Sestavte si snímač hladiny vody s ultrazvukovým snímačem a domácím asistentem

Ačkoli je k dispozici několik indikátorů hladiny vody a zařízení pro sledování hladiny v horní nádrži na vodu, tato zařízení často přicházejí za vysokou cenu a mají omezenou funkčnost. Kromě toho vyžadují k provozu ponorné elektrody nebo spínač do vody; to může kontaminovat vodu a časem korodovat.

Ale co kdybyste mohli postavit bezdrátový a bezkontaktní snímač hladiny vody na bázi Wi-Fi, který hlásí zbývající vodu ve vaší nádrži přímo na vašem smartphonu? V tomto návodu pro kutily si takový indikátor hladiny vody postavíme pomocí desky NodeMCU a ultrazvuku senzor, který je umístěn v horní části krytu nádrže na vodu a hlásí data do vašeho smartphonu přes Home Asistent.

Jak to funguje?

Ultrazvukový snímač hladiny vody funguje tak, že vysílá zvukové vlny o určité frekvenci (také známé jako ultrazvukové vlny) a přijímá odraženou vlnu od cíleného objektu. Snímač vypočítává a hlásí vzdálenost mezi snímačem a objektem na základě doby, kterou zvukové vlně nebo ultrazvukové vlně trvá cesta a odraz.

Ultrazvukový senzor standardně hlásí hodnotu vzdálenosti v centimetrech (cm). Spolu s hloubkou nádrže lze tuto hodnotu hlášenou ultrazvukovým senzorem použít k nalezení zbývající vodu v nádrži výpočtem vzdálenosti mezi hladinou vody v nádrži a ultrazvukem senzor.

Věci, které budete potřebovat

K sestavení tohoto chytrého snímače hladiny vody potřebujete následující:

• MCU na bázi ESP8266, jako je NodeMCU, D1 Mini, ESP01 atd.
• Ultrazvukový senzor SR04
• Startovací dráty

Pro tento projekt se doporučuje použít vodotěsný ultrazvukový senzor JSN-SR04, aby se zabránilo poškození senzoru vlhkostí.

Kroky k vybudování inteligentního snímače hladiny vody

Chcete-li vytvořit chytrý bezkontaktní ultrazvukový snímač hladiny vody na bázi Wi-Fi, můžete postupovat podle níže uvedených kroků ke sledování spotřeby vody a ušetříte si lezení po schodech nebo nádrži na vodu, abyste ji kontrolovali ručně. Tento senzor můžete také použít ke sledování hladiny soli v nádrži.

Krok 1: Nainstalujte a nastavte Home Assistant

Home Assistant (HA) je upřednostňován, ale není vyžadován k sestavení inteligentního snímače nebo ovladače hladiny vody na bázi Wi-Fi. Pokud však chcete dostávat upozornění, sledovat denní/týdenní/měsíční spotřebu nebo přidat automatizaci na základě hladiny nádrže, musíte si nastavit Home Assistant.

Můžete postupovat podle našeho předchozího průvodce nainstalujte Home Assistant na Raspberry Pi nebo starý notebook. Pokud nechcete instalovat nebo nastavovat Home Assistant, můžete aktualizovat firmware Tasmota a použít jej ke kontrole hladiny vody. Ačkoli to není tak intuitivní jako Home Assistant, funguje to a hlásí hrubou hodnotu prostřednictvím webové stránky.

Krok 2: Změřte hloubku nádrže

Musíte změřit hloubku nádrže. Můžete tak učinit měřením výšky nádrže zvenčí nebo zevnitř pomocí krejčovského metru.

Jakmile provedete měření, změřte vzdálenost mezi krytem nádrže, kde bude nainstalován ultrazvukový senzor, a okrajem nádrže na vodu. Toto je vzdálenost, kterou musíte odečíst od celkové hloubky.

Pokud je například výška nádrže 120 cm a vzdálenost mezi senzorem na krytu a okrajem vody je 10 cm, pak je hloubka 120 - 10 = 110 cm.

Krok 2: Kompilace firmwaru

Chcete-li zkompilovat firmware, otevřete Home Assistant a nainstalujte ESPHome doplněk, pokud jste to ještě neudělali. Poté postupujte takto:

1. Klikněte na +Nové zařízení knoflík a poté klikněte Pokračovat.
2. Zadejte název souboru firmwaru, např snímač hladiny vody, a klikněte další.
3. Vyberte MCU, kterou máte, například NodeMCU, ESP32 nebo D1 Mini, a klikněte další. Pak klikněte Přeskočit.

Nyní najděte snímač hladiny vody projekt a klikněte Upravit. Tím se otevře snímač hladiny vody.yamlsoubor. V souboru zkopírujte a vložte tento kód YAML. V kódu upravte následující:

• Zadejte své Wi-Fi SSID a heslo.
• Upravte hodnoty ve vzorcích níže filtry se vzdáleností mezi senzorem a vodním okrajem a plnou výškou nádrže.
• Klikněte Uložit.
• Připojte svůj NodeMCU, ESP32 nebo D1 mini k počítači pomocí kabelu micro USB a poté klikněte Nainstalujte.
• Vyber Připojte se k tomuto počítači volba. Tím se zahájí kompilace kódu YAML a vygenerování souboru firmwaru (waterlevelsensor.bin). To může chvíli trvat.
• Po zkompilování firmwaru klikněte na Stáhnout projekt ke stažení waterlevelsensor.bin soubor.

Krok 3: Aktualizujte firmware na NodeMCU

Pro flashování firmwaru waterlevelsensor.bin si můžete stáhnout soubor ESPHome-Flasher nebo použijte web ESPHome. Postup je následující:

Po stažení firmwaru klikněte na Otevřete ESPHome Web.

Klikněte Připojit a poté vyberte sériový COM port USB, ke kterému je připojen váš NodeMCU, D1 Mini nebo ESP32.

Klikněte Nainstalujte. Klikněte Vyberte soubor, přejděte na waterlevelsensor.bin soubor firmwaru a klepněte na Nainstalujte. Jakmile je firmware flashován, odpojte USB kabel.

Krok 4: Připojte ultrazvukový senzor k NodeMCU

Pro připojení ultrazvukového snímače SR04 s deskou MCU se podívejte na níže uvedené schéma.

NodeMCU/ESP32/D1 Mini	Ultrazvukový senzor SR04
3V3	Vcc
D5	Trig
D6	Echo
GND	GND

Pokud používáte vodotěsný ultrazvukový modul JSN SR04 M-2, připojte kolíky podle obrázku.

NodeMCU/ESP32/D1 Mini	Ultrazvukový snímač JSN-SR04
Vin	5V
D5	Trig
D6	Echo
GND	GND

Jakmile je ultrazvukový senzor připojen k MCU, znovu připojte kabel USB. Zařízení se automaticky připojí k síti Wi-Fi na základě údajů, které jste zadali do kódu, a zobrazí se jako online v ESPHome Dashboard.

Klikněte Protokoly pod snímač hladiny vody. Zobrazí se protokoly a data přijatá senzorem.

Pokud protokoly zobrazují informace, jak je uvedeno na snímku obrazovky, můžete pokračovat a nakonfigurovat senzor v aplikaci Home Assistant.

Pokud se zobrazí „Časový limit měření vzdálenosti vypršel“, proveďte následující:

• Zkontrolujte, zda jste správně připojili kolíky ultrazvukového senzoru k MCU.
• Modul JSN SR04 M-2 může měřit 20-400 cm. Udržujte tedy objekt ve vzdálenosti alespoň 20 cm. V souladu s tím musíte také provést změny v kódu.
• Ultrazvukový senzor, který jsme použili, nemusí měřit vzdálenost nad 400 cm. Pokud je vaše nádrž hlubší než 400 cm (neobvyklé), nemusí vám to fungovat.

Krok 5: Přidejte Smart Water Level Sensor do Home Assistant

Chcete-li přidat ultrazvukový snímač hladiny vody do Home Assistant pro monitorování, postupujte takto:

1. V Asistentovi domácnosti přejděte na Konfigurace > Zařízení a služby.
2. The snímač hladiny vody by měly být automaticky objeveny a uvedeny. Pokud ne, klikněte Přidat integraci.
3. Vyhledejte a vyberte ESPHome.
4. Zadejte IP adresu snímač hladiny vody. Můžete to zjistit z protokolů nebo z vašeho Wi-Fi routeru. Po zadání IP adresy klikněte na Předložit.
5. Vyberte oblast a klikněte Dokončit.
6. C Senzor bude uveden pod ESPHome. Klikněte snímač hladiny vody a vyberte entitu.
7. Klikněte Přidat k Lovelace.
8. Vyberte pokoj a klikněte další.
9. Tím se přidá snímač hladiny vody na palubní desku.

Výchozí kartu můžete dále upravit přidáním následujícího do editoru kódu:

typ: měřidlo
název: Snímač hladiny vody
jednotka: '%'
entita: sensor.waterlevelsensor
 zelená: 0
 žlutá: 45
 červená: 85

Krok 6: Nainstalujte senzor do krytu vodní nádrže

Nyní můžete nainstalovat senzor do nádrže na vodu. Pro projekt jsme použili snímač SR04, který není vodotěsný. Aby byla vodotěsná, použili jsme průhledné pouzdro a dostatečný lak na nehty k izolaci elektrických součástek na desce.

Vyvrtali jsme dva malé otvory a použili kovový drát, abychom udrželi modul SR04 připojený ke krytu. Další větší otvor byl vytvořen pro vodiče připojené k ultrazvukovému senzoru. K propojení ultrazvukového senzoru s NodeMCU jsme použili dlouhý 4žilový drát, protože nádrž je umístěna na střeše a teplota zde může stoupnout na 40-45 °C.

Obojí si můžete ponechat v jednom pouzdře a napájet NodeMCU. Při instalaci NodeMCU nebo senzoru také zajistěte dobrou sílu signálu Wi-Fi. Přečtěte si našeho průvodce jak zesílit signál Wi-Fi, abyste rozšířili dosah Wi-Fi.

Ovládejte vodní čerpadlo, aby byla nádrž plná

Integrací chytrého senzoru hladiny vody s Home Assistant můžete přidat automatizaci a dostávat upozornění na váš chytrý telefon nebo přes Alexa/Google Assistant, když je hladina v nádrži nízká nebo plná. Podobně můžete přidat automatizaci, která zapne vodní čerpadlo, aby naplnilo nádrž, když jí dochází, a automaticky ji vypnete, jakmile hladina nádrže dosáhne určité úrovně, například 90-100 %.

Kromě toho můžete k chytrému snímači hladiny vody přidat vodotěsnou sondu teplotního senzoru, jako je DS18B20, abyste mohli kontrolovat a monitorovat teplotu vody v nádrži.

Jak si vyrobit domácí energetický monitor pomocí ESP8266

Přečtěte si další

O autorovi