Pengukur Ketinggian Air Sumur Waktu Nyata: 6 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Petunjuk ini menjelaskan cara membuat pengukur ketinggian air real-time yang murah untuk digunakan di sumur gali. Pengukur ketinggian air dirancang untuk digantung di dalam sumur gali, mengukur ketinggian air sekali sehari, dan mengirim data melalui WiFi atau koneksi seluler ke halaman web untuk segera dilihat dan diunduh. Biaya suku cadang untuk membangun meteran ini sekitar Can$200 untuk versi WiFi dan Can$300 untuk versi seluler. Meteran ditunjukkan pada Gambar 1. Laporan lengkap dengan instruksi bangunan, daftar suku cadang, tip untuk membangun dan mengoperasikan meteran, dan cara memasang meteran di sumur air disediakan dalam file terlampir (Petunjuk Pengukur Ketinggian Air.pdf). Pengukur ketinggian air telah digunakan untuk mengembangkan jaringan pemantauan akuifer dangkal regional real-time di Nova Scotia, Kanada: https://fletcher.novascotia.ca/DNRViewer/index.htm… Petunjuk untuk membangun meteran serupa yang mengukur air suhu, konduktivitas, dan ketinggian air tersedia di sini:

Water level meter menggunakan sensor ultrasonik untuk mengukur kedalaman air di dalam sumur. Sensor terpasang ke perangkat Internet-of-Things (IoT) yang terhubung ke WiFi atau jaringan seluler dan mengirimkan data ketinggian air ke layanan web untuk dibuat grafik. Layanan web yang digunakan dalam proyek ini adalah ThingSpeak.com, yang gratis digunakan untuk proyek kecil non-komersial (kurang dari 8.200 pesan/hari). Agar versi WiFi meter berfungsi, itu harus terletak dekat dengan jaringan WiFi. Sumur air rumah tangga sering mengalami kondisi ini karena letaknya yang dekat dengan rumah dengan WiFi. Pengukur tidak menyertakan pencatat data, melainkan mengirimkan data ketinggian air ke ThingSpeak di mana ia disimpan di awan. Oleh karena itu, jika ada masalah transmisi data (misalnya saat Internet padam) data ketinggian air untuk hari itu tidak terkirim dan hilang secara permanen.

Meteran dirancang dan diuji untuk sumur gali berdiameter besar (diameter dalam 0,9 m) dengan kedalaman air dangkal (kurang dari 10 m di bawah permukaan tanah). Namun, ini berpotensi digunakan untuk mengukur ketinggian air dalam situasi lain, seperti sumur pemantauan lingkungan, sumur bor, dan badan air permukaan.

Desain meteran yang disajikan di sini dimodifikasi setelah meteran dibuat untuk mengukur ketinggian air di tangki air domestik dan melaporkan ketinggian air melalui Twitter, diterbitkan oleh Tim Ousley pada tahun 2015: https://www.instructables.com/id/Wi -Fi-Twitter-Wa…. Perbedaan utama antara desain asli dan desain yang disajikan di sini adalah kemampuan untuk mengoperasikan meteran pada baterai AA alih-alih adaptor daya kabel, kemampuan untuk melihat data dalam grafik deret waktu alih-alih pesan Twitter, dan penggunaan dari sensor ultrasonik yang dirancang khusus untuk mengukur ketinggian air.

Petunjuk langkah demi langkah untuk membuat meteran ketinggian air disediakan di bawah ini. Direkomendasikan agar pembangun membaca semua langkah konstruksi sebelum memulai proses konstruksi meteran. Perangkat IoT yang digunakan dalam proyek ini adalah Foton Partikel, dan oleh karena itu pada bagian berikut istilah “perangkat IoT” dan “Foton” digunakan secara bergantian.

