Monitor de tanque de óleo WiFi: 6 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:34

Existem várias maneiras de verificar quanto combustível resta no tanque de óleo de aquecimento. A maneira mais simples é usar uma vareta, muito precisa, mas não muito divertida em um dia frio de inverno. Alguns tanques são equipados com um tubo de visualização, novamente dando uma indicação direta do nível de óleo, mas o tubo amarelece com o tempo, tornando a leitura difícil. Pior ainda, eles podem ser a causa de vazamentos de óleo se não forem isolados. Outro tipo de medidor usa um flutuador que aciona um mostrador. Não é particularmente preciso e o mecanismo pode travar com o tempo.

Aqueles com bolsos fundos podem comprar um sensor remoto que pode ser visualizado dentro de casa. Um sensor acionado por bateria, geralmente ultrassônico, transmite a profundidade do óleo para um receptor na casa. Um receptor autônomo alimentado por rede pode ser usado para visualizar o nível de óleo ou o receptor pode ser conectado à internet para monitoramento remoto. O que é necessário é um sensor conectado por Wi-Fi alimentado por bateria que pode monitorar o tanque por anos a fio e enviar lembretes por e-mail quando o nível de óleo estiver baixo. Tal dispositivo é descrito neste Instructable. Um sensor mede a profundidade do óleo cronometrando quanto tempo leva para a luz refletir de volta na superfície do óleo. A cada poucas horas, um módulo ESP8266 pesquisa o sensor e transmite os dados para a internet. O serviço gratuito ThingSpeak é usado para exibir o nível de óleo e enviar um e-mail de lembrete quando o nível de óleo estiver baixo.

Suprimentos

Os principais componentes usados neste projeto estão listados abaixo. O item mais caro é o sensor de profundidade, um módulo VL53L1X que pode ser encontrado online por cerca de US $ 6. Cuidado para não selecionar a geração anterior VL53L0X, embora seja mais barata, tem desempenho inferior e requer software diferente. O outro item importante é o módulo ESP8266. As versões com reguladores de tensão integrados e interface USB são certamente mais fáceis de usar, mas com uma corrente de espera mais alta, o que não é ideal para operação com bateria. Em vez disso, o módulo ESP-07 básico é usado com a opção de uma antena externa para alcance extra. Os componentes usados neste projeto são:

• Porta bateria AA
• Módulo de alcance VL53L1X
• Díodo BAT43 Shottky
• 2N2222 transistor ou similar
• Capacitor 100nF
• 2 x 5k resistores
• 1 x 1k resistor
• 2 resistores de 470 Ohms
• Módulo adaptador serial FT232RL
• Bateria de cloreto de tionil lítio tamanho AA
• Módulo microcontrolador ESP-07
• Diversos, arame, caixa etc.

Etapa 1: Escolha do sensor

Sensores ultrassônicos são geralmente usados para medição de nível de óleo comercialmente e em projetos de bricolage. O HC-SR04 ultrassônico prontamente disponível ou o HS-100 mais recente são freqüentemente usados em monitores caseiros a um custo de cerca de US $ 1 ou mais. Eles funcionaram bem na bancada, mas deram leituras aleatórias quando apontados para baixo no tubo de ventilação do tanque de óleo para localizar a superfície do óleo. Provavelmente devido aos reflexos das diferentes superfícies do tanque de aço, um tanque de plástico pode funcionar melhor. Como alternativa, um sensor óptico de tempo de voo VL53L1X foi testado. As leituras do tanque eram muito mais estáveis e por isso este tipo de sensor foi buscado como alternativa. A folha de dados do VL53L1X fornece informações sobre a resolução deste sensor em diferentes condições de medição, veja a imagem. Usar um tempo de amostragem de 200ms dá uma resolução de alguns mm. Sem dúvida, os números da folha de dados foram obtidos nas melhores condições laboratoriais possíveis e, portanto, o sensor foi submetido a um teste rápido para verificar a resolução. O sensor foi posicionado sobre o tubo de ventilação do tanque de óleo e alguns milhares de leituras foram registradas usando um orçamento de tempo de 200 ms. Um gráfico de distribuição das leituras no tanque confirma que este sensor pode medir o nível de óleo com uma resolução de cerca de +/- 2 mm. Durante um período de tempo mais longo, há uma tendência diária em que o nível de óleo cai alguns mm durante a noite e se recupera durante o dia. A causa mais provável é a contração do óleo ao esfriar durante a noite e a expansão novamente no calor do dia. Talvez a história sobre a compra de petróleo por volume em um dia frio seja verdadeira, afinal.

Etapa 2: Diagrama de Circuito

O diagrama de circuito mostra como o módulo ESP-07 é conectado ao VL53L1X. Um adaptador USB FT242 está temporariamente conectado ao ESP-07 para fazer o upload do software e verificar a operação. Quando o ESP-07 é colocado em hibernação, a corrente cai para cerca de 20 uA, um sinal de despertar reinicia o dispositivo por meio do diodo. É possível colocar o sensor em espera usando o pino XSHUT, mas foi mais fácil alimentar o sensor ligado e desligado usando um transistor. Quando o ESP-07 é ativado, o sensor é ligado e desligado assim que uma leitura é feita. Isso também tem a vantagem de eliminar a corrente de espera do VL53L1X. Quando se trata de enviar um novo programa, um resistor de 5k precisa ser mantido entre o terra e o GPIO0 quando a unidade é ligada para entrar no modo flash. Após fazer o upload do código, ligue e desligue o dispositivo para funcionar normalmente.

Etapa 3: energia da bateria

Uma única bateria de cloreto de lítio-tionila tamanho AA (Li-SOCI2) é usada para alimentar este projeto. Pesquisando na internet deve encontrar fornecedores desse tipo de bateria por apenas US $ 2 cada. A grande vantagem dessas baterias é a estabilidade de 3,6 V ao longo da vida útil da bateria, ideal para alimentar o chip ESP8266 sem a necessidade de regulação de tensão extra. Um tanque de óleo de aquecimento dura muitos meses e, portanto, o nível de óleo só precisa ser verificado algumas vezes a dia no máximo. As medições em um monitor completo forneceram uma corrente de sono profundo de 22 uA. A forma de onda da tensão em um resistor de 0,5 Ohm no circuito da bateria indicou uma corrente média de 75 mA por 6,9 segundos quando acordado. Ao longo de um ano, o circuito usará 193 mAh no modo de hibernação. Se as medições do nível de óleo forem feitas a cada 7 horas, 180 mAh serão usados todos os anos. Com base nisso, uma bateria de 2600 mAh durará mais de 6 anos.

Etapa 4: Software

A biblioteca Pololu Arduino VL53L1X é usada para inicializar o sensor de alcance e acessar as leituras de distância. O código para enviar dados para o ThingSpeak vem do exemplo do sensor de umidade e alguns códigos extras acionam o transistor que alimenta o sensor. O ESP8266 pode dormir profundamente por até 70 minutos e acordar sozinho. A maneira de contornar esse problema é permitir que o chip acorde e imediatamente volte a hibernar, mantendo uma contagem na memória. Conforme o monitor se conecta à sua rede WiFi, você precisará incluir seu SSID WiFi e senha no código. Além disso, se você usar ThingSpeak, adicione seu código API. O esboço do Arduino para upload está anexado ao arquivo de texto. Ele precisará ser copiado em seu IDE Arduino. Antes de piscar o código, conecte o GPIO0 ao aterramento por meio de um resistor de 5k antes de ligá-lo. O código para conectar o ESP-07 à rede WiFI é amplamente utilizado em outros projetos. Nesse caso, foi necessário muito mais tempo no loop de conexão para verificar se a conexão foi feita. Em geral, são usados cerca de 500 ms, mas foram necessários 5000 ms nesta configuração de WiFi, vale a pena ajustar se houver problemas de conexão. Os detalhes sobre o recebimento de lembretes por e-mail do ThingSpeak são descritos no Water Softener Salt Monitor Instructable.

Etapa 5: Montagem

Os componentes do monitor são conectados no estilo “ninho de pássaros” ao redor do módulo ESP-07, protegendo qualquer coisa que possa entrar em curto. O módulo é facilmente danificado por muito calor e, portanto, essas conexões precisam ser soldadas uma vez e rapidamente. O monitor é montado em duas etapas. Em primeiro lugar, o sensor e o ESP-07 são conectados a um adaptador USB temporário para programar o ESP-07 usando o Arduino IDE. Usar um curto tempo de suspensão de 10 segundos mostrará em breve se o chip está se conectando à rede WiFi e enviando leituras para o ThingSpeak. Depois que tudo estiver funcionando corretamente, o chip é reprogramado com os tempos de sono desejados. O LED vermelho deve ser retirado do módulo para minimizar o consumo de corrente. Além disso, se uma antena externa estiver conectada, o link da antena de cerâmica também precisa ser removido. Não opere o chip sem uma antena, o poder irá fritar o chip em vez de ir para o espaço. O segundo estágio envolve a remoção do adaptador USB e a montagem dos componentes em uma caixa. O módulo VL53L1X foi montado dentro da tampa da ventilação do tanque usando dois náilon espaçadores distantes. Certifique-se de que o sensor tenha uma visão clara da superfície do óleo, sem folhas, teias de aranha ou aranhas no caminho. Além disso, mantenha o fio de conexão bem longe do sensor para evitar reflexos espúrios.

Etapa 6: Instalação

A tampa do respiro é recolocada no tanque de óleo certificando-se de que está nivelada e sem obstruções do sensor à superfície do óleo. O monitor é montado próximo ao respiradouro, pequenos ímãs foram usados para manter a caixa no lugar. Isso não vai funcionar com tanques de plástico! Agora, sente-se e verifique o nível de óleo do conforto da sua casa.

Clique para ver o nível do meu tanque de óleo.