Arduino.ru

Нашел бумажку с записью результатов измерений:

С показания 51 датчик перестал следить за снижением уровня воды в бочке.

Интересно, наступит ли когда-нибудь тот день, когда вы все уже прекратите пытаться сделать измерительный прибор из парктроника? Как и вообще разводить телеметрию в сраном баке для полива. Каждый месяц новый страдалец приходит с этой гениальной идеей.

Поставь сортирный клапан и не насилуй мосх.

Злые вы. И нетерпеливые. Немного терпения - все будет хорошо. Все поженятся. Проживут долго и счастливо. И умрут в один день.

А пока:

Вторая попытка, тоже безуспешная

 После некоторого раздумья я таки решил набраться мудрости у изготовителей датчика и изучить "this fucking manual". Ну а там естественным образом наткнулся на диаграмму направленности и понял, что шансов заглянуть в бочку этим датчиком в его девственном состоянии у меня нет:

Датчик вполне себе неплохо "видит" препятствия и на углах вплоть до 90. Стало быть, при первой попытке датчик (относительно) правильно определял расстояние до тех пор, пока стенки бочки особо не выделялись над поверхностью воды. А по мере вычерпывания сигнал, отраженный от стенок бочки, становился все более заметным и вносил все больший вклад в регистрируемое датчиком эхо. А с некоторого момента полностью забил собой отражение от воды (отодвигавшееся все больше и больше вправо по оси времени).

Вот такую модель построил мой "изнасилованный мосх" и выдал рекомендацию сузить каким-то образом "широкоугольное" зрение строптивого датчика. Первая мысль, пришедшая в голову - засунуть датчик в трубку небольшого диаметра и отсечь таким образом боковые части лепестка направленности.

Сказано - сделано. Датчик был помещен в отрезок канализационной трубы диаметром 40 мм и закреплен там примерно в 5 см от обреза. Нести полученную конструкцию на дачу "для проверки в полевых условиях" не пришлось. На всех направлениях и на любых расстояниях от препятствий Ардуина стабильно выводила в терминал одно и то же значение - пресловутые 18 см. Что для этого датчика является индикатором расположения ближе минимальной дистанции обнаружения. Труба оказалась не только канализационной но и громогласной - с удовольствием поглощала уходящую в стороны часть излучаемой энергии и сама становилась излучателем еще долго после окончания излучения.

"Насилие над мосхом" продолжилось, теперь в поисках борьбы с наведеным излучением трубы.

Ну то, что канализационная труба хорошо отражает ультразвук, вещь достаточно очевидная. Если уж было желание попытаться как-то избавиться от влияния боковых поверхностей, единственный вариант - труба из материала хорошо поглощающего ультразвук.

Притом, очень хорошо.

Порядок "коэффициента поглощения", исходя из положения бокового лепестка на 3 м и минимальной дальности 0.18 я бы оценил в (3.0/0.18)^2=280. Честно говоря, не готов сказать навскидку, существуют ли такие в природе.

Вот бы взять эту терпеливость, да к поливу грядок приложить, вместо забивания гвоздей отверткой.

У меня система водоснабжения несколько другая, но может сама идея и использованные компоненты помогут. 

На даче жены много лет назад сделана система подачи воды из колодца. Уровень воды в колодце весной выше уровня земли (родник вода холодная чистая, вытекает через трубу на уровне земли) Ближе к концу лета уровень воды падает до небольшой лужи на дне колодца, бывает высыхает совсем.  Когда воды мало откачивается очень быстро, и насос оголялся,  но и заполняется - быстро.

В колодце подвешен насос для чистой воды Gardena cо встроенной  автоматикой, датчики  кондукторного типа. Опустилась ниже среднего датчика - выключился, поднялось  выше верхнего - включилось.

Gardena качает воду в бочку 1.5 тонны. Наверху бочки стоит тоже трех-электродный датчик кондукторного типа от Овен. Датчик подключен к блоку автоматики тоже от Овен САУ-М2, который в зависимости от уровня в бочке включает Гардену  (поддерживает максимальный высокий уровень в бочке, естественно с небольшим гистерезисом, чтобы Гардену не мучить.  

Ну а дальше насосная станция, разводка по потребителям.

Работает все это уже очень давно, никаких проблем.  У Овена в принципе и измерители уровня есть, посмотрите, может найдете.

Я тоже измеритель уровня хотел в колодец, но ограничился этой автоматикой, все равно повлиять на уровень не могу.

Если напряжение на Гардену САУ-М2 дает и не снимает его за 1 час - сигнал, что нет воды в колодце, или бочка заполняется с пустой - весной.   

