Monitor del serbatoio dell'olio WiFi: 6 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Esistono diversi modi per verificare la quantità di carburante rimasta nel serbatoio dell'olio da riscaldamento. Il modo più semplice è usare un'asta di livello, molto precisa ma poco divertente in una fredda giornata invernale. Alcuni serbatoi sono dotati di un tubo a vista, che fornisce ancora una volta un'indicazione diretta del livello dell'olio, ma il tubo ingiallisce con l'età rendendo difficile la lettura. Peggio ancora, possono essere causa di perdite di olio se non sono isolati. Un altro tipo di indicatore utilizza un galleggiante che aziona un quadrante. Non particolarmente preciso e il meccanismo può gripparsi nel tempo.

Chi ha tasche profonde può acquistare un sensore remoto che può essere visualizzato all'interno della casa. Un sensore a batteria, solitamente a ultrasuoni, trasmette la profondità dell'olio a un ricevitore in casa. È possibile utilizzare un ricevitore autonomo alimentato dalla rete per visualizzare il livello dell'olio o collegare il ricevitore a Internet per il monitoraggio remoto. È necessario un sensore WiFi collegato a batteria in grado di monitorare il serbatoio per anni alla volta e inviare promemoria via e-mail quando il livello dell'olio si abbassa. Tale dispositivo è descritto in questo Instructable. Un sensore misura la profondità dell'olio calcolando quanto tempo impiega la luce a riflettersi dalla superficie dell'olio. Ogni poche ore un modulo ESP8266 interroga il sensore e trasmette i dati a Internet. Il servizio gratuito ThingSpeak viene utilizzato per visualizzare il livello dell'olio e inviare un'e-mail di promemoria quando il livello dell'olio è basso.

Forniture

I componenti principali utilizzati in questo progetto sono elencati di seguito. L'articolo più costoso è il sensore di profondità, un modulo VL53L1X che può essere trovato online per circa $ 6. Attenzione a non selezionare la precedente generazione VL53L0X, anche se più economica, ha prestazioni inferiori e richiede software diverso. L'altro elemento chiave è il modulo ESP8266. Le versioni con regolatori di tensione a bordo e interfaccia USB sono sicuramente più facili da usare ma con un premio di maggiore corrente di standby, non ideale per il funzionamento a batteria. Invece, il modulo ESP-07 di base viene utilizzato con l'opzione di un'antenna esterna per una portata extra. I componenti utilizzati in questo progetto sono:

• Portabatterie AA
• Modulo di portata VL53L1X
• BAT43 Diodo Shottky
• Transistor 2N2222 o simili
• Condensatore da 100nF
• 2 x 5k resistori
• 1 x 1k resistore
• 2 x 470 Ohm resistori
• Modulo adattatore seriale FT232RL
• Batteria al litio cloruro di tionile formato AA
• Modulo microcontrollore ESP-07
• Articoli vari, filo, scatola ecc.

Passaggio 1: scelta del sensore

I sensori a ultrasuoni sono generalmente utilizzati per la misurazione del livello dell'olio sia a livello commerciale che in progetti fai-da-te. Gli ultrasuoni prontamente disponibili HC-SR04 o il più recente HS-100 sono spesso utilizzati nei monitor fatti in casa al costo di circa $ 1 o giù di lì. Funzionavano bene sul banco, ma fornivano letture casuali quando puntavano verso il basso il tubo di sfiato del serbatoio dell'olio per individuare la superficie dell'olio. Ciò era probabilmente dovuto ai riflessi delle diverse superfici nel serbatoio in acciaio, un serbatoio in plastica potrebbe funzionare meglio. In alternativa è stato provato un sensore ottico Time of Flight VL53L1X. Le letture dal serbatoio erano molto più stabili e quindi questo tipo di sensore è stato scelto come alternativa. La scheda tecnica del VL53L1X fornisce informazioni sulla risoluzione di questo sensore in diverse condizioni di misurazione, vedere l'immagine. Utilizzando un tempo di campionamento di 200 ms si ottiene una risoluzione di pochi mm. Senza dubbio i numeri della scheda tecnica sono stati rilevati nelle migliori condizioni di laboratorio possibili e quindi il sensore è stato sottoposto a un rapido test per verificarne la risoluzione. Il sensore è stato posizionato sopra il tubo di sfiato del serbatoio dell'olio e alcune migliaia di letture sono state registrate utilizzando un budget temporale di 200 ms. Un grafico di distribuzione delle letture nel serbatoio conferma che questo sensore può misurare il livello dell'olio con una risoluzione di circa +/- 2 mm. In un periodo di tempo più lungo, c'è una tendenza giornaliera in cui il livello dell'olio scende di alcuni mm durante la notte e si ripristina durante il giorno. La causa più probabile è che il petrolio si contragga mentre si raffredda durante la notte e si espande nuovamente nel calore del giorno. Forse la storia dell'acquisto di olio a volume in una giornata fredda è vera dopo tutto.

