Monitor de nível de sal de amaciante de água: 7 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Os amaciantes de água funcionam usando um processo chamado troca iônica, no qual íons de cálcio e magnésio da água dura são trocados por cloreto de sódio (sal) por meio de uma resina especial. A água vai para um vaso de pressão, onde se move através dos grânulos de resina, e o cálcio e o magnésio são substituídos por sódio. Os grânulos de resina acabam se exaurindo e não são capazes de pegar mais minerais duros. O processo de recarga ou regeneração passa uma solução de água salgada através dos grânulos de resina que desprende os minerais de dureza e os liberta sem causar danos ao dreno. As contas de resina são deixadas atualizadas e prontas para fazer mais água amolecida.

Os amaciantes de água com troca iônica vêm em vários formatos e tamanhos, mas todos têm uma coisa em comum: um tanque de salmoura que precisa ser enchido com sal a cada poucas semanas para garantir um suprimento regular de água doce. Amaciadores de água não são exatamente peças atraentes de equipamento e por isso são banidos para algum lugar inacessível, o que significa que uma visita especial é necessária para verificar o nível de sal. Na maioria das vezes, a dica para adicionar mais sal vem de membros da família reclamando da água dura. Um sensor de nível de sal adequado e esquecido é necessário, o que pode enviar um lembrete quando o sal estiver baixo no amaciante. Neste Instructable, um sensor de alcance é usado para medir o nível de sal no amaciante de água a cada poucas horas e o resultado publicado no ThingSpeak. Quando o nível de sal ficar baixo, ThingSpeak enviará um e-mail de lembrete para encher o tanque de salmoura com sal. Todos os componentes para este projeto estão disponíveis no eBay, como de costume, as peças mais baratas vêm da Ásia. Mesmo tendo que comprar todos os componentes, o custo total ficará em torno de US $ 10. Uma infinidade de habilidades como soldar ou usar o Arduino IDE são necessárias para fazer este projeto. Todas essas técnicas são abordadas em outros Instructables e não são repetidas aqui.

Suprimentos

Suporte de bateria AAVL53L0X Módulo de alcance BAT43 Shottky diodo 100nF capacitor 2 x 5k resistores 2 x 470 Ohm resistores FT232RL Módulo adaptador serial tamanho AA Bateria de cloreto de tionila de lítio Módulo microcontrolador ESP-07 Diversos, fio, caixa, etc.

Etapa 1: Detector de nível de sal

Um VL53L0X é usado para detectar a superfície de sal no amaciante de água. O sensor funciona enviando um pulso de luz e medindo o tempo que leva para refletir de volta. Os melhores resultados vêm do uso de uma superfície reflexiva branca no escuro, exatamente o que temos no depósito de sal. O próprio sensor é muito pequeno e difícil de manusear. Como tal, pode ser comprado como um módulo contendo uma interface I2C. Isso torna muito mais fácil conectar-se a outros microcontroladores como o Arduino ou o Raspberry Pi. Como as janelas do laser e do sensor são muito pequenas, uma camada de película aderente é usada para impedir que qualquer sujeira bloqueie o dispositivo. O módulo precisa ficar plano na parte superior do descalcificador de água e, portanto, fios ou solda não devem se projetar no lado do sensor de o módulo. Isso foi conseguido apoiando o módulo durante a soldagem, sensor para baixo, em um pedaço de madeira para impedir a solda ou saliências de formação de fio no lado do sensor.

Etapa 2: Programação do ESP-07

A intenção era tornar o monitor de nível de sal acionado por bateria e, portanto, uma versão básica do módulo de chip ESP8266 foi escolhida para minimizar a corrente de espera e dar pelo menos um ano de vida da bateria. Ao contrário de algumas das versões mais sofisticadas que incluem reguladores de voltagem e uma interface USB, alguns componentes extras devem ser adicionados ao ESP-07 básico usado neste projeto. Um adaptador serial está temporariamente conectado para fazer o flash do ESP-07 e do monitor a porta serial durante o teste. Lembre-se de que o adaptador serial será removido assim que estivermos satisfeitos que tudo funcione corretamente, não o torne muito sólido. Por algum motivo, as linhas SDA e SCL precisaram ser trocadas para fazer o sensor funcionar, tente fazer isso se o intervalo estiver preso na escala total. Talvez uma peculiaridade da fabricação chinesa? Uma bateria de cloreto de tionila de lítio é usada para alimentar este projeto. O tamanho AA desta bateria tem uma voltagem constante de 3,6 V e capacidade de 2600 mAh, ideal para alimentar o ESP-07. Essas baterias podem ser encontradas em fornecedores especializados de baterias, mas não em lojas de varejo usuais. Acho que eles não se atrevem a deixar o público em geral perder com uma bateria com o dobro da voltagem normal!

Quando o ESP-07 é ligado, os pinos fazem coisas estranhas até terminar a rotina de inicialização. Como medida de segurança, resistores são incluídos nas conexões para as saídas do módulo para evitar quaisquer correntes prejudiciais. O esboço do Arduino para este projeto está anexado ao arquivo de texto. Como de costume, você precisará editá-lo com suas próprias credenciais de roteador e uma chave API de sua conta ThingSpeak. Além disso, um endereço IP estático é usado para acelerar o tempo de conexão WiFi e economizar energia. Isso pode envolver a alteração dos endereços IP para corresponder à sua rede. Nota: vírgulas são usadas no endereço IP e não um ponto final! Há uma grande quantidade de informações na Internet sobre piscar e usar o ESP8266 se você precisar de mais ajuda. Em resumo, o flashing procede da seguinte forma:

Inicie o Arduino IDE no PC e certifique-se de que a placa ESP8266 está instalada e selecionada. Pode ser necessário instalar as bibliotecas para o sensor e WiFiLoad no esboço do monitor anexado abaixo e modificar conforme necessário. Verifique a compilação do esboço sem erros. Conecte o GPIO0 ao aterramento por meio de um resistorSlot de 5k bateria no suporte Conecte o adaptador USB; carregue o código, verificando se ele se conecta corretamente; Remova a bateria e, em seguida, remova a conexão GPIO0. Inicie o monitor serial e substitua a bateria.

Reduzir o tempo de ciclo para cerca de 20 segundos tornará a depuração muito mais fácil. Além disso, dependendo do seu roteador, o tempo de conexão pode precisar ser ajustado para fornecer um link confiável. Depois que tudo estiver funcionando, o adaptador USB pode ser removido e o monitor pode ser conectado para manutenção.

Etapa 3: Fiação final

Quando pensamos que o monitor está configurado como gostamos, a fiação pode ser arrumada como na imagem. O LED vermelho de energia deve ser removido, pois isso é um dreno de energia durante o sono profundo. Ele pode ser removido suavemente com uma chave de fenda ou sem solda. Se o sinal WiFi estiver baixo, o alcance pode ser melhorado conectando uma antena externa. Neste caso, o elo que liga a antena de cerâmica deve ser removido como o LED. Sempre deve haver uma antena externa conectada se o ESP-07 for operado sem o link de antena de cerâmica.

Etapa 4: instalação do sensor

O sensor precisa ser montado acima do nível mais alto de sal no tanque de salmoura. Nesta instalação, a tampa do descalcificador provou ser um local conveniente para posicionar o sensor. Um pequeno orifício é feito na tampa para que o sensor possa ver o nível de sal. Como a mistura de salmoura é muito corrosiva, uma camada de filme plástico é usada para cobrir o orifício e proteger o sensor. A bateria e o ESP-07 também podem ser montados ao lado do sensor na tampa. Sempre há a opção de conectar uma antena externa se a intensidade do sinal WiFi for marginal. Nesta instalação, o sensor, o ESP-07 e a bateria foram apenas colado na parte superior da tampa enquanto o amaciante de água era guardado em um armário. Um caso adequado seria necessário em situações mais expostas.

