العلبة عن طريق حفر ثقب من خلال الغطاء السفلي للعلبة (الشكل 5). يمكن استخدام نفس الفتحة لإدخال كابل مستشعر درجة الحرارة. بعد إدخال الكبل ، يجب إغلاق الفتحة تمامًا بالسيليكون لمنع دخول أي رطوبة إلى العلبة.

يجب معايرة مستشعر EC باستخدام مقياس EC تجاري. يتم إجراء المعايرة في الحقل ، كما هو موضح في القسم 5.2 (إجراء إعداد الحقل) من التقرير المرفق (تعليمات عداد EC. pdf). تتم المعايرة لتحديد ثابت الخلية لمقياس EC. يعتمد ثابت الخلية على خصائص مستشعر EC ، بما في ذلك نوع المعدن الذي تصنع منه الشوكات ، ومساحة سطح الشوكات ، والمسافة بين الشوكات. بالنسبة للمكونات القياسية من النوع A مثل تلك المستخدمة في هذا المشروع ، يكون ثابت الخلية 0.3 تقريبًا. مزيد من المعلومات حول نظرية وقياس الموصلية متاحة هنا: https://support.hach.com/ci/okcsFattach/get/100253… وهنا: https://www.emerson.com/documents/automation/appli …

الخطوة 3: قم بتوصيل المستشعرات وحزمة البطارية والهوائي بجهاز إنترنت الأشياء

قم بتوصيل المستشعرات الثلاثة وحزمة البطارية والهوائي بالفوتون (الشكل 7) ، وأدخل جميع الأجزاء في علبة جهاز القياس. يقدم الجدول 2 قائمة بتوصيلات المسامير المشار إليها في الشكل 7. يمكن توصيل أجهزة الاستشعار وأسلاك حزمة البطارية عن طريق اللحام مباشرة بالفوتون أو باستخدام موصلات من النوع الذي يتم الضغط عليه والتي تعلق على دبابيس الرأس الموجودة على الجانب السفلي من الفوتون (كما رأينا في الشكل 2). إن استخدام موصلات الضغط يجعل من السهل تفكيك العداد أو استبدال الفوتون إذا فشل. يتطلب اتصال الهوائي على الفوتون موصل من نوع u. FL (الشكل 7) ويحتاج إلى دفعه بقوة شديدة على الفوتون لإجراء الاتصال. لا تقم بتركيب البطاريات في حزمة البطارية حتى يصبح العداد جاهزًا للاختبار أو التركيب في البئر. لا يوجد مفتاح تشغيل / إيقاف مضمن في هذا التصميم ، لذلك يتم تشغيل وإيقاف تشغيل جهاز القياس عن طريق تركيب البطاريات وإزالتها.

الجدول 2: قائمة توصيلات الدبوس على جهاز إنترنت الأشياء (جسيم الفوتون):

دبوس الفوتون D2 - الاتصال بـ - مستشعر WL 6 ، V + (السلك الأحمر)

دبوس الفوتون D3 - الاتصال بـ - مستشعر WL 2 ، البيانات (السلك البني)

دبوس الفوتون GND - الاتصال بـ - مستشعر WL 7 ، GND (السلك الأسود)

دبوس الفوتون D5 - الاتصال - مستشعر درجة الحرارة ، البيانات (السلك الأصفر)

دبوس الفوتون D6 - الاتصال بـ - مستشعر درجة الحرارة ، V + (السلك الأحمر)

دبوس الفوتون A4 - الاتصال بـ - مستشعر درجة الحرارة ، GND (السلك الأسود)

دبوس الفوتون D5 إلى D6 - مستشعر درجة الحرارة ، المقاوم R1 (قم بتوصيل المقاوم 2.2 كيلو بين دبابيس الفوتون D5 و D6)

دبوس الفوتون A0 - الاتصال بـ - مستشعر EC ، البيانات

دبوس الفوتون A1 - الاتصال بـ - مستشعر EC ، GND

دبوس الفوتون A2 إلى A0 - مستشعر EC ، المقاوم R2 (قم بتوصيل المقاوم 1k بين دبابيس الفوتون A0 و A2)

دبوس الفوتون VIN - الاتصال - حزمة البطارية ، V + (السلك الأحمر)