Perlengkapan

Bagian elektronik:

Sensor – MaxBotix MB7389 (rentang 5m)

Perangkat IoT - Foton Partikel dengan header

Antena (antena internal dipasang di dalam kotak meteran) – konektor 2,4 GHz, 6dBi, IPEX atau u. FL, panjang 170 mm

Baterai – 4 X AA

Kawat – kabel jumper dengan konektor push on (panjang 300 mm)

Baterai – 4 X AA

Bagian Pipa dan Perangkat Keras:

Pipa - ABS, diameter 50 mm (2 inci), panjang 125 mm

Tutup atas, ABS, 50 mm (2 inci), berulir dengan paking untuk membuat segel kedap air

Tutup bawah, PVC, 50 mm (2 inci) dengan ulir NPT betina inci agar sesuai dengan sensor

2 Skrup pipa, ABS, 50 mm (2 inci) untuk menyambungkan tutup atas dan bawah ke pipa ABS

Baut mata dan 2 mur, baja tahan karat (1/4 inci) untuk membuat gantungan di tutup atas

Bahan lain: pita listrik, pita Teflon, solder, silikon, lem untuk kasing perakitan

Langkah 1: Pasang Kotak Meter

Pasang kotak meteran seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 dan 2 di atas. Panjang total meteran yang dirakit, ujung ke ujung termasuk sensor dan baut mata, kira-kira 320 mm. Pipa ABS berdiameter 50 mm yang digunakan untuk membuat kotak meteran harus dipotong dengan panjang kira-kira 125 mm. Ini memungkinkan ruang yang cukup di dalam casing untuk menampung perangkat IoT, baterai, dan antena internal sepanjang 170 mm.

Tutup semua sambungan dengan lem silikon atau ABS untuk membuat casing kedap air. Ini sangat penting, jika tidak, kelembaban bisa masuk ke dalam casing dan menghancurkan komponen internal. Paket pengering kecil dapat ditempatkan di dalam kasing untuk menyerap kelembapan.

Pasang baut mata di tutup atas dengan mengebor lubang dan memasukkan baut mata dan mur. Mur harus digunakan di bagian dalam dan luar casing untuk mengamankan baut mata. Silikon bagian dalam tutup pada lubang baut agar kedap air.

Langkah 2: Pasang Kabel ke Sensor

Tiga kabel (lihat Gambar 3a) harus disolder ke sensor untuk memasangnya ke Foton (yaitu pin sensor GND, V+, dan Pin 2). Menyolder kabel ke sensor dapat menjadi tantangan karena lubang sambungan pada sensor kecil dan berdekatan. Sangat penting bahwa kabel disolder dengan benar ke sensor sehingga ada koneksi fisik dan listrik yang baik dan kuat dan tidak ada busur solder di antara kabel yang berdekatan. Pencahayaan yang baik dan lensa pembesar membantu proses penyolderan. Bagi mereka yang tidak memiliki pengalaman menyolder sebelumnya, disarankan untuk berlatih menyolder sebelum menyolder kabel ke sensor. Tutorial online tentang cara menyolder tersedia dari SparkFun Electronics (https://learn.sparkfun.com/tutorials/how-to-solder…).

Setelah kabel disolder ke sensor, kelebihan kabel telanjang yang menonjol dari sensor dapat dipotong dengan pemotong kawat hingga panjangnya kira-kira 2 mm. Direkomendasikan bahwa sambungan solder ditutup dengan manik-manik silikon yang tebal. Ini memberi sambungan lebih kuat dan mengurangi kemungkinan korosi dan masalah listrik pada sambungan sensor jika uap air masuk ke kotak meteran. Pita listrik juga dapat dililitkan di sekitar tiga kabel pada sambungan sensor untuk memberikan perlindungan tambahan dan menghilangkan ketegangan, mengurangi kemungkinan kabel putus pada sambungan solder.

