Исходные коды проекта Измеритель уровня для микроконтроллеров Arduino, ESP8266, ESP32, библиотека NewPing, Ethernet2, Ethernet3, UIPEthernet: Репозиторий проекта Github

Попробуйте веб-интерфейс проекта уровнемера бесплатно на своем оборудовании - ON-LINE: HTTP - Arduino + Ethernet / ESP8266 / ESP32 HTTPS - ESP8266 / ESP32

Если вас интересуют исходные коды веб-приложения, свяжитесь с автором проекта на АНГЛИЙСКОМ языке по адресу: martinius96@gmail.com

Arduino Ethernet Wiznet W5100 / W5500 ESP8266 ESP32 Ультразвуковой HC-SR04 JSN-SR04T PHY Ethernet IoT WiFi OTA ULP

Аппаратное обеспечение - совместимые микроконтроллеры AVR / ESP

Arduino UNO

Arduino Nano

Микроконтроллер управления Arduino Mega 1280/25

Arduino Mega 1280/2560

Микроконтроллер управления NodeMCU v2 / v3 Lolin - ESP8266-12E / ESP8266-12F

NodeMCU (ESP8266)

Микроконтроллер управления Wemos D1 Mini - ESP8266-12E / ESP8266-12F

Wemos D1 / D1 Mini (ESP8266)

ESP32 DevKit

Модули технологии передачи - Ethernet

Ethernet экран Wiznet W5100

Ethernet модуль Wiznet W5500

Ethernet модуль LAN8720

Ethernet модуль ENC28J60

Совместимые ультразвуковые датчики расстояния

HC-SR04

HC-SR05

JSN-SR04T

HY-SRF05

Parallax PING)))™

DYP-ME007

Уровнемер - монитор уровня воды в колодце

Проект измерителя уровня (монитор уровня воды) состоит из центрального веб-интерфейса, который служит для сбора данных с узлов датчиков и их визуализации для пользователя. Текущие данные уровня воды представлены на панели управления вместе с преобразованием в объем скважины, исторические данные уровня воды также доступны пользователю в табличной или графической визуализации с линейными графиками. Веб-интерфейс отзывчивый, его можно адаптировать под любое разрешение экрана и устройства. Веб-интерфейс проекта использует серверную часть, написанную на PHP, которая может обрабатывать входящие данные из запроса с помощью метода HTTP POST. Бэкэнд корректирует измеренный уровень до фактического на основе известной глубины колодца, рассчитывает объем воды в колодце по этому параметру и диаметру колодца. Глубина и диаметр колодца вводятся в систему пользователем на основании размеров его колодца. Данные отправляются на веб-сервер микроконтроллером, поддерживаемым технологией (Ethernet / WiFi), который выполняет измерения каждые 300 секунд - i. 5 минут. Измерение уровня воды выполняется с помощью ультразвуковых датчиков - HC-SR04 или его водонепроницаемого варианта JSN-SR04T. Также можно использовать другие датчики с триггерными / эхо-сигналами серий RCW, US-XXX, IOE-SR0X, SR0X, HC-SR0X, HY-SRF0X, DYP-MEXXX, Parallax PING)))™.

Принцип измерения ультразвуковых датчиков заключается в отправке триггерного сигнала длительностью 10 мкс (микросекунд), который отражается от уровня воды и возвращается к приемнику - эхо. Метод Time-of-Flight используется для пересчета времени между отправкой и получением сигнала для определения расстояния уровня воды от датчика, который расположен в верхней части колодца. Формула пересчета учитывает скорость звука 343 м/с при температуре 20 °C. Важным параметром для обоих ультразвуковых датчиков является ширина луча, другими словами характеристика обнаружения. Датчик HC-SR04 имеет характеристику обнаружения 15°. Луч относительно узкий, и датчик также подходит для более узких колодцев и резервуаров, но он не является водонепроницаемым и имеет высокий риск коррозии (окисления) из-за наличия влаги в колодце. По этой причине рекомендуется разместить этот ультразвуковой датчик над колодцем. Водонепроницаемый датчик JSN-SR04T имеет характеристику обнаружения 60°, что значительно ограничивает его и предотвращает его использование в узких колодцах, поскольку луч расширяется с расстоянием и требует колодца диаметром несколько метров (диаметр 6 метров на глубине колодца). 4,5 метра). Ультразвуковые датчики полностью не требуют обслуживания. Датчик JSN-SR04T имеет электронную плату управления, которую нельзя подвергать воздействию влаги и воды. Стандартный экранированный кабель связи имеет длину 2,5 метра, возможно подключение дубликатов того же кабеля для удлинения линии. В случае квадратного колодца, диаметр вписанного круга вводится в среднее значение, которое образует опорное значение водяного цилиндра для расчета объема колодца. Погрешность общего объема скважины в этом случае будет на уровне ~ 12,5%. Максимально измеряемая высота уровня (уровень) датчиками составляет от 400 до 450 см (известна из таблицы данных).