دبوس الفوتون GND - الاتصال - حزمة البطارية ، GND (السلك الأسود)

دبوس الفوتون u. FL - الاتصال - الهوائي

الخطوة 4: إعداد البرنامج

يلزم خمس خطوات رئيسية لإعداد برنامج جهاز القياس:

1. قم بإنشاء حساب الجسيمات الذي سيوفر واجهة على الإنترنت مع الفوتون. للقيام بذلك ، قم بتنزيل تطبيق Particle للجوال على هاتف ذكي: https://docs.particle.io/quickstart/photon/. بعد تثبيت التطبيق ، قم بإنشاء حساب Particle واتبع التعليمات عبر الإنترنت لإضافة الفوتون إلى الحساب. لاحظ أنه يمكن إضافة أي فوتونات إضافية إلى نفس الحساب دون الحاجة إلى تنزيل تطبيق Particle وإنشاء حساب مرة أخرى.

2. قم بإنشاء حساب ThingSpeak https://thingspeak.com/login وقم بإعداد قناة جديدة لعرض بيانات مستوى المياه. يظهر مثال على صفحة ويب ThingSpeak لعداد المياه في الشكل 8 ، والذي يمكن الاطلاع عليه أيضًا هنا: https://thingspeak.com/channels/316660 تتوفر إرشادات إعداد قناة ThingSpeak على: https:// docs.particle.io / tutorials / device-cloud / we… لاحظ أنه يمكن إضافة قنوات إضافية لفوتونات أخرى إلى نفس الحساب دون الحاجة إلى إنشاء حساب ThingSpeak آخر.

3. مطلوب "خطاف ويب" من أجل تمرير بيانات مستوى الماء من الفوتون إلى قناة ThingSpeak. يتم توفير إرشادات إعداد خطاف الويب في الملحق ب من التقرير المرفق (تعليمات مقياس EC) إذا تم بناء أكثر من عداد مياه واحد ، فيجب إنشاء خطاف ويب جديد باسم فريد لكل فوتون إضافي.

4. يجب إدخال خطاف الويب الذي تم إنشاؤه في الخطوة أعلاه في الكود الذي يقوم بتشغيل الفوتون. يتم توفير رمز إصدار WiFi من عداد مستوى المياه في الملف المرفق (Code1_WiFi_Version_ECMeter.txt). على جهاز الكمبيوتر ، انتقل إلى صفحة ويب Particle https://thingspeak.com/login وقم بتسجيل الدخول إلى حساب Particle ، وانتقل إلى واجهة تطبيق Particle.انسخ الكود واستخدمه لإنشاء تطبيق جديد في واجهة تطبيق Particle. أدخل اسم خطاف الويب الذي تم إنشاؤه أعلاه في السطر 154 من الكود. للقيام بذلك ، احذف النص الموجود داخل علامات الاقتباس وأدخل اسم خطاف الويب الجديد داخل علامتي الاقتباس في السطر 154 ، والتي تقرأ كالتالي: Particle.publish ("Insert_Webhook_Name_Inside_These_Quotes".

5. يمكن الآن التحقق من الرمز وحفظه وتثبيته على الفوتون. عندما يتم التحقق من الكود سيعود الخطأ الذي يقول "OneWire.h: لا يوجد مثل هذا الملف أو الدليل". OneWire هو رمز المكتبة الذي يقوم بتشغيل مستشعر درجة الحرارة. يجب إصلاح هذا الخطأ عن طريق تثبيت كود OneWire من مكتبة الجسيمات. للقيام بذلك ، انتقل إلى واجهة تطبيق Particle مع عرض الكود الخاص بك وانتقل لأسفل إلى رمز المكتبات على الجانب الأيسر من الشاشة (الموجود أعلى رمز علامة الاستفهام مباشرةً). انقر على أيقونة المكتبات ، وابحث عن OneWire. حدد OneWire وانقر فوق "تضمين في المشروع". اختر اسم التطبيق الخاص بك من القائمة ، انقر فوق "تأكيد" ثم احفظ التطبيق. سيؤدي هذا إلى إضافة ثلاثة أسطر جديدة إلى الجزء العلوي من الشفرة. يمكن حذف هذه الأسطر الثلاثة الجديدة دون التأثير على الكود. يوصى بحذف هذه الأسطر الثلاثة حتى تتطابق أرقام أسطر الكود مع الإرشادات الواردة في هذا المستند. إذا تُركت الأسطر الثلاثة في مكانها ، فسيتم تقديم جميع أرقام أسطر الكود التي تمت مناقشتها في هذا المستند بثلاثة أسطر. لاحظ أنه يتم تخزين الكود وتثبيته على الفوتون من السحابة. سيتم استخدام هذا الرمز لتشغيل عداد المياه عندما يكون في بئر الماء. أثناء التثبيت الميداني ، يجب إجراء بعض التغييرات على الكود لضبط تردد الإبلاغ على مرة واحدة يوميًا وإضافة معلومات حول بئر المياه (هذا موصوف في الملف المرفق "EC Meter Instructions.pdf" في القسم المعنون "تركيب العداد في بئر ماء").

الخطوة الخامسة: اختبار العداد

اكتمل الآن إنشاء العداد وإعداد البرنامج. في هذه المرحلة يوصى باختبار العداد. يجب إكمال اختبارين. يستخدم الاختبار الأول للتأكد من أن جهاز القياس يمكنه قياس مستويات المياه وقيم EC ودرجة الحرارة بشكل صحيح وإرسال البيانات إلى ThingSpeak. يستخدم الاختبار الثاني لتأكيد أن استهلاك الطاقة للفوتون ضمن النطاق المتوقع. هذا الاختبار الثاني مفيد لأن البطاريات ستفشل في وقت أقرب مما كان متوقعًا إذا كان الفوتون يستخدم قدرًا كبيرًا من الطاقة.

لأغراض الاختبار ، تم تعيين الكود لقياس مستويات المياه والإبلاغ عنها كل دقيقتين. هذه فترة زمنية عملية للانتظار بين القياسات أثناء اختبار جهاز القياس. في حالة الرغبة في تردد قياس مختلف ، قم بتغيير المتغير المسمى MeasureTime في السطر 19 من الشفرة إلى تردد القياس المطلوب. يتم إدخال تردد القياس بالثواني (أي أن 120 ثانية تساوي دقيقتين).

يمكن إجراء الاختبار الأول في المكتب عن طريق تعليق العداد فوق الأرض وتشغيله والتحقق من أن قناة ThingSpeak تحدد بدقة المسافة بين المستشعر والأرض. في سيناريو الاختبار هذا ، ينعكس النبض فوق الصوتي عن الأرض ، والذي يستخدم لمحاكاة سطح الماء في البئر. يمكن وضع مستشعرات EC ودرجة الحرارة في حاوية ماء بدرجة حرارة وموصلية معروفة (أي كما تم قياسها بواسطة مقياس EC التجاري) لتأكيد أن المستشعرات تبلغ عن القيم الصحيحة لقناة ThingSpeak.

بالنسبة للاختبار الثاني ، يجب قياس التيار الكهربائي بين حزمة البطارية والفوتون للتأكد من مطابقتها للمواصفات الموجودة في ورقة بيانات الفوتون: https://docs.particle.io/datasheets/wi-fi/photon-d … أظهرت التجربة أن هذا الاختبار يساعد في تحديد أجهزة إنترنت الأشياء المعيبة قبل نشرها في الميدان. قم بقياس التيار عن طريق وضع مقياس التيار بين السلك الموجب V + (السلك الأحمر) على حزمة البطارية ودبوس VIN على الفوتون. يجب قياس التيار في وضع التشغيل ووضع السكون العميق. للقيام بذلك ، قم بتشغيل الفوتون وسيبدأ في وضع التشغيل (كما هو موضح بواسطة مؤشر LED على الفوتون الذي يتحول إلى لون سماوي) ، والذي يستمر لمدة 20 ثانية تقريبًا. استخدم العداد الحالي لمراقبة تيار التشغيل خلال هذا الوقت. سوف ينتقل الفوتون تلقائيًا إلى وضع السكون العميق لمدة دقيقتين (كما هو موضح بواسطة مؤشر LED عند إيقاف تشغيل الفوتون). استخدم المقياس الحالي لمراقبة تيار النوم العميق في هذا الوقت. يجب أن يكون تيار التشغيل بين 80 و 100 مللي أمبير ، ويجب أن يكون تيار النوم العميق بين 80 و 100 ميكرو أمبير. إذا كان التيار أعلى من هذه القيم ، فيجب استبدال الفوتون.

العداد جاهز الآن للتركيب في بئر ماء (شكل 9). يتم توفير تعليمات حول كيفية تثبيت العداد في بئر المياه ، وكذلك إرشادات إنشاء وتشغيل العداد في الملف المرفق (EC Meter Instructions.pdf).

الخطوة 6: كيفية عمل نسخة خلوية من جهاز القياس

يمكن إنشاء نسخة خلوية من عداد المياه عن طريق إجراء تعديلات على قائمة الأجزاء الموصوفة مسبقًا والتعليمات والكود. لا يتطلب الإصدار الخلوي شبكة WiFi لأنه يتصل بالإنترنت عبر إشارة خلوية. تبلغ تكلفة الأجزاء الخاصة ببناء النسخة الخلوية من العداد حوالي 330 دولارًا كنديًا (باستثناء الضرائب والشحن) ، بالإضافة إلى ما يقرب من 4 دولارات كنديًا شهريًا لخطة البيانات الخلوية التي تأتي مع جهاز إنترنت الأشياء الخلوي.

يستخدم العداد الخلوي نفس الأجزاء وخطوات البناء المذكورة أعلاه مع التعديلات التالية:

• استبدل جهاز WiFi IoT (Particle Photon) بجهاز IoT الخلوي (Particle Electron): https://store.particle.io/collections/cellular/pro.. عند إنشاء العداد ، استخدم نفس اتصالات الدبوس الموضحة أعلاه لـ نسخة WiFi من العداد في الخطوة 3.

• يستخدم الجهاز الخلوي IoT طاقة أكبر من إصدار WiFi ، وبالتالي يوصى بمصدرين للبطارية: بطارية Li-Po 3.7V والتي تأتي مع جهاز IoT وحزمة بطارية بها 4 بطاريات AA. تتصل بطارية LiPo 3.7 فولت مباشرة بجهاز إنترنت الأشياء مع الموصلات المتوفرة. يتم توصيل حزمة بطارية AA بجهاز إنترنت الأشياء بنفس الطريقة الموضحة أعلاه لإصدار WiFi من جهاز القياس في الخطوة 3. أظهر الاختبار الميداني أن الإصدار الخلوي من جهاز القياس سيعمل لمدة 9 أشهر تقريبًا باستخدام إعداد البطارية الموضح أعلاه. بديل لاستخدام كل من حزمة بطارية AA وبطارية Li-Po بقوة 2000 مللي أمبير في الساعة 3.7 فولت هو استخدام بطارية Li-Po بقوة 3.7 فولت بسعة أعلى (على سبيل المثال 4000 أو 5000 مللي أمبير في الساعة).

• يجب توصيل هوائي خارجي بالمقياس ، مثل: https://www.amazon.ca/gp/product/B07PZFV9NK/ref=p … تأكد من تصنيفها للتردد الذي يستخدمه مزود الخدمة الخلوية حيث الماء سيتم استخدام العداد. الهوائي الذي يأتي مع جهاز إنترنت الأشياء الخلوي غير مناسب للاستخدام في الهواء الطلق. يمكن توصيل الهوائي الخارجي بكابل طويل (3 م) يسمح بتوصيل الهوائي بالجزء الخارجي من البئر عند فوهة البئر (الشكل 10). يوصى بإدخال كبل الهوائي من خلال الجزء السفلي من العلبة وإغلاقه تمامًا بالسيليكون لمنع دخول الرطوبة (الشكل 11). يوصى باستخدام كابل تمديد محوري خارجي عالي الجودة ومقاوم للماء.

• يعمل جهاز إنترنت الأشياء الخلوي على رمز مختلف عن إصدار WiFi الخاص بجهاز القياس. يتم توفير رمز الإصدار الخلوي لجهاز القياس في الملف المرفق (Code2_Cellular_Version_ECMeter.txt).