Kabel sensor dapat memiliki konektor tipe push-on (lihat Gambar 3b) di salah satu ujungnya untuk dipasang ke Foton. Menggunakan konektor push-on memudahkan untuk merakit dan membongkar meteran. Kabel sensor harus memiliki panjang setidaknya 270 mm sehingga dapat memperpanjang seluruh panjang kotak meteran. Panjang ini akan memungkinkan Foton dihubungkan dari ujung atas kasing dengan sensor terpasang di ujung bawah kasing. Perhatikan bahwa panjang kawat yang direkomendasikan ini mengasumsikan bahwa pipa ABS yang digunakan untuk membuat kotak meteran dipotong menjadi panjang 125 mm. Konfirmasikan terlebih dahulu pemotongan dan penyolderan kabel ke sensor bahwa panjang kawat 270 mm cukup untuk melampaui bagian atas kotak meteran sehingga Foton dapat dihubungkan setelah wadah dirakit dan sensor terpasang secara permanen ke kasus.

Sensor sekarang dapat dilampirkan ke kotak meteran. Itu harus disekrup erat ke tutup bawah, menggunakan pita Teflon untuk memastikan segel kedap air.

Langkah 3: Pasang Sensor, Paket Baterai, dan Antena ke Perangkat IoT

Pasang sensor, baterai, dan antena ke Foton (Gambar 4), dan masukkan semua bagian ke dalam kotak meteran. Daftar koneksi pin yang ditunjukkan pada Gambar 4 disediakan di bawah ini. Sensor dan kabel paket baterai dapat dipasang dengan menyolder langsung ke Foton atau dengan konektor tipe push-on yang dipasang ke pin header di bagian bawah Foton (seperti yang terlihat pada Gambar 2). Menggunakan konektor push-on memudahkan untuk membongkar meteran atau mengganti Foton jika gagal. Sambungan antena pada Foton memerlukan konektor tipe u. FL (Gambar 4) dan harus didorong dengan kuat ke Foton untuk membuat sambungan. Jangan memasang baterai ke dalam baterai sampai meteran siap untuk diuji atau dipasang di sumur. Tidak ada tombol on/off yang disertakan dalam desain ini, sehingga meteran dihidupkan dan dimatikan dengan memasang dan melepas baterai.

Daftar koneksi pin pada perangkat IoT (Particle Photon):

Pin foton D3 - sambungkan ke - Pin sensor 2, data (kabel coklat)

Pin foton D2 - sambungkan ke - Pin sensor 6, V+ (kabel merah)

Pin foton GND - sambungkan ke - Pin sensor 7, GND (kabel hitam)

Pin foton VIN - sambungkan ke - Baterai, V+ (kabel merah)

Pin foton GND - sambungkan ke - Baterai, GND (kabel hitam)

Foton u. FL pin - sambungkan ke - Antena

Langkah 4: Pengaturan Perangkat Lunak

Lima langkah utama diperlukan untuk menyiapkan perangkat lunak untuk meteran:

1. Buat akun Partikel yang akan menyediakan antarmuka online dengan Foton. Untuk melakukannya, unduh aplikasi seluler Particle ke ponsel cerdas: https://docs.particle.io/quickstart/photon/. Setelah menginstal aplikasi, buat akun Partikel dan ikuti instruksi online untuk menambahkan Foton ke akun. Perhatikan bahwa Foton tambahan apa pun dapat ditambahkan ke akun yang sama tanpa perlu mengunduh aplikasi Particle dan membuat akun lagi.

2. Buat akun ThingSpeak https://thingspeak.com/login dan atur saluran baru untuk menampilkan data ketinggian air. Contoh halaman web ThingSpeak untuk meteran air ditunjukkan pada Gambar 5, yang juga dapat dilihat di sini: https://thingspeak.com/channels/316660. Petunjuk untuk menyiapkan saluran ThingSpeak tersedia di https://docs.particle.io/tutorials/device-cloud/w… Perhatikan bahwa saluran tambahan untuk Foton lain dapat ditambahkan ke akun yang sama tanpa perlu membuat akun ThingSpeak lain.