Etapa 5: vida útil da bateria

Para estimar a vida útil da bateria, precisamos medir a corrente em espera e a corrente quando o monitor está acordado. Isso provou ser bastante difícil porque o ESP-07 pode travar facilmente ao fazer alterações como alterar os intervalos do medidor. A solução final foi adicionar um resistor de 0,1 Ohm ao cabo de alimentação e medir a corrente com um osciloscópio durante o período de vigília. Cada medição durou 6,7 segundos com uma corrente média de 77mA. A corrente de sono foi medida colocando um diodo e um resistor de 5k em paralelo no cabo de alimentação. O diodo carrega a corrente de despertar, mas a corrente de espera baixa é carregada pelo resistor. Isso gerou uma corrente de espera de 28,8 uA. O tempo de sono no programa é definido para cerca de 1 hora entre as medições. Ao longo de um ano, o monitor usará 250 mAh em standby e 1255 mAh em estado de alerta ou 1505 mAh no total. A bateria de 2600 mAh usada neste monitor deve durar facilmente mais de um ano. A vida útil da bateria pode ser estendida ainda mais medindo o nível de sal com menos frequência. Infelizmente, o tempo de sono do ESP-07 não pode ser facilmente prolongado por mais de cerca de uma hora. Uma maneira de contornar esse problema é acordar o ESP-07 a cada hora e colocá-lo de volta no modo de hibernação imediatamente. Existe a opção de não ativar o modem e o gráfico mostra que isso reduz pela metade a quantidade de energia usada. Medindo o nível de sal apenas 4 vezes por dia, podemos esperar uma vida útil da bateria de cerca de 5 anos. O código abaixo usa a memória RTC ESP8266 para armazenar quantas vezes o módulo esteve em sono profundo. Neste esboço, há 6 períodos de sono antes de fazer uma medição que dá 7 horas entre as leituras. É claro que isso pode ser ajustado para seu aplicativo. Sempre encaixe a bateria firmemente no lugar, uma conexão interrompida pode travar o ESP-07 e descarregar a bateria. A bateria deve durar vários anos antes de ser substituída por esses tempos de suspensão mais longos. Mais uma vez, é melhor testar o módulo com 10 segundos de hibernação, 7 horas é muito tempo para verificar se está funcionando …

Etapa 6: Gráfico de Nível de Sal

Os dois gráficos mostram o nível de sal no amaciante de água e a intensidade do sinal WiFi, uma ferramenta útil para solucionar problemas. A regeneração deste amaciante de água é controlada por medidor e sendo um modelo de tanque duplo, os tanques podem mudar a qualquer hora do dia. O gráfico de nível de sal indica quando a regeneração aconteceu e o tempo entre as regenerações dá uma ideia do uso da água. Este monitor não apenas mostra quando mais sal é necessário, mas em um amaciante medido, ele pode destacar o uso excessivo de água. O VL53L0X tem um alcance de até cerca de 2m, dependendo da superfície refletora. Outras aplicações são possíveis, como o monitoramento dos níveis de óleo ou de tanques de água, onde a profundidade muda lentamente ao longo do tempo.

Etapa 7: Lembrete de e-mail

E-mails de lembrete sobre baixos níveis de sal podem ser enviados do ThingSpeak. Isso envolve a configuração de dois aplicativos a partir do menu APPS, o primeiro é uma análise MATLAB que irá compor e enviar um e-mail se o nível de sal exceder um limite definido. O outro aplicativo é um TimeControl onde você pode decidir com que frequência verificar o nível de sal. Configurar o TimeControl App é bastante intuitivo, neste caso, o nível de sal é verificado diariamente executando a análise MATLAB. Um e-mail irritante será enviado diariamente assim que o nível de sal atingir o nível baixo. A análise MATLAB usada neste Instrutível está anexada abaixo. Será necessário atualizar com seu próprio ID de canal e ApiKey. Além disso, o nível mínimo de sal para o seu tanque precisa ser inserido na instrução 'if'. Esperançosamente, isso fornece detalhes suficientes para receber e-mails sem ter que se aprofundar nos meandros da codificação do ThingSpeak.