Passaggio 2: schema elettrico

Lo schema del circuito mostra come il modulo ESP-07 è collegato al VL53L1X. Un adattatore USB FT242 è temporaneamente collegato all'ESP-07 per caricare il software e verificarne il funzionamento. Quando l'ESP-07 viene messo in modalità di sospensione profonda, la corrente scende a circa 20 uA, un segnale di riattivazione ripristina il dispositivo tramite il diodo. È possibile mettere il sensore in standby utilizzando il pin XSHUT ma si è rivelato più semplice alimentare il sensore acceso e spento tramite un transistor. Quando l'ESP-07 si riattiva, il sensore viene acceso e poi spento una volta effettuata la lettura. Questo ha anche il vantaggio di eliminare la corrente di standby del VL53L1X. Quando si tratta di caricare un nuovo programma, un resistore da 5k deve essere tenuto tra la massa e GPIO0 mentre l'unità viene accesa per entrare in modalità flash. Dopo aver caricato il codice, accendi e spegni il dispositivo per funzionare normalmente.

Passaggio 3: alimentazione a batteria

Per alimentare questo progetto viene utilizzata una singola batteria al litio-cloruro di tionile (Li-SOCI2) di dimensioni AA. La ricerca su Internet dovrebbe trovare fornitori di questo tipo di batteria per un minimo di $ 2 ciascuno. Il grande vantaggio di queste batterie è la stabilità di 3,6 V per tutta la durata della batteria, ideale per alimentare il chip ESP8266 senza richiedere una regolazione extra di tensione. Un serbatoio di olio da riscaldamento dura molti mesi e quindi il livello dell'olio deve essere controllato solo poche volte al giorno al massimo. Le misurazioni su un monitor completo hanno fornito una corrente di sonno profondo di 22 uA. La forma d'onda della tensione attraverso un resistore da 0,5 Ohm nel circuito della batteria indica una corrente media di 75 mA per 6,9 secondi quando è sveglio. In un anno, il circuito utilizzerà 193 mAh in modalità di sospensione. Se le misurazioni del livello dell'olio vengono effettuate ogni 7 ore, vengono utilizzati 180 mAh ogni anno. Su questa base, una batteria da 2600 mAh durerà oltre 6 anni.

Passaggio 4: software

La libreria Pololu Arduino VL53L1X viene utilizzata per inizializzare il sensore di portata e accedere alle letture della distanza. Il codice per l'invio di dati a ThingSpeak deriva dall'esempio del sensore di umidità e un codice aggiuntivo guida il transistor che alimenta il sensore. L'ESP8266 può solo dormire profondamente per un massimo di 70 minuti e svegliarsi. Il modo per aggirare questo problema è consentire al chip di riattivarsi e rimetterlo immediatamente in modalità di sospensione, mantenendo un conteggio in memoria. Quando il monitor si connette alla rete WiFi, dovrai includere il tuo SSID WiFi e la password nel codice. Inoltre, se usi ThingSpeak, aggiungi il tuo codice API. Lo schizzo Arduino per il caricamento è allegato al file di testo. Dovrà essere copiato nel tuo IDE Arduino. Prima di far lampeggiare il codice, collegare GPIO0 a terra tramite un resistore da 5k prima dell'accensione. Il codice per collegare ESP-07 alla rete WiFI è ampiamente utilizzato in altri progetti. In questo caso, è stato necessario un tempo molto più lungo nel loop di connessione per verificare che sia stata effettuata una connessione. Generalmente vengono utilizzati circa 500 ms, ma in questa configurazione WiFi erano necessari 5000 ms, che vale la pena regolare in caso di problemi di connessione.

Passaggio 5: assemblaggio

I componenti per il monitor sono collegati in stile "nido d'uccello" attorno al modulo ESP-07, proteggendo tutto ciò che potrebbe andare in cortocircuito. Il modulo è facilmente danneggiato da troppo calore e quindi queste connessioni devono essere saldate una volta e rapidamente. Il monitor è assemblato in due fasi. Innanzitutto il sensore e l'ESP-07 sono collegati con un adattatore USB temporaneo per programmare l'ESP-07 utilizzando l'IDE di Arduino. L'utilizzo di un breve tempo di sospensione di 10 secondi mostrerà presto se il chip si sta connettendo alla rete WiFi e sta inviando le letture a ThingSpeak. Una volta che tutto funziona correttamente, il chip viene riprogrammato con i tempi di sospensione desiderati. Il LED rosso deve essere sollevato dal modulo per ridurre al minimo il consumo di corrente. Inoltre, se è collegata un'antenna esterna, è necessario rimuovere anche il collegamento dell'antenna in ceramica. Non utilizzare il chip senza un'antenna, l'energia friggerà il chip piuttosto che andare nello spazio. La seconda fase prevede la rimozione dell'adattatore USB e il montaggio dei componenti in una scatola. Il modulo VL53L1X è stato montato all'interno del tappo di sfiato del serbatoio utilizzando due nylon distanziare i distanziatori. Assicurati che il sensore abbia una visione chiara della superficie dell'olio, senza foglie, ragnatele o ragni di intralcio. Inoltre, tenere il cavo di collegamento ben lontano dal sensore per evitare riflessioni spurie.

Passaggio 6: installazione

Il tappo di sfiato viene riposizionato sul serbatoio dell'olio assicurandosi che sia a livello e che non vi siano ostruzioni dal sensore alla superficie dell'olio. Il monitor è montato accanto allo sfiato, sono stati utilizzati piccoli magneti per mantenere la scatola in posizione. Questo non funzionerà con i serbatoi di plastica! Ora siediti e controlla il livello dell'olio comodamente da casa tua.

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