3. Sebuah “webhook” diperlukan untuk melewatkan data ketinggian air dari Photon ke saluran ThingSpeak. Petunjuk untuk menyiapkan webhook tersedia di https://docs.particle.io/tutorials/device-cloud/w…. Jika lebih dari satu meter air sedang dibangun, webhook baru dengan nama unik harus dibuat untuk setiap Foton tambahan.

4. Webhook yang dibuat pada langkah di atas harus dimasukkan ke dalam kode yang mengoperasikan Photon. Kode untuk versi WiFi dari pengukur ketinggian air disediakan dalam file terlampir (Code1_WiFi.txt). Di komputer, buka halaman web Particle https://login.particle.io/login?redirect=https://… masuk ke akun Particle, dan navigasikan ke antarmuka aplikasi Particle. Salin kode dan gunakan untuk membuat aplikasi baru di antarmuka aplikasi Particle. Masukkan nama webhook yang dibuat di atas ke baris 87 kode. Untuk melakukannya, hapus teks di dalam tanda kutip dan masukkan nama webhook baru di dalam tanda kutip pada baris 87, yang berbunyi sebagai berikut:

Particle.publish("Insert_Webhook_Name_Inside_ THIS_Quotes", String(GWelevation, 2), PRIVATE);

5. Kode sekarang dapat diverifikasi, disimpan, dan diinstal ke Photon. Perhatikan bahwa kode disimpan dan diinstal ke Foton dari cloud. Kode ini akan digunakan untuk mengoperasikan meteran air saat berada di dalam sumur air. Selama instalasi lapangan, beberapa perubahan perlu dilakukan pada kode untuk mengatur frekuensi pelaporan menjadi sekali sehari dan menambahkan informasi tentang sumur air (ini dijelaskan dalam file terlampir Petunjuk Pengukur Ketinggian Air.pdf di bagian berjudul “Memasang Meteran di Sumur Air”).

Langkah 5: Uji Meteran

Konstruksi meteran dan pengaturan perangkat lunak sekarang selesai. Pada titik ini direkomendasikan agar meteran diuji. Dua tes harus diselesaikan. Tes pertama digunakan untuk memastikan bahwa meteran dapat mengukur ketinggian air dengan benar dan mengirim data ke ThingSpeak. Tes kedua digunakan untuk memastikan bahwa konsumsi daya Foton berada dalam kisaran yang diharapkan. Tes kedua ini berguna karena baterai akan gagal lebih cepat dari yang diperkirakan jika Photon menggunakan terlalu banyak daya.

Untuk tujuan pengujian, kode diatur untuk mengukur dan melaporkan ketinggian air setiap dua menit. Ini adalah periode waktu praktis untuk menunggu di antara pengukuran saat meteran sedang diuji. Jika frekuensi pengukuran yang berbeda diinginkan, ubah variabel yang disebut MeasureTime di baris 16 kode ke frekuensi pengukuran yang diinginkan. Frekuensi pengukuran dimasukkan dalam detik (yaitu 120 detik sama dengan dua menit).

Tes pertama dapat dilakukan di kantor dengan menggantung meteran di atas lantai, menyalakannya, dan memeriksa apakah saluran ThingSpeak secara akurat melaporkan jarak antara sensor dan lantai. Dalam skenario pengujian ini pulsa ultrasonik memantul dari lantai, yang digunakan untuk mensimulasikan permukaan air di dalam sumur.

Untuk pengujian kedua, arus listrik antara baterai dan Foton harus diukur untuk memastikan bahwa itu sesuai dengan spesifikasi dalam lembar data Foton: https://docs.particle.io/datasheets/wi-fi/photon-d… Pengalaman menunjukkan bahwa pengujian ini membantu mengidentifikasi perangkat IoT yang rusak sebelum digunakan di lapangan. Ukur arus dengan menempatkan pengukur arus di antara kabel V+ positif (kabel merah) pada baterai dan pin VIN pada Foton. Arus harus diukur dalam mode operasi dan mode tidur nyenyak. Untuk melakukan ini, nyalakan Foton dan itu akan memulai dalam mode operasi (seperti yang ditunjukkan oleh LED pada Foton yang mengubah warna cyan), yang berjalan selama kurang lebih 20 detik. Gunakan pengukur arus untuk mengamati arus operasi selama waktu ini. Foton kemudian akan secara otomatis masuk ke mode tidur nyenyak selama dua menit (seperti yang ditunjukkan oleh LED pada Foton yang mati). Gunakan pengukur arus untuk mengamati arus tidur nyenyak saat ini. Arus operasi harus antara 80 dan 100 mA, dan arus tidur nyenyak harus antara 80 dan 100 A. Jika arus lebih tinggi dari nilai-nilai ini, Foton harus diganti.

Meteran sekarang siap dipasang di sumur air (Gambar 6). Petunjuk tentang cara memasang meteran di sumur air disediakan dalam file terlampir (Water Level Meter Instructions.pdf).

Langkah 6: Cara Membuat Pengukur Versi Seluler

Versi seluler meteran air dapat dibuat dengan melakukan modifikasi pada daftar komponen, instruksi, dan kode yang dijelaskan sebelumnya. Versi seluler tidak memerlukan WiFi karena terhubung ke Internet melalui sinyal seluler. Biaya suku cadang untuk membuat meteran versi seluler adalah sekitar Can$300 (tidak termasuk pajak dan pengiriman), ditambah sekitar Can$4 per bulan untuk paket data seluler yang disertakan dengan perangkat IoT seluler.

Pengukur seluler menggunakan bagian dan langkah konstruksi yang sama yang tercantum di atas dengan modifikasi berikut:

• Ganti perangkat WiFi IoT (Particle Photon) dengan perangkat IoT seluler (Particle Electron): https://store.particle.io/collections/cellular/pr…. Saat membuat meteran, gunakan koneksi pin yang sama yang dijelaskan di atas untuk versi WiFi meteran di Langkah 3.

• Perangkat IoT seluler menggunakan lebih banyak daya daripada versi WiFi, dan oleh karena itu disarankan dua sumber baterai: baterai Li-Po 3,7V, yang disertakan dengan perangkat IoT, dan paket baterai dengan 4 baterai AA. Baterai LiPo 3.7V terpasang langsung ke perangkat IoT dengan konektor yang disediakan. Paket baterai AA terpasang ke perangkat IoT dengan cara yang sama seperti yang dijelaskan di atas untuk pengukur versi WiFi di Langkah 3. Pengujian lapangan menunjukkan bahwa pengukur versi seluler akan beroperasi selama kurang lebih 9 bulan menggunakan pengaturan baterai yang dijelaskan di atas. Alternatif untuk menggunakan baterai AA dan baterai Li-Po 3,7 V 2000 mAh adalah dengan menggunakan satu baterai Li-Po 3,7V dengan kapasitas lebih tinggi (misalnya 4000 atau 5000 mAh).

• Antena eksternal harus dipasang pada meteran, seperti: https://www.amazon.ca/gp/product/B07PZFV9NK/ref=p…. Pastikan itu dinilai untuk frekuensi yang digunakan oleh penyedia layanan seluler di mana meteran air akan digunakan. Antena yang disertakan dengan perangkat IoT seluler tidak cocok untuk penggunaan di luar ruangan. Antena eksternal dapat dihubungkan dengan kabel panjang (3 m) yang memungkinkan antena dipasang ke bagian luar sumur di kepala sumur (Gambar 7). Disarankan agar kabel antena dimasukkan melalui bagian bawah casing dan ditutup rapat dengan silikon untuk mencegah masuknya uap air (Gambar 8). Direkomendasikan untuk menggunakan kabel ekstensi koaksial luar ruang yang berkualitas baik, tahan air.

• Perangkat IoT seluler berjalan pada kode yang berbeda dari pengukur versi WiFi. Kode untuk versi seluler pengukur disediakan dalam file terlampir (Code2_Cellular.txt).