Byg en vandstandssensor med en ultralydssensor og hjemmeassistent

Selvom der er flere vandstandsindikatorer og enheder tilgængelige til at overvåge niveauet i en overliggende vandtank, kommer disse enheder ofte til en heftig pris og med begrænset funktionalitet. Desuden kræver de at dyppe elektroder eller en kontakt i vandet for at fungere; dette kan forurene vandet og korrodere med tiden.

Men hvad nu hvis du kunne bygge en trådløs og kontaktløs Wi-Fi-baseret vandstandssensor, der rapporterer det resterende vand i din tank direkte på din smartphone? I denne gør-det-selv-guide vil vi bygge sådan en vandstandsindikator ved hjælp af et NodeMCU-kort og en ultralyd sensor, der sidder i toppen af ​​vandtankens dæksel og rapporterer dataene til din smartphone via Home Assistent.

Hvordan virker det?

En ultralydsvandstandssensor virker ved at sende lydbølger ved en bestemt frekvens (også kendt som ultralydsbølger) og modtage den reflekterede bølge fra det målrettede objekt. Sensoren beregner og rapporterer afstanden mellem sensoren og objektet baseret på den tid, det tager lydbølgen eller ultralydsbølgen at rejse og reflektere.

Ultralydssensoren rapporterer afstandsværdien i centimeter (cm) som standard. Sammen med tankdybden kan denne værdi rapporteret af ultralydssensoren bruges til at finde resterende vand i tanken ved at beregne afstanden mellem tankens vandstand og ultralyd sensor.

Ting du skal bruge

For at bygge denne smarte vandstandssensor skal du bruge følgende:

• En ESP8266-baseret MCU, såsom NodeMCU, D1 Mini, ESP01 osv.
• En SR04 ultralydssensor
• Jumper ledninger

Til dette projekt anbefales det, at du bruger en JSN-SR04 vandtæt ultralydssensor for at forhindre sensorskader på grund af fugt.

Trin til at bygge en smart vandstandssensor

Du kan følge nedenstående trin for at bygge en smart Wi-Fi-baseret kontaktløs ultralydsvandstandssensor at overvåge vandforbruget og spare dig selv for at gå op ad trappen eller vandtanken for at tjekke det manuelt. Du kan også bruge denne sensor til at overvåge et salttankniveau.

Trin 1: Installer og konfigurer Home Assistant

Home Assistant (HA) foretrækkes, men er ikke påkrævet for at bygge en smart Wi-Fi-baseret vandstandssensor eller controller. Men hvis du vil modtage notifikationer, spore dagligt/ugentligt/månedligt forbrug eller tilføje automatisering baseret på tankniveauet, skal du konfigurere Home Assistant.

Du kan følge vores tidligere guide til installer Home Assistant på Raspberry Pi eller en gammel bærbar. Hvis du ikke vil installere eller konfigurere Home Assistant, kan du flashe Tasmota-firmwaren og bruge den til at kontrollere vandstanden. Selvom det ikke er så intuitivt som Home Assistant, gør det jobbet og rapporterer råværdien via en webside.

Trin 2: Mål tankdybden

Du skal måle tankdybden. Det kan du gøre ved at måle tankens højde udefra eller inde ved hjælp af et målebånd.

Når du har målingen, skal du måle afstanden mellem tankdækslet, hvor ultralydssensoren skal installeres, og randen af ​​vandtanken. Dette er den afstand, du skal trække fra den samlede dybde.

For eksempel, hvis tankhøjden er 120 cm og afstanden mellem sensoren på dækslet og randen af ​​vandet er 10 cm, så er dybden 120 - 10 = 110 cm.

Trin 2: Kompiler firmwaren

For at kompilere firmware skal du åbne Home Assistant og installere ESPHome tilføjelse, hvis du ikke allerede har gjort det. Følg derefter disse trin:

1. Klik på +Ny enhed knap og klik derefter Blive ved.
2. Indtast navnet på firmwarefilen, som f.eks vandstandssensor, og klik Næste.
3. Vælg den MCU du har, såsom NodeMCU, ESP32 eller D1 Mini, og klik Næste. Klik derefter Springe.

Find nu vandstandssensor projekt og klik Redigere. Dette åbner vandstandssensor.yamlfil. Kopier og indsæt i filen denne YAML-kode. Rediger følgende i koden:

• Indtast dit Wi-Fi SSID og din adgangskode.
• Rediger værdierne i formlerne under filtre med afstanden mellem sensor og vandkant og den fulde tankhøjde.
• Klik Gemme.
• Tilslut din NodeMCU, ESP32 eller D1 mini til din pc ved hjælp af et mikro-USB-kabel, og klik derefter Installere.
• Vælg Tilslut til denne computer mulighed. Dette vil begynde at kompilere YAML-koden og generere en firmwarefil (waterlevelsensor.bin). Dette kan tage et stykke tid.
• Når firmwaren er kompileret, skal du klikke Download projekt at downloade vandstandssensor.bin fil.

Trin 3: Flash firmwaren på NodeMCU

For at flashe waterlevelsensor.bin-firmwaren kan du downloade ESPHome-Flasher værktøj eller brug ESPHome-webstedet. Trinene er som følger:

Når du har downloadet firmwaren, skal du klikke Åbn ESPHome Web.

Klik Opret forbindelse og vælg derefter den serielle USB-COM-port, hvor din NodeMCU, D1 Mini eller ESP32 er tilsluttet.

Klik Installere. Klik Vælg fil, gennemse til vandstandssensor.bin firmwarefil, og klik på Installere. Når firmwaren blinker, skal du frakoble USB-kablet.

Trin 4: Tilslut ultralydssensor med NodeMCU

Se diagrammet nedenfor for at forbinde SR04 ultralydssensoren med MCU-kortet.

NodeMCU/ESP32/D1 Mini	SR04 ultralydssensor
3V3	Vcc
D5	Trig
D6	Ekko
GND	GND

Hvis du bruger det vandtætte JSN SR04 M-2 ultralydsmodul, skal du tilslutte stifterne som vist i diagrammet.

NodeMCU/ESP32/D1 Mini	JSN-SR04 ultralydssensor
Vin	5V
D5	Trig
D6	Ekko
GND	GND

Når ultralydssensoren er tilsluttet til MCU'en, skal du tilslutte USB-kablet igen. Enheden vil automatisk oprette forbindelse til Wi-Fi-netværket baseret på de detaljer, du har indtastet i koden, og vil blive vist som Online i ESPHome Dashboard.

Klik Logs under vandstandssensor. Dette vil vise logfilerne og data modtaget af sensoren.

Hvis logfilerne viser oplysningerne som vist på skærmbilledet, kan du gå videre og konfigurere sensoren i Home Assistant.

Hvis du ser "Afstandsmåling timeout", skal du gøre følgende:

• Kontroller, at du har tilsluttet ultralydssensorbenene med MCU'en korrekt.
• JSN SR04 M-2 modulet kan måle 20-400 cm. Så hold objektet mindst 20 cm væk. Du skal også foretage ændringer i koden i overensstemmelse hermed.
• Den ultralydssensor, vi har brugt, kan muligvis ikke måle afstand ud over 400 cm. Hvis din tank er dybere end 400 cm (usædvanligt), virker dette muligvis ikke for dig.

Trin 5: Tilføj smart vandstandssensor til Home Assistant

Følg disse trin for at tilføje ultralydsvandstandssensoren til Home Assistant til overvågning:

1. Gå til i Home Assistant Konfiguration > Enheder og tjenester.
2. Det vandstandssensor skal automatisk opdages og listes. Hvis ikke, klik Tilføj integration.
3. Søg efter og vælg ESPHome.
4. Indtast IP-adressen på vandstandssensor. Du kan finde dette fra logfilerne eller din Wi-Fi-router. Når du har indtastet IP-adressen, skal du klikke Indsend.
5. Vælg et område, og klik Afslut.
6. CFøleren vil blive vist under ESPHome. Klik vandstandssensor og vælg enheden.
7. Klik Tilføj til Lovelace.
8. Vælg et rum og klik Næste.
9. Dette vil tilføje vandstandssensor til instrumentbrættet.

Du kan yderligere tilpasse standardkortet ved at tilføje følgende i kodeeditoren:

type: måler
navn: Vandstandssensor
enhed: '%'
enhed: sensor.vandstandssensor
 grøn: 0
 gul: 45
 rød: 85

Trin 6: Installer sensoren på dit vandbeholderdæksel

Du kan nu installere sensoren i din vandtank. Til projektet brugte vi SR04-sensoren, som ikke er vandtæt. For at gøre det vandtæt brugte vi en gennemsigtig kasse og tilstrækkelig neglelak til at isolere de elektriske komponenter på brættet.

Vi borede to bittesmå huller og brugte en metaltråd til at holde SR04-modulet fastgjort til dækslet. Et andet større hul blev lavet til ledningerne forbundet til ultralydssensoren. Vi brugte en lang 4-kernet ledning til at forbinde ultralydssensoren med NodeMCU'en, da tanken er placeret på taget, og temperaturen her kan stige til 40-45°C.

Du kan beholde begge dele i et tilfælde og levere strøm til NodeMCU'en. Sørg også for god Wi-Fi-signalstyrke, når du installerer NodeMCU'en eller sensoren. Læs vores guide på hvordan du forstærker dit Wi-Fi-signal for at udvide Wi-Fi-rækkevidden.

Styr vandpumpen for at holde tanken fuld

Ved at integrere den smarte vandstandssensor med Home Assistant kan du tilføje automatisering for at få advarsler på din smartphone eller via Alexa/Google Assistant, når tankniveauet er lavt eller fuldt. På samme måde kan du tilføje automatisering for at tænde for vandpumpen for at fylde tanken, når den er ved at løbe tør, og slukke den automatisk, når tankniveauet når et bestemt niveau, såsom 90-100%.

Derudover kan du tilføje en vandtæt temperatursensorsonde, såsom en DS18B20, til din smarte vandstandssensor for at kontrollere og overvåge tankens vandtemperatur.

Sådan bygger du en DIY-husholdningsenergimonitor ved hjælp af ESP8266

Læs Næste

Om forfatteren