Hladinomer - Monitor výšky hladiny vody - Arduino / ESP8266 / ESP32
Ponúkam kópiu mnou navrhnutého projektu Hladinomer, ktorý ponúka webaplikáciu a programovú implementáciu pre mikrokontroléry z rady otvoreného hardvéru. Cieľom projektu je zaznamenávať a reprezentovať používateľovi výšku hladiny vody (alebo inej kvapaliny) v studni, nádrži. Využívajú sa ultrazvukové senzory pre odhad výšky hladiny vody. Princíp merania ultrazvukových senzorov je vyslanie signálu Trigger o dĺžke 10 mikrosekúnd, ktorý sa od hladiny odrazí a vráti sa do prijímača - Echo. Na základe prepočtu času vzhľadom na rýchlosť šírenia zvuku je možné určiť vzdialenosť medzi senzorom a hladinou vody, ktorú je možné reprezentovať aj v kubických veličinách - objem vyjadrený napr. v litroch. Projekt využíva ultrazvukový senzor vzdialenosti HC-SR04 - nie je vodotesný (detekčný uhol 15°), prípadne vodotestný senzor JSN-SR04T (detekčný uhol je až 60°). [Detekčný uhol reprezentuje šírku lúča]. Má však veľký detekčnú uhol, až 60°, čo má zvýšené nároky na priemer studne (vo vzdialenosti 450cm od senzora má lúč priemer až 600cm). Pre obsluhu projektu je možné využiť mikrokontróler Arduino s Ethernet modulom Wiznet W5100 alebo W5500, prípadne WiFi platformy od Espressif Systems - ESP8266 (NodeMCU, Wemos D1 Mini), alebo ESP32 (Devkit). Schéma zapojenia pre všetky platformy je dostupná priamo vo webaplikácii. Mikrokontrolérové platformy ESP8266 a ESP32 je možné prevádzkovať aj v režime Deep Sleep, ktorý dramaticky zníži ich spotrebu na úroveň desiatok mikroampérov, sú tak vhodné pre prevádzku na batériu. Druhým prevádzkovým režimom je StandBy, kedy platforma beží v štandardnom režime a môže byť rozšírená o implementáciu Over The Air (OTA), ktorá ponúka aktualizáciu firmvéru prostredníctvom LAN siete. Arduino s Ethernetom podporuje iba HTTP konektivitu a nepodporuje OTA aktualizáciu, ani režim spánku! Pre platformy ESP8266 a ESP32 je možné využiť HTTP i HTTPS šifrované spojenie s webserverom. V prípade, že nie je na danom mieste dostupný pevný internet, je možné využiť aj prenos dát cez IoT sieť Sigfox, ktorá pokrýva 90% Slovenska a je tak vhodnou alternatívou. Kompatibilný je UART modem SIGFOX WISOL 868MHz. Vhodný pre IoT aplikácie s nízkym prúdovým odmerom, pri vysielaní spotrebúva tretinu v porovnaní s ESP32. Limit správy 12B (používajú sa 4B pre výšku hladiny vody), custom callback zo Sigfox backendu vykonáva HTTP / HTTPS POST request pre zápis dát do webového rozhrania. Pre prevádzku projektu je nutné vlastniť webserver s podporou Apache/Nginx (pre .php scripty) na verejnej IP adrese, alebo v LAN sieti, kam daná platforma odosiela dáta z ultrazvukového senzora. Na webserveri beží aplikácia, ktorá používateľovi vizualizuje v dynamickom prehľade posledné údaje s indikátorom konektivity mikrokontroléru. Umožňuje sledovať aj historické údaje o výške hladiny vody za mesiac, týždeň, deň v prehľadných grafoch, či tabuľkovom vyhotovení. Web rozhranie obsahuje aj záznam rekordov - maximálna, minimálna hodnota hladiny vody za 24 hodín, 7 dní, 30 dní, čo umožňuje priebežne monitorovať aj výdatnosť studne. Webaplikácia má aj rôzne meniteľné údaje, ktoré sú potrebné pre správne určenie výšky hladiny vody - hĺbka studne po dno (slúži ako kalibračná hodnota pre merania), nakoľko vyššia hladina = menšia hodnota medzi hladinou a senzorom, ktorý je umiestnený na vrchu studne. Preto sa touto hodnotou odčítava meranie, aby sa zistila skutočná výška hladiny vody. Druhým meniteľným parametrom je priemer studne, ktorým je možné vykonať prepočet objemu studne v litroch s aktuálnou výškou hladiny a taktiež obsahuje aj odhad maximálnej hĺbky studne pri danom priemere pre čo najpresnejšie merania bez odrazov. Tento odhad maximálnej hĺbky studne sa realizuje trigonometriou a umožňuje používateľovi lepšie vybrať senzor pre jeho požiadavky vzhľadom na rozmery jeho studne. Zdrojové kódy pre všetky tieto platformy, schéma zapojenia, knižnice pre senzor HC-SR04 sú obsiahnuté priamo vo webaplikácii. Dáta sú do webového rozhrania odosielané po HTTP / HTTPS protokole s POST payloadom. Vhodné aj pre laikov, pre implementáciu webového rozhrania je dostupný .pdf dokument, ktorý krok po kroku umožňuje nastavenie a spustenie projektu. Projekt je možné vopred vyskúšať s vašim hardvérom na testovacom webovom rozhraní. Dodávam výhradne softvérové riešenie. Hardvér, ani jeho montáž neponúkam. Projekt má slovenskú, ruskú, anglickú a nemeckú mutáciu.
Telekomunikácie
