Wasserstand im Brunnen messen

Für welche Projekte verwendet Ihr OpenHAB? Was habt Ihr automatisiert? Stellt eure Projekte hier vor.

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Bubbleman
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Wasserstand im Brunnen messen

Beitrag von Bubbleman »

Hallo zusammen

Ich wollte schon immer mal den Wasserstand in unserem Ringbrunnen im Garten messen. Bislang habe ich das mit einem langen Kunststoffrohr gemacht, aber es geht ja auch SMART ;)
Zunächst habe ich mich im Netz umgeguckt was man machen könnte. Den Bedarf an solchen Messungen scheint es durchaus zu geben, ob Brunnen, Zisternen oder Regenwassertanks. Die Ansätze sind unterschiedlich. Die Meisten setzten auf Arduinos oder ihre Verwandtschaft. Einige setze auf Ultraschall, was häufig zu Problemen mit Reflexionen an den Wänden führt. Andere verwenden elektrische Kontakte für High und Low, sehr grobe Messung ;)

Ich habe ein etwas anderes Konzept...
Da ich auch schon immer mal Lust hatte was mit einem Arduino zu machen, habe ich nach etwas Recherche drei Wemos Mini D1 bestellt. Auch wenn ich erstmal nur einen brauche :)
Mein Konzept ist folgendes und der Testaufbau funktioniert auch schon.
Auf dem Wasserspiegel im Brunnen befindet sich ein Schwimmer.
Vom Schwimmer führt eine Schnur nach oben, dort über eine kugelgelagerte Umlenkrolle (Umfang exakt 20cm, 3D Druck) und wieder runter. Am anderen Ende der Schnur ist ein Gegengewicht. So steht die Schnur immer unter Spannung. Mit steigendem oder fallendem Wasserstand bewegt sich der Schwimmer rauf/runter und bewegt über die Schnur die Umlenkrolle.
An der Achse der Umlenkrolle ist ein Drehwinkelgeber befestigt. Dessen Bewegungen werden vom Wemos ausgelesen, verarbeitet und per WLAN und MQTT an den Broker und somit an OH übermittelt. Übermittelt wird eine Zahl, also der Wasserstand.
Der Drehwinkelgeber hat 20 Rastungen pro Umdrehung. Also entspricht eine Rastung 1cm Wasserstand, bzw. eine Umdrehung 20cm Wasserstand, da die Umlenkrolle einen Umfang von 20 cm hat.
Obwohl ich mich erst zwei Feierabende mit dem Wemos befassen konnte, habe ich schon einen funktionierenden Testaufbau bis hin zur Anzeige in OH3.
Da das Wetter derzeit nicht so für die Außenarbeiten am Brunnen geeignet ist, wird es sicher noch etwas dauern bis es im Echtbetrieb ist. Die Zeit werde ich aber nutzen um die Software auf dem Wemos weiter zu verfeinern, ich lerne ja schließlich erst, und die Mechanik zu bauen.
Wahrscheinlich werde ich die ungenutzten Ressourcen und Pins am Wemos noch für diverse Wettermessungen nutzen.

Fragen gerne hier rein :)
Ich werde später sicher noch Bilder und Code hier posten.

ToDo:
Umlenkrolle drucken
Halterung für Rolle und Drehgeber bauen

OH3: Widget optimieren, derzeit Slider Card

Arduinocode erweitern:
  • MQTT zum Setzen des derzeitigen Wasserstandes
  • Availability Topic
  • Weitere Sensoren, Temperatur, Luftfeuchte, Luftdruck
  • ggf. noch Steuerung der Gartenbeleuchtung
  • usw.
Soviel für heute.

Gruß
Thomas
OH 3.1, Raspberry 4B, 4GB RAM, 256 GB Solid State Drive via SATA <-> USB Adapter, ConBee II ZigBee Stick

violine21
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Re: Wasserstand im Brunnen messen

Beitrag von violine21 »

Bubbleman hat geschrieben: 4. Feb 2021 21:31 Auf dem Wasserspiegel im Brunnen befindet sich ein Schwimmer.
Vom Schwimmer führt eine Schnur nach oben, dort über eine kugelgelagerte Umlenkrolle (Umfang exakt 20cm, 3D Druck) und wieder runter. Am anderen Ende der Schnur ist ein Gegengewicht. So steht die Schnur immer unter Spannung. Mit steigendem oder fallendem Wasserstand bewegt sich der Schwimmer rauf/runter und bewegt über die Schnur die Umlenkrolle.
An der Achse der Umlenkrolle ist ein Drehwinkelgeber befestigt. Dessen Bewegungen werden vom Wemos ausgelesen, verarbeitet und per WLAN und MQTT an den Broker und somit an OH übermittelt. Übermittelt wird eine Zahl, also der Wasserstand.
Der Drehwinkelgeber hat 20 Rastungen pro Umdrehung. Also entspricht eine Rastung 1cm Wasserstand, bzw. eine Umdrehung 20cm Wasserstand, da die Umlenkrolle einen Umfang von 20 cm hat.
Ich habe das genau so einige Monate in Betrieb.
Allerdings habe ich ein Mehrgangpotentiometer verwendet und daran ein Kunststoffzahnrad befestigt. An Stelle der Schnur habe ich eine Kette aus dem Modellbau, die genau in das Zahnprofil des Zahnrads passt. Ich hatte mit einer Schnur Schlupf. Das ganze Konstrukt war sehr bewegungsanfällig und ich musste häufig neu kalibrieren.
Das Zahnrad ist genau auf die Bewegung des Schwimmers und die Anzahl der Potiumdrehungen abgestimmt. Dadurch ergibt sich ein exakter Widerstand proportional zum Wasserstand.
Es läuft jetzt bereits das 2. Jahr ohne Beanstandungen.

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sihui
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Re: Wasserstand im Brunnen messen

Beitrag von sihui »

... oder man nimmt einen wasserdichten Ultraschallsensor und misst die Entfernung zur Wasseroberfläche:

https://www.amazon.de/wasserdichtes-Ult ... B07N5GHZVX

Diese Sensoren kann man z.B. an einem ESP8266 anschließen und per MQTT an openHAB übertragen. Vorteil: keine mechanischen Teile.
openHAB3 mit Zwave, Alexa, ESPEasy, MQTT, Logitech Harmony, Philips HUE und ZigBee Hardware auf Proxmox VE.

Bubbleman
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Re: Wasserstand im Brunnen messen

Beitrag von Bubbleman »

sihui hat geschrieben: 6. Feb 2021 12:39 ... oder man nimmt einen wasserdichten Ultraschallsensor und misst die Entfernung zur Wasseroberfläche:

https://www.amazon.de/wasserdichtes-Ult ... B07N5GHZVX

Diese Sensoren kann man z.B. an einem ESP8266 anschließen und per MQTT an openHAB übertragen. Vorteil: keine mechanischen Teile.
Hatte ich auch erwogen. Allerdings habe ich häufig gelesen, dass Reflexionen von den Brunnewänden zu Messproblemen geführt haben.

@violine21
Da ich meine Umlenkrolle selbst kreieren/drucken kann, hoffe ich, dass es keinen Schlupf geben wird. Die Schnur läuft in einer schmalen Kerbe der Rolle. Außerdem wird es sehr leichtgängig sein, da es kugelgelagert ist.
Von einem Potentiometer habe ich abgesehen, da mir die unendliche Drehmöglichkeit des Encoders flexibler erschien. Man muss nicht zwischen Drehmöglichkeit des Potis und der Varianz der Wassersäule kalibrieren. Außerdem hatte ich die Befürchtung, dass ein Potentiometer schlechter mit dem feuchten Ambiente zurechtkommt.
Die Signalverarbeitung des Drehgebers läuft wirklich absolut zuverlässig, kein Prellen o.ä.
Dennoch würde es mich interessieren welche Kette und welches Zahnrad du verwendet hast, falls ich doch ausweichen müsste. Außerdem kann das potentiellen Nachbauern helfen.

Gruß
Thomas
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violine21
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Re: Wasserstand im Brunnen messen

Beitrag von violine21 »

Bubbleman hat geschrieben: 6. Feb 2021 13:18 Dennoch würde es mich interessieren welche Kette und welches Zahnrad du verwendet hast, falls ich doch ausweichen müsste. Außerdem kann das potentiellen Nachbauern helfen.
Beides habe ich bei Conrad aus dem Modellbaukatalog gekauft, dazu noch ein 10 kOhm Poti (10 Umdrehungen).
Das Zahnrad ist nur auf die Potiwelle "aufgepresst".
Die Fotos sind vom Test in einem Wasserfass. Der Durchmesser des Zahnrads ist auf die Wassertiefe angepasst und das das Poti
fast den gesamten Drehbereich nutzt.
Wasserstand_1.jpg
Wasserstand_2.jpg
Wenn es nicht so perfekt funktionieren würde, hätte ich sicher längst auf die Ultraschallvariante umgebaut.
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sihui
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Re: Wasserstand im Brunnen messen

Beitrag von sihui »

Bubbleman hat geschrieben: 6. Feb 2021 13:18 Allerdings habe ich häufig gelesen, dass Reflexionen von den Brunnewänden zu Messproblemen geführt haben.
Nein, das ist kein Problem. Ich habe mir mit dem 3D Drucker einen Abstandshalter gedruckt, der Sensor sitzt somit ca. 15 cm von der Wand entfernt, funktioniert ohne reflektionsbedingte Fehlmessungen.
violine21 hat geschrieben: 6. Feb 2021 14:17 Beides habe ich bei Conrad aus dem Modellbaukatalog gekauft, dazu noch ein 10 kOhm Poti (10 Umdrehungen).
Sehr schön gemacht.
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