Другие типы датчиков уровня воды, которые можно интегрировать (необходимо создать собственную прошивку):

Лазер (LiDAR)

Гидростатический

Электростатический (емкостной / индуктивный)

Давление (перепад / с компенсирующим датчиком атмосферного давления)

Оптический

Механический (плавающий)

Магнитный (Холл)

Микроволновая печь (радар)

УЗИ - другой тип выхода (UART, RS-232, токовая петля, Modbus TCP / RTU, M-bus, RS-485, PROFINET, CAN)

Примечание. Если уровень воды пересчитывается снизу на стороне микроконтроллера, вы должны установить глубину колодца на 0 см в веб-интерфейсе.

Видео демонстрация веб-интерфейса - измеритель уровня:

Ультразвуковые датчики подходят для:

Выкопанные колодцы

Септики и выгребные ямы

Ручьи и озера

Пластиковые резервуары для дождевой воды.

Прочность (измерение объемного наполнения)

Контейнеры (мониторинг отходов, наполнение сборных контейнеров)

Котлы (мониторинг древесины, пеллет, угля, щепы)

Шахты и подвалы (контроль отопления - уровень грунтовых вод)

Ультразвуковые датчики не подходят для:

Пробуренные скважины (по детектирующим характеристикам - широкий луч)

Трубы и трубки (из-за характеристик обнаружения - широкий луч)

К скважинам с притоком (турбулентная поверхность ослабляет ультразвук, измерение невозможно / поэтапно)

В местах с резким изменением температуры (температура влияет на время распространения звука, поэтому кажется, что даже стационарный уровень колеблется)

Вакуумные баки (измерение невозможно)

Plug n play firmware - Ultra Low Power / StandBy

Скомпилированная прошивка доступна для немедленной загрузки в микроконтроллер (не требует установки библиотеки).

Название прошивки	Функция прошивки	ESP8266	ESP32
Ultra Low Power	Прошивка для приложений ULP с низким потреблением тока (см. Схему подключения). Прошивка загружается автоматически с помощью прилагаемого инструмента ESPTOOL, который запускается со скриптом .bat (в скрипте необходимо изменить COM-порт вашей платы ESP). После загрузки прошивки и предположения, что ESP не хранит SSID и пароль из предыдущего проекта, запустится WiFiManager, который используется для настройки существующей сети Wi-Fi. ESP начнет транслировать открытую сеть Wi-Fi с SSID в режиме AP --> Hladinomer_AP. После подключения клиента (Windows / Android / iOS) Captive-портал запустится на 192.168.4.1 (клиент должен быть перенаправлен автоматически). WiFiManager позволяет выбрать сеть Wi-Fi в радиусе действия в веб-интерфейсе, установить пароль. После успешного подключения ESP к указанной сети Wi-Fi и назначения IPv4 из указанного диапазона Captive Portal будет отключен, ESP останется в режиме STA-Station. Впоследствии сенсорный узел начнет передавать данные в веб-интерфейс измеритель уровня . В следующий раз, когда вы запустите сенсорный узел, Captive Portal и WiFiManager больше не запустятся, поскольку конфигурация сети Wi-Fi постоянно сохраняется. После отправки данных микроконтроллер переходит в режим глубокого сна. Главный процессор Xtens выключен в спящем режиме. ESP8266 активируется с помощью таймера WAKE (требуется перемычка между GPIO16 и RST), ESP32 с помощью таймера RTC.	ESP8266 прошивка	ESP32 прошивка
StandBy	Прошивка для режима ожидания микроконтроллера, который отправляет через регулярные интервалы (5 мин) измерения уровня воды на веб-сервер и в то же время поддерживает соединение с точкой доступа в сети LAN. Прошивка загружается автоматически с помощью прилагаемого инструмента ESPTOOL, который запускается со скриптом .bat (в скрипте необходимо изменить COM-порт вашей платы ESP). После загрузки прошивки и предположения, что ESP не хранит SSID и пароль из предыдущего проекта, запустится WiFiManager, который используется для настройки существующей сети Wi-Fi. ESP начнет транслировать открытую сеть Wi-Fi с SSID в режиме AP --> Hladinomer_AP. После подключения клиента (Windows / Android / iOS) Captive-портал запустится на 192.168.4.1 (клиент должен быть перенаправлен автоматически). WiFiManager позволяет выбрать сеть Wi-Fi в радиусе действия в веб-интерфейсе, установить пароль. После успешного подключения ESP к указанной сети Wi-Fi и назначения IPv4 из указанного диапазона Captive Portal будет отключен, ESP останется в режиме STA-Station. Впоследствии сенсорный узел начнет передавать данные в веб-интерфейс измеритель уровня . При следующем запуске сенсорного узла Captive Portal и WiFiManager больше не запустятся, поскольку конфигурация сети Wi-Fi постоянно сохраняется.	ESP8266 прошивка	ESP32 прошивка

Принцип работы измерителя уровня - Блок-схема

Уровнемер для выгребной ямы, септика, колодца, принцип измерения - ультразвуковой датчик расстояния

Веб-интерфейс использует тригонометрию для оценки измеряемой максимальной глубины скважины при известном диаметре скважины (еще один параметр для расчета объема скважины). Веб-интерфейс позволяет пользователю рассчитать, для какой максимальной глубины скважины подходит каждый из датчиков, исходя из его характеристик. Проект настолько прост в использовании даже для неспециалистов, которые не знают, какой датчик больше подходит для применения в их колодце. Используемый микроконтроллер также играет важную роль в системе. Для проекта можно использовать платформу Arduino (Uno / Mega) в версии R3 с идентичной распиновкой, которая может быть подключена к шилду Ethernet, который обменивается данными через интерфейс ICSP. Также можно использовать модули Ethernet и подключать их напрямую к аппаратным выводам SPI микроконтроллера. Поддерживаются модули Ethernet от Wiznet W5100, W5500, USR-ES1. Модуль Ethernet ENC28J60 поддерживается MicroChip. Все модули Ethernet обеспечивают соединение HTTP с веб-сервером. Также поддерживаются микроконтроллеры WiFi от Espressif Systems - ESP8266 и ESP32. Микроконтроллеры имеют несколько режимов работы: StandBy, StandBy + OTA с возможностью удаленной загрузки прошивки через сеть LAN и режим глубокого сна для приложений ULP - Deep Sleep. В спящем режиме для ESP8266 необходимо добавить физическую перемычку между GPIO16 (WAKE) и RST - см. Схему подключения. Микроконтроллеры ESP также позволяют реализовать HTTPS-соединение (зашифрованное) с веб-сервером. Обе платформы ESP8266 и ESP32 используют корневой центр сертификации, который выдал сертификат (эмитент) для домена веб-сервера. Сертификат встроен в исходный код микроконтроллеров в формате .pem. Чтобы сертификат не занимал место в оперативной памяти микроконтроллера, он вставляется во флеш-память микроконтроллера - PROGMEM. Сертификат центра сертификации действителен от 10 до 20 лет, поэтому не требует частого продления сертификата. Данные о текущем уровне воды и объеме воды в колодце доступны в формате JSON из веб-интерфейса. Проект может интегрировать проект измерителя уровня через MQTT в домашнюю автоматизацию (Hassio, Domoticz, Loxone) для отображения уровня воды на его собственной панели инструментов, например Графана.

Программные реализации для Arduino, ESP8266, ESP32 (требуется установка библиотеки): Доступно здесь

Доступные библиотеки для микроконтроллеров (Arduino / ESP)

Архив библиотеки (.zip) развернуть до C:/Users/[User]/Documents/Arduino/libraries

Название библиотеки	Библиотечная функция	Скачать
NewPing	Библиотека для микроконтроллеров AVR (ATmega) Arduino Uno / Nano / Mega. Он позволяет проводить измерения с помощью ультразвуковых датчиков расстояния RCW, US-XXX, IOE-SR0X, SR0X, HC-SR0X, HY-SRF0X, DYP-MEXXX, Parallax PING)))™.	Скачать
NewPingESP8266	Библиотека для микроконтроллеров ESP8266 и ESP32. Он позволяет проводить измерения с помощью ультразвуковых датчиков расстояния RCW, US-XXX, IOE-SR0X, SR0X, HC-SR0X, HY-SRF0X, DYP-MEXXX, Parallax PING)))™.	Скачать
Ethernet2	Библиотека для микроконтроллеров AVR (ATmega) Arduino Uno / Nano / Mega. Он обеспечивает связь с модулем Ethernet от Wiznet W5200 до W5500 через интерфейс SPI.	Скачать
Ethernet3	Библиотека для микроконтроллеров AVR (ATmega) Arduino Uno / Nano / Mega. Он обеспечивает связь с Ethernet-модулем Wiznet W5500 V2 - USR-ES1 через интерфейс SPI.	Скачать
UIPEthernet	Библиотека для микроконтроллеров AVR (ATmega) Arduino Uno / Nano / Mega. Он обеспечивает связь с модулем Ethernet ENC28J60 от Microchip через интерфейс SPI.	Скачать

Скриншоты веб-приложения монитора уровня воды

Общий обзор измеренных данных в веб-интерфейсе проекта уровнемера

Исторический обзор измеренных данных с отметкой времени в табличной визуализации - Измеритель уровня

Тревожные представления максимального и минимального уровня воды в колодце

Графическая визуализация уровня воды за сутки, 7 дней, 30 дней, год - измеритель уровня

ESP32 - FreeRTOS - ESP-IDF - измерение ультразвуковым датчиком и передача данных на веб-сервер через HTTP, метод передачи POST

ESP32 - FreeRTOS - ESP-IDF - измерение ультразвуковым датчиком и передача данных на веб-сервер через HTTPS, метод передачи POST

Сенсорный узел ESP32 с модулем PHY Ethernet LAN7820 и ультразвуковым датчиком JSN-SR04T

Schéma (Wiring diagram)

Hladinomer - schéma zapojenia pre Arduino, ESP32, ESP8266 - ultrazvukový senzor vzdialenosti HC-SR04 / JSN-SR04T