Ну, как говорится - бинго. Так что

Третья попытка - удачная

Я не стал искать трубу из супер-пупер поглощающего материала. У меня перед глазами пронеслись сонмы микрофонов на трибунах - все как один в поролоновых чехлах, призванных отсекать помехи от ветра. В памяти всплыла и теплоизоляция для труб, представляющая собой ту самую поролоновую трубу. Солидную такую, толстостенную, но при этом абсолютно нежесткую. Да еще и с разрезом вдоль. Но вот если эту изоляцию не надеть на трубу, а вставить вовнутрь, то... Сказано - сделано: во время следующего заезда в Мерлен я подобрал пару изоляция+труба такую, чтобы изоляция с натягом входила вовнутрь. Получилось труба пятидесятка (дватцатисантиметровый отрезок) и изоляция 28/13 (внутренний диаметр 28 мм, толщина стенки 13). Приехал домой, забил изоляцию в трубу - последние сантиметры давались со значительным трудом. Вставил датчик. Получилась вот такая конструкция:

Помня облом, случившийся при второй попытке, я проверил получившуюся конструкцию, не отходя от десктопа - в терминал выводились числа, примерно соответствующие расстоянию до того препятствия, на который я направлял датчик. Можно было выходить в поле...

Дальше - рутинные действия:

Закрепляю датчик над бочкой, заполненной до перелива. Подключаю его к ардуинке, снабженной bluetooth-модулем и соответствующим скетчем. Устанавливаю связь со смартфоном, на котором крутится приложение MoDyz, позволяющего использовать смартфон в качестве дисплея для ардуинки, и начинаю записывать в табличку показания с датчика и текущее расстояние от среза трубы до водной поверхности, понемногу вычерпывая воду:

Все. Уперлись в дно. Во всем диапазоне измерений разница составляла 2-3 см, что соответствовало расстоянию от датчика до среза трубы плюс погрешность измерения рулеткой. Погрешность не более +/- 1 см, что для стандартной 200-литровой бочки составляет 4-5 л. Точность более чем достаточная для проектируемой мной системы водосбора и -распределения.

Можно двигаться дальше.

В процессе принуждения дальномера к корректному измерению уровня воды в бочке скетч обрастал дополнительными функциями и разросся до размера в полторы сотни строк. В нем появился блок функций для работы с двумя последовательными портами: аппаратный используется для отладки (ввод/вывод через терминал Arduino IDE), а программный (SoftwareSerial) - для подключения Bluetooth-модуля и общения через него со смартфоном.

    /* скетч для проверки работы ультразвукового дальномера AJ-SR04M
     * с выводом информации на дисплей Android-устройства
     */
// библиотека для обеспечения работы с Bluetooth-модулем, обеспечивающим связь с дисплеем Android-устройства
#include <SoftwareSerial.h>

// библиотека, автоматизирующая процесс создания управляющих строковых последовательностей
#include <mdwriter.h>
#include <mdsender_bt.h>

// номера пинов, используемых модулем AJ-SR04M
#define TRIG_PIN 3
#define ECHO_PIN 4

SoftwareSerial mySerial(7, 6); // RX, TX
MD_Sender_BT mdScout;

String cmdBuffer,sResponse;
short sceneNum,idx;
int distance, distances[10];
unsigned long nextMillis;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("+--------== avr_MD_AJ-SR04M ==--------+");
  Serial.println("|       testing AJ-SR04M module       |");
  Serial.print  ("| Trigger pin: "); Serial.println(TRIG_PIN);
  Serial.print  ("|    Echo pin: "); Serial.println(ECHO_PIN);
  Serial.println("+-------------------------------------+");
  pinMode(TRIG_PIN, OUTPUT);
  pinMode(ECHO_PIN, INPUT);
  mySerial.begin(9600); // инициализация и настройка скорости програмного последовательного порта
  sResponse = "";
  cmdBuffer = "";
  sceneNum = 0; // вывод результатов измерений на смартфон отключен
  nextMillis = millis();
  // инициируем массив считанных данных
  for(int i=0;i<10;i++) distances[i]=i;
}

void loop() {
  if((long)(nextMillis-millis())<=0) {  // чтение и вывод показаний дальномера каждую секунду
    nextMillis = nextMillis + 1000;
    getDistance();
  }
  readSerialData();
}

void getDistance() {
  int duration;
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(TRIG_PIN, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(TRIG_PIN, LOW);
  duration = pulseIn(ECHO_PIN, HIGH);
  distance = duration / 58;
  idx--; if(idx<0) idx=9;

  distances[idx] = distance;
  Serial.print(distance);
  Serial.print(" cm  - ");
  Serial.println(cmdBuffer);
  if(sceneNum==1) drawScene();
}

void addCmdString(String sCmd) {
  sResponse += sCmd;
  if(sResponse.length()>100) sendString(sResponse);
}

void drawScene() {
  String sDistance;
  char dist[8];
  int i, y, y0=170;
  boolean b;
  if(sceneNum==1) { // сцена уже отрисована, делаем только вывод текущего показания дальномера
    sDistance = String(distance)+" см";
    addCmdString(mdScout.setTextSize(30));
    addCmdString(mdScout.setTextColors(C_BLUE,C_LTGRAY));
    addCmdString(mdScout.fillRectangle(70,y0-30,390,y0+105,C_LTGRAY));
    addCmdString(mdScout.fillRectangle(400,y0-30,530,y0+300,C_LTGRAY));
    addCmdString(mdScout.outTextR(370,y0+10,"Расстояние:"));
    addCmdString(mdScout.setTextSize(50));
    addCmdString(mdScout.outTextR(370,y0+85,sDistance));
    addCmdString(mdScout.setTextSize(20));
    y=y0; b=false;
    addCmdString(mdScout.setTextColors(C_YELLOW,C_RED));
    for(i=idx;i<10;i++) {
      addCmdString(mdScout.outTextR(520,y,String(distances[i])));
      y=y+30;
      if(!b) {addCmdString(mdScout.setTextColors(C_BLUE,C_LTGRAY)); b=true;}
    }
    for(i=0;i<idx;i++) {
      addCmdString(mdScout.outTextR(520,y,String(distances[i])));
      y=y+30;
    }
  }
  else { // первый вызов функции - рисуем статические элементы сцены и включаем вывод результатов измерений на смартфон
    sceneNum = 1;
    sResponse = "";
    addCmdString(mdScout.setDisplayColors(C_BLACK,C_LTGRAY));
    addCmdString(mdScout.setTextSize(30));
    addCmdString(mdScout.setTextColors(C_RED,C_LTGRAY));
    addCmdString(mdScout.outTextC(270,75,"Тестирование"));
    addCmdString(mdScout.outTextC(270,120,"модуля AJ-SR04M"));
  }
  sendString(sResponse);
}

void showHelp() {
  Serial.println("Help information");
  Serial.println("drw    drawing scene on Android-display");
  Serial.println("drwend end of drawing scene on Android-display");
}

void readSerialData() {
  char c;
  if (mySerial.available()) {
    c = (char)mySerial.read();
    Serial.write(c);
    if (c==0x0A || c==0x0D) interpreteCommand();
    else cmdBuffer=cmdBuffer+c;
  }
  if (Serial.available()) {
    c = (char)Serial.read();
    if (c==0x0A || c==0x0D) interpreteCommand();
    else cmdBuffer=cmdBuffer+c;
  }
} // of readSerialData

void sendString(String s) {
  Serial.print("Send string via bluetooth: ");
  for(int i=0;i<s.length();i++) {
    mySerial.write(s.charAt(i));
    Serial.write(s.charAt(i));
  }
  mySerial.write('\r'); mySerial.write('\n');
  Serial.write('\r'); Serial.write('\n');
  sResponse = "";
} // of sendString

void interpreteCommand() {
  if(cmdBuffer.length()==0) return;
  if(cmdBuffer.equalsIgnoreCase("getprotocol"))       sendString("protocol=AJ-SR04M");
  else if(cmdBuffer.equalsIgnoreCase("help"))         showHelp();
  else if(cmdBuffer.equalsIgnoreCase("drw"))          drawScene();
  else if(cmdBuffer.equalsIgnoreCase("enddrw"))       sceneNum=0; // отключаем вывод результатов измерений на смартфон
  else {
    Serial.print("Unknown command: <");
    Serial.print(cmdBuffer);
    Serial.println(">");
  }
  cmdBuffer = "";
} // of interpreteCommand

Смартфон в будущем проекте системы водосбора (дождевая вода плюс подкачка из колодца), подъема воды в водонапорные бочки, установленные на высоте около 5 метров на потолке мансардного этажа, и орошения (капельный полив в теплице и на высоких грядках) будет использоваться в качестве переносного терминала для мониторинга ситуации с запасами воды и ее движением во всех элементах системы и настройки логики работы перекачивающих насосов.

Приложение для смартфона - Introductory MoDyz - с июня этого года доступно для скачивания в магазине Google Play. Оно превращает смартфон/планшет в дисплей высокого разрешения, на котором с помощью набора команд можно рисовать все, что душе угодно. Так же, как и на обычном дисплее, только с существенной экономией ограниченных ресурсов микроконтроллера: для работы с ним потребуется пожертвовать лишь двумя выводами (для подключения Bluetooth-модуля), кроме того, экономится и программная память, так как графическая библиотека как таковая отсутствует. Все связанные с графикой вещи реализованы на стороне смартфона, на долю микроконтроллера остается только коммуникация - отправка команд графики / создания органов управления, прием команд от органов управления и реакция на них.

Построением изображения (отправкой соответствующих команд) в скетче занимается функция drawScene() (строки 72-109), а реакцией на команды от смартфона - interpreteCommand() (строки 143-155). В процессе приручения дальномера ничего, кроме вывода текста, не потребовалось, поэтому использовался весьма ограниченный набор функций:

- задание цвета и размера шрифта (функции setTextColors() и setTextSize())

- вывод текста (функции outTextC() и outTextR())

- заполнение прямоугольников (подготовка области для вывода текста - функция fillRectangle())

Результат их применения - на картинке: