Monitor de nivel de sal del ablandador de agua: 7 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Los ablandadores de agua funcionan mediante un proceso llamado intercambio iónico en el que los iones de calcio y magnesio del agua dura se intercambian con cloruro de sodio (sal) a través de una resina especial. El agua entra en un recipiente a presión donde se mueve a través de las perlas de resina, y el calcio y el magnesio son reemplazados por sodio. Las perlas de resina eventualmente se agotarán y no podrán recoger más minerales duros. El proceso de recarga o regeneración pasa una solución de agua salada a través de las perlas de resina que desprende los minerales de dureza y los arroja inofensivamente al desagüe. Las perlas de resina se dejan refrescadas y listas para hacer agua más blanda.

Los ablandadores de agua de intercambio iónico vienen en muchas formas y tamaños, pero todos tienen una cosa en común, un tanque de salmuera que debe llenarse con sal cada pocas semanas para garantizar un suministro regular de agua blanda. Los descalcificadores de agua no son exactamente equipos atractivos y, por lo tanto, están desterrados a algún lugar inaccesible, lo que significa que se requiere una visita especial para verificar el nivel de sal. La mayoría de las veces, la señal para agregar más sal proviene de los miembros de la familia quejándose por el agua dura. Se requiere un sensor de nivel de sal de ajuste y olvido que pueda enviar un recordatorio cuando la sal sea baja en el ablandador. En este Instructable, se usa un sensor de rango para medir el nivel de sal en el ablandador de agua cada pocas horas y el resultado se publica en ThingSpeak. Cuando el nivel de sal sea bajo, ThingSpeak enviará un correo electrónico recordatorio para llenar el tanque de sal con sal. Todos los componentes para este proyecto están disponibles en eBay, como de costumbre, las partes más baratas provienen de Asia. Incluso teniendo que comprar todos los componentes, el costo total será de aproximadamente US $ 10. Se necesitan una multitud de habilidades como soldar o usar el IDE de Arduino para hacer este proyecto. Todas estas técnicas están cubiertas en otros Instructables y no se repiten aquí.

Suministros

Soporte de batería AA Módulo de rango VL53L0X BAT43 Diodo Shottky Condensador de 100 nF 2 resistencias de 5k 2 resistencias de 470 Ohm Módulo adaptador de serie FT232RL Tamaño AA Batería de cloruro de tionilo de litio de tamaño AA Módulo de microcontrolador ESP-07 Artículos diversos, cable, caja, etc.

Paso 1: detector de nivel de sal

Se utiliza un VL53L0X para detectar la superficie de sal en el ablandador de agua. El sensor funciona enviando un pulso de luz y midiendo el tiempo que tarda en reflejarse. Los mejores resultados se obtienen al utilizar una superficie reflectante blanca en la oscuridad, exactamente lo que tenemos en el depósito de sal. El sensor en sí es muy pequeño y difícil de manejar. Como tal, se puede comprar como un módulo que contiene una interfaz I2C. Esto hace que sea mucho más fácil conectarse con otros microcontroladores como Arduino o Raspberry Pi. Como las ventanas del láser y del sensor son muy pequeñas, se usa una capa de film transparente para evitar que la suciedad bloquee el dispositivo. El módulo debe quedar plano en la parte superior del ablandador de agua, por lo que los cables o la soldadura no deben sobresalir del lado del sensor de el módulo. Esto se logró apoyando el módulo durante la soldadura, con el sensor hacia abajo, sobre una pieza de madera para evitar que la soldadura o el alambre formen protuberancias en el lado del sensor.

Paso 2: Programación del ESP-07

La intención era hacer que el monitor de nivel de sal funcionara con batería, por lo que se eligió una versión básica del módulo de chip ESP8266 para minimizar la corriente de espera y dar al menos un año de duración de la batería. A diferencia de algunas de las versiones más sofisticadas que incluyen reguladores de voltaje y una interfaz USB, se deben agregar algunos componentes adicionales al ESP-07 básico utilizado en este proyecto. Un adaptador en serie está conectado temporalmente para flashear el ESP-07 y el monitor el puerto serie durante la prueba. Tenga en cuenta que el adaptador en serie se quitará una vez que estemos felices de que todo funcione correctamente, no lo haga demasiado sólido. Por alguna razón, las líneas SDA y SCL necesitaban intercambiarse para que el sensor funcionara, intente esto si el rango está bloqueado a escala completa. ¿Quizás una peculiaridad de la fabricación china? Se utiliza una batería de cloruro de tionilo de litio para impulsar este proyecto. El tamaño AA de esta batería tiene un voltaje constante de 3.6V y 2600 mAh de capacidad, ideal para alimentar el ESP-07. Estas baterías se pueden encontrar en proveedores de baterías especializados, pero no en los puntos de venta habituales. ¡Supongo que no se atreven a dejar que el público en general se suelte con una batería del doble del voltaje normal!

Cuando el ESP-07 se enciende, los pines hacen cosas extrañas hasta que finaliza la rutina de inicio. Como medida de seguridad, se incluyen resistencias en las conexiones a las salidas del módulo para evitar corrientes dañinas. El boceto de Arduino para este proyecto se adjunta en el archivo de texto. Como de costumbre, deberá editarlo con sus propias credenciales de enrutador y una clave API de su cuenta de ThingSpeak. Además, se utiliza una dirección IP estática para acelerar el tiempo de conexión WiFi y ahorrar corriente. Esto puede implicar cambiar las direcciones IP para que coincidan con su red. Tenga en cuenta que se utilizan comas en la dirección IP y no un punto. Hay una gran cantidad de información en Internet sobre la actualización y el uso del ESP8266 si necesita más ayuda. En resumen, el flasheo procede de la siguiente manera:

Inicie el IDE de Arduino en la PC y asegúrese de que la placa ESP8266 esté instalada y seleccionada Es posible que deba instalar las bibliotecas para el sensor y WiFi Cargar en el boceto del monitor adjunto a continuación y modificar según sea necesario Verifique la compilación del boceto sin errores Conecte GPIO0 a tierra a través de una resistencia de 5k Ranura batería en el soporte Enchufe el adaptador USB Cargue el código comprobando que se conecta correctamente Retire la batería y luego retire la conexión GPIO0 Inicie el monitor en serie y reemplace la batería Debería recibir las impresiones en serie del boceto antes de que el módulo entre en suspensión

Reducir el tiempo del ciclo a unos 20 segundos facilitará la depuración. Además, dependiendo de su enrutador, es posible que sea necesario ajustar el tiempo de conexión para brindar un enlace confiable. Una vez que todo esté funcionando, se puede quitar el adaptador USB y se puede conectar el monitor para su reparación.

Paso 3: cableado final

Cuando pensamos que el monitor está configurado como nos gusta, el cableado se puede arreglar como en la imagen. El LED de encendido rojo debe quitarse ya que se trata de un consumo de energía durante el sueño profundo. Se puede quitar suavemente con un destornillador o desoldar. Si la señal WiFi es baja, el alcance se puede mejorar conectando una antena externa. En este caso, el enlace que une la antena de cerámica debe eliminarse como el LED. Siempre debe haber una antena externa conectada si el ESP-07 se opera sin el enlace de antena de cerámica.

Paso 4: instalación del sensor

El sensor debe montarse por encima del nivel de sal más alto en el tanque de sal. En esta instalación, la tapa del ablandador de agua resultó ser un lugar conveniente para colocar el sensor. Se perfora un pequeño orificio en la tapa para que el sensor pueda ver el nivel de sal. Como la mezcla de salmuera es muy corrosiva, se utiliza una capa de film transparente para cubrir el orificio y proteger el sensor. La batería y el ESP-07 también se pueden montar junto al sensor en la tapa. Siempre existe la opción de enchufar una antena externa si la intensidad de la señal WiFi resulta marginal. En esta instalación, el sensor, el ESP-07 y la batería fueron simplemente pegado a la parte superior de la tapa ya que el ablandador de agua estaba escondido en un armario. Se necesitaría un caso adecuado en situaciones más expuestas.

Paso 5: duración de la batería

Para estimar la duración de la batería, necesitamos medir la corriente en espera y la corriente cuando el monitor está activo. Esto resultó bastante difícil porque el ESP-07 puede bloquearse fácilmente al realizar cambios como alterar los rangos de los medidores. La solución final fue agregar una resistencia de 0.1 Ohm en el cable de alimentación y medir la corriente con un osciloscopio durante el período de activación. Cada medición duró 6,7 segundos con una corriente promedio de 77 mA. La corriente de reposo se midió colocando un diodo y una resistencia de 5k en paralelo en el cable de alimentación. El diodo transporta la corriente de estela pero la corriente de reserva baja es transportada por la resistencia. Esto dio una corriente de espera de 28,8 uA. El tiempo de reposo en el programa se establece en aproximadamente 1 hora entre mediciones. Durante un año, el monitor utilizará 250 mAh en espera y 1255 mAh despierto o 1505 mAh en total. La batería de 2600 mAh utilizada en este monitor debería durar fácilmente más de un año. La vida útil de la batería puede prolongarse aún más midiendo el nivel de sal con menos frecuencia. Desafortunadamente, el tiempo de reposo del ESP-07 no se puede prolongar fácilmente por más de aproximadamente una hora. Una forma de solucionar este problema es despertar el ESP-07 cada hora y luego volver a ponerlo en reposo inmediatamente. Existe la opción de no activar el módem y el gráfico muestra que esto reduce a la mitad la cantidad de energía utilizada. Al medir el nivel de sal solo 4 veces al día, podemos esperar una duración de la batería de aproximadamente 5 años. El código a continuación usa la memoria ESP8266 RTC para almacenar cuántas veces el módulo ha estado en sueño profundo. En este esquema, hay 6 períodos de sueño antes de realizar una medición, lo que da 7 horas entre lecturas. Por supuesto, esto se puede ajustar a su aplicación. Siempre coloque la batería firmemente en su lugar, una conexión interrumpida puede bloquear el ESP-07 y agotar la batería. La batería debería durar varios años antes de ser reemplazada con estos tiempos de reposo más prolongados. Nuevamente, es mejor probar el módulo con 10 segundos de inactividad, 7 horas es mucho tiempo de espera para verificar si está funcionando …

Paso 6: Tabla de niveles de sal

Los dos gráficos muestran el nivel de sal en el descalcificador de agua y la intensidad de la señal WiFi, una herramienta útil para la resolución de problemas. La regeneración de este descalcificador de agua se controla mediante un medidor y, al ser un modelo de tanque doble, los tanques pueden cambiar en cualquier momento del día. El gráfico del nivel de sal indica cuándo ocurrió la regeneración y el tiempo entre regeneraciones da una idea del uso del agua. Este monitor no solo muestra cuando se necesita más sal, sino que en un descalcificador con medidor, puede resaltar el uso excesivo de agua. El VL53L0X tiene un alcance de hasta aproximadamente 2 m, dependiendo de la superficie reflectante. Otras aplicaciones son posibles, como monitorear los niveles de los tanques de aceite o agua, donde la profundidad cambia lentamente con el tiempo.

Paso 7: recordatorio por correo electrónico

ThingSpeak puede enviar correos electrónicos recordatorios sobre niveles bajos de sal. Esto implica configurar dos aplicaciones desde el menú APPS, la primera es un análisis de MATLAB que redactará y enviará un correo electrónico si el nivel de sal supera un límite definido. La otra aplicación es un TimeControl donde puede decidir con qué frecuencia verificar el nivel de sal. Configurar la aplicación TimeControl es bastante intuitivo, en este caso, el nivel de sal se verifica diariamente mediante la ejecución del análisis MATLAB. Se enviará un correo electrónico molesto a diario una vez que el nivel de sal alcance el nivel bajo. El análisis de MATLAB utilizado en este Instructable se adjunta a continuación. Necesitará actualizarse con su propio ID de canal y ApiKey. Además, el nivel mínimo de sal para su tanque debe insertarse en la declaración "si". Con suerte, esto proporciona suficientes detalles para recibir correos electrónicos sin tener que profundizar en las complejidades de la codificación ThingSpeak.