Bauen Sie einen Wasserstandssensor mit einem Ultraschallsensor und einem Heimassistenten

Obwohl es mehrere Wasserstandsanzeiger und Geräte gibt, um den Füllstand in einem Überkopf-Wassertank zu überwachen, haben diese Geräte oft einen hohen Preis und eine eingeschränkte Funktionalität. Außerdem benötigen sie zum Betrieb Tauchelektroden oder einen Schalter ins Wasser; Dies kann das Wasser verunreinigen und mit der Zeit korrodieren.

Aber was wäre, wenn Sie einen drahtlosen und kontaktlosen Wasserstandssensor auf Wi-Fi-Basis bauen könnten, der das verbleibende Wasser in Ihrem Tank direkt auf Ihr Smartphone meldet? In dieser DIY-Anleitung werden wir mithilfe eines NodeMCU-Boards und eines Ultraschalls einen solchen Wasserstandsanzeiger bauen Sensor, der oben auf der Wassertankabdeckung sitzt und die Daten über Home an Ihr Smartphone meldet Assistent.

Wie funktioniert es?

Ein Ultraschall-Wasserstandssensor sendet Schallwellen mit einer bestimmten Frequenz (auch als Ultraschallwellen bekannt) und empfängt die vom Zielobjekt reflektierte Welle. Der Sensor berechnet und meldet den Abstand zwischen dem Sensor und dem Objekt basierend auf der Zeit, die die Schall- oder Ultraschallwelle für die Ausbreitung und Reflexion benötigt.

Der Ultraschallsensor meldet den Abstandswert standardmäßig in Zentimetern (cm). Zusammen mit der Tanktiefe kann dieser vom Ultraschallsensor gemeldete Wert verwendet werden, um die zu finden verbleibendes Wasser im Tank durch Berechnung des Abstands zwischen dem Wasserstand des Tanks und dem Ultraschallgerät Sensor.

Dinge, die du brauchen wirst

Um diesen intelligenten Wasserstandssensor zu bauen, benötigen Sie Folgendes:

• Eine ESP8266-basierte MCU wie NodeMCU, D1 Mini, ESP01 usw.
• Ein SR04 Ultraschallsensor
• Überbrückungsdrähte

Für dieses Projekt wird empfohlen, einen wasserdichten Ultraschallsensor JSN-SR04 zu verwenden, um Sensorschäden durch Feuchtigkeit zu vermeiden.

Schritte zum Bau eines intelligenten Wasserstandssensors

Sie können die folgenden Schritte ausführen, um einen intelligenten Wi-Fi-basierten kontaktlosen Ultraschall-Wasserstandssensor zu bauen um den Wasserverbrauch zu überwachen und sich das Treppensteigen oder den Wassertank zu ersparen, um ihn zu überprüfen manuell. Sie können diesen Sensor auch verwenden, um den Füllstand eines Salztanks zu überwachen.

Schritt 1: Home Assistant installieren und einrichten

Home Assistant (HA) wird bevorzugt, ist aber nicht erforderlich, um einen intelligenten Wi-Fi-basierten Wasserstandssensor oder -regler zu bauen. Wenn Sie jedoch Benachrichtigungen erhalten, den täglichen/wöchentlichen/monatlichen Verbrauch verfolgen oder eine Automatisierung basierend auf dem Tankfüllstand hinzufügen möchten, müssen Sie Home Assistant einrichten.

Sie können unserem vorherigen Leitfaden folgen Installieren Sie den Home Assistant auf dem Raspberry Pi oder ein alter Laptop. Wenn Sie Home Assistant nicht installieren oder einrichten möchten, können Sie die Tasmota-Firmware flashen und damit den Wasserstand überprüfen. Obwohl es nicht so intuitiv ist wie Home Assistant, erledigt es die Arbeit und meldet den Rohwert über eine Webseite.

Schritt 2: Tanktiefe messen

Sie müssen die Tanktiefe messen. Dazu können Sie die Höhe des Tanks von außen oder innen mit einem Maßband messen.

Messen Sie nach der Messung den Abstand zwischen der Tankabdeckung, an der der Ultraschallsensor installiert wird, und dem Rand des Wassertanks. Dies ist die Entfernung, die Sie von der Gesamttiefe abziehen müssen.

Wenn beispielsweise die Tankhöhe 120 cm beträgt und der Abstand zwischen dem Sensor auf der Abdeckung und dem Rand des Wassers 10 cm beträgt, dann ist dies die Tiefe 120 - 10 = 110cm.

Schritt 2: Kompilieren Sie die Firmware

Öffnen Sie zum Kompilieren der Firmware den Home Assistant und installieren Sie die ESPHome Add-On, falls noch nicht geschehen. Folgen Sie dann diesen Schritten:

1. Drücke den +Neues Gerät Taste und dann klicken Fortsetzen.
2. Geben Sie den Namen für die Firmware-Datei ein, z Wasserstandssensor, und klicken Nächste.
3. Wählen Sie die MCU aus, die Sie haben, z. B. NodeMCU, ESP32 oder D1 Mini, und klicken Sie darauf Nächste. Dann klick Überspringen.

Finden Sie jetzt die Wasserstandssensor projizieren und klicken Bearbeiten. Dies öffnet die Wasserstandsensor.yamlDatei. In der Datei kopieren und einfügen diesen YAML-Code. Bearbeiten Sie im Code Folgendes:

• Geben Sie Ihre WLAN-SSID und Ihr Passwort ein.
• Bearbeiten Sie die Werte in den Formeln unten Filter mit dem Abstand zwischen Sensor und Wasserrand und der vollen Tankhöhe.
• Klicken Speichern.
• Verbinden Sie Ihre NodeMCU, ESP32 oder D1 mini mit einem Micro-USB-Kabel mit Ihrem PC und klicken Sie dann Installieren.
• Wählen Sie das Schließen Sie es an diesen Computer an Möglichkeit. Dadurch wird mit dem Kompilieren des YAML-Codes begonnen und eine Firmware-Datei (waterlevelsensor.bin) generiert. Dies kann eine Weile dauern.
• Nachdem die Firmware kompiliert wurde, klicken Sie auf Projekt herunterladen um die herunterzuladen Wasserstandssensor.bin Datei.

Schritt 3: Flashen Sie die Firmware auf NodeMCU

Um die Firmware waterlevelsensor.bin zu flashen, können Sie die herunterladen ESPHome-Flasher Tool oder verwenden Sie das ESPHome-Web. Die Schritte sind wie folgt:

Klicken Sie nach dem Herunterladen der Firmware auf Öffnen Sie ESPHome Web.

Klicken Anschließen und wählen Sie dann den seriellen USB-COM-Port aus, an dem Ihr NodeMCU, D1 Mini oder ESP32 angeschlossen ist.

Klicken Installieren. Klicken Datei wählen, durchsuchen Sie die Wasserstandssensor.bin Firmware-Datei und klicken Sie auf Installieren. Sobald die Firmware geflasht ist, trennen Sie das USB-Kabel.

Schritt 4: Ultraschallsensor mit NodeMCU verbinden

Beziehen Sie sich auf das Diagramm unten, um den SR04-Ultraschallsensor mit der MCU-Platine zu verbinden.

NodeMCU/ESP32/D1 Mini	SR04 Ultraschallsensor
3V3	Vcc
D5	Trig
D6	Echo
Masse	Masse

Wenn Sie das wasserdichte Ultraschallmodul JSN SR04 M-2 verwenden, verbinden Sie die Pins wie in der Abbildung gezeigt.

NodeMCU/ESP32/D1 Mini	JSN-SR04 Ultraschallsensor
Vin	5V
D5	Trig
D6	Echo
Masse	Masse

Sobald der Ultraschallsensor mit der MCU verbunden ist, schließen Sie das USB-Kabel wieder an. Das Gerät verbindet sich automatisch mit dem Wi-Fi-Netzwerk basierend auf den Details, die Sie in den Code eingegeben haben, und wird als angezeigt Online in dem ESPHome-Dashboard.

Klicken Protokolle unter dem Wasserstandssensor. Dadurch werden die vom Sensor empfangenen Protokolle und Daten angezeigt.

Wenn die Protokolle die im Screenshot gezeigten Informationen anzeigen, können Sie fortfahren und den Sensor in Home Assistant konfigurieren.

Wenn „Zeitüberschreitung bei Entfernungsmessung“ angezeigt wird, gehen Sie wie folgt vor:

• Überprüfen Sie, ob Sie die Stifte des Ultraschallsensors korrekt mit der MCU verbunden haben.
• Das JSN SR04 M-2-Modul kann 20-400 cm messen. Halten Sie das Objekt also mindestens 20 cm entfernt. Sie müssen auch entsprechende Änderungen im Code vornehmen.
• Der von uns verwendete Ultraschallsensor kann Entfernungen über 400 cm möglicherweise nicht messen. Wenn Ihr Tank tiefer als 400 cm ist (ungewöhnlich), funktioniert dies möglicherweise nicht für Sie.

Schritt 5: Smart Water Level Sensor zu Home Assistant hinzufügen

Gehen Sie folgendermaßen vor, um den Ultraschall-Wasserstandssensor zur Überwachung zu Home Assistant hinzuzufügen:

1. Navigieren Sie im Home Assistant zu Konfiguration > Geräte und Dienste.
2. Die Wasserstandssensor sollten automatisch erkannt und aufgelistet werden. Wenn nicht, klicken Sie Integration hinzufügen.
3. Suchen und auswählen ESPHome.
4. Geben Sie die IP-Adresse des ein Wasserstandssensor. Sie können dies aus den Protokollen oder Ihrem WLAN-Router entnehmen. Klicken Sie nach Eingabe der IP-Adresse auf einreichen.
5. Wählen Sie einen Bereich aus und klicken Sie Ziel.
6. CDer Sensor wird unter ESPHome aufgeführt. Klicken Wasserstandssensor und wählen Sie die Entität aus.
7. Klicken Zu Lovelace hinzufügen.
8. Wählen Sie einen Raum aus und klicken Sie Nächste.
9. Dadurch wird die hinzugefügt Wasserstandssensor zum Armaturenbrett.

Sie können die Standardkarte weiter anpassen, indem Sie im Code-Editor Folgendes hinzufügen:

Typ: Messgerät
Name: Wasserstandssensor
Einheit: '%'
Entität: sensor.waterlevelsensor
 grün: 0
 gelb: 45
 rot: 85

Schritt 6: Installieren Sie den Sensor an Ihrer Wassertankabdeckung

Sie können den Sensor jetzt in Ihren Wassertank einbauen. Für das Projekt haben wir den SR04-Sensor verwendet, der nicht wasserdicht ist. Um es wasserdicht zu machen, haben wir ein transparentes Gehäuse und ausreichend Nagellack verwendet, um die elektrischen Komponenten auf der Platine zu isolieren.

Wir bohrten zwei winzige Löcher und benutzten einen Metalldraht, um das SR04-Modul an der Abdeckung zu befestigen. Ein weiteres größeres Loch wurde für die mit dem Ultraschallsensor verbundenen Drähte gemacht. Wir haben ein langes 4-adriges Kabel verwendet, um den Ultraschallsensor mit der NodeMCU zu verbinden, da sich der Tank auf dem Dach befindet und die Temperatur hier auf 40-45 °C steigen kann.

Sie können beide in einem Gehäuse aufbewahren und die NodeMCU mit Strom versorgen. Achten Sie außerdem auf eine gute WLAN-Signalstärke, wenn Sie die NodeMCU oder den Sensor installieren. Lesen Sie unseren Leitfaden weiter wie Sie Ihr Wi-Fi-Signal verstärken, um die Wi-Fi-Reichweite zu erweitern.

Steuern Sie die Wasserpumpe, um den Tank voll zu halten

Durch die Integration des intelligenten Wasserstandssensors mit Home Assistant können Sie eine Automatisierung hinzufügen, um Benachrichtigungen auf Ihrem Smartphone oder über Alexa/Google Assistant zu erhalten, wenn der Tankstand niedrig oder voll ist. Ebenso können Sie eine Automatisierung hinzufügen, um die Wasserpumpe einzuschalten, um den Tank zu füllen, wenn sie zur Neige geht, und sie automatisch auszuschalten, sobald der Tankfüllstand einen bestimmten Stand erreicht, z. B. 90-100 %.

Darüber hinaus können Sie Ihrem intelligenten Wasserstandssensor eine wasserdichte Temperatursensorsonde wie DS18B20 hinzufügen, um die Wassertemperatur des Tanks zu überprüfen und zu überwachen.

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