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Hydrostatische Füllstandsmessung von Grau- und Frischwasser


lemes am 16 Jan 2020 19:35:14

Hallo,
in meinem Beitrag Arduino Basteleien für das Wohnmobil --> Link hatte ich angekündigt in loser Folge über meine Arduino Basteleien zu berichten. Heute möchte ich dies mit einem Beitrag über meine Füllstandsmessungen fortsetzen.

Ausgangspunkt war, dass mein Rimor Katamarano Wohnmobil im Grauwassertank nur eine LED-Anzeige für "voll" besitzt und die serienmäßige Frischwassertanksanzeige den Füllstand nur stufenweise über 5 LEDs anzeigt. Für beide Tanks wollte ich eine genauere digitale Füllstandsanzeige bauen. Nachdem ich mich erfolgslos mit selbst gebauten kapazitiven Sensoren beschäftigt hatte, fiel die Wahl des Messprinzips schließlich auf eine Messung des hydrostatischen Drucks. Dazu wird in den Tank ein bis auf den Boden reichender Schlauch (Aquariumszubehör, Außendurchmesser 6mm) eingeführt und durch ein äußeres Führungsrohr in der senkrechten Lage stabilisiert. Außerhalb des Tanks verzweigt sich die Schlauchleitung über ein T-Stück in eine Leitung zu einem Drucksensor vomTyp MPXV5004GC6U (ca. 9 € bei Ali..), der industriell für die Füllstandsmessung bei Waschmaschinen eingesetzt wird (Messbereich bis 400mm Wassersäule). Wenn die Schlauchleitung vollständig mit Luft gefüllt und das Wasser verdrängt worden ist, dann misst der Sensor die Druckdifferenz im Schlauch zum sich ggf. ändernden äußeren Luftdruck. Dieses Signal ist dann direkt proportional zum Füllstand im Tank. Am anderen Ende des T-Stücks ist über ein Rückschlagventil (Aquariumszubehör) eine kleine Mini-Luftpumpe (CJP37-C12B1, ca. 7€ bei Ali..) angeschlossen. Zur Inbetriebnahme wird die Pumpe für 1 Sekunde eingeschaltet und ggf. zwischenzeitlich von unten in das Steigrohr eingedrungenes Wasser ausgeblasen. Im Dauerbetrieb reicht es aus, vor jeder Druckmessung die Pumpe für 10 Milisekunden anzuschalten, eine Luftblase am Schlauchende auszublasen und so sicherzustellen, dass die Messleitung vollständig luftgefüllt ist. Nach 1 Sekunde Beruhigungszeit erfolgt dann die eigentliche Druckmessung. Das regelmäßige Nachfüllen von Luft ist notwendig, weil man nie ganz sicher sein kann, dass Luft nicht aus der Messleitung durch Undichtigkeiten entweicht bzw. weil bei Erhöhung des Füllstandes im Tank (höherer hydrostatischer Druck) Wasser von unten in die Messleitung eindringt. Insbesondere im Grauwassertank sorgt das regelmäßige Ausblasen auch dafür, dass sich in der Messleitung keine verstopfenden Beläge bilden können. Gute Dichtigkeiten der Schlauchanschlüsse habe ich übrigens durch Überstreichen mit Dekaseal erreicht.

Die elektrische Anordnung umfasst folgende Elemente: Zwei LM2596 Step-Down-Wandler erzeugen 10V bzw. 5V aus der Bordspannung, ein mit 10V betriebener 433MHz-Funk-Sendemodul überträgt die Messdaten zum Anzeigemodul (10V wg. Erhöhung der Senderreichweite), ein IRF520 MOSFET-Modul steuert die mit 10V betriebene Mini-Luftpumpe CJP37-C12B1 an, ein Arduino Pro Mini ist der zentrale Mikroprozessor, ein TMP36 Sensor misst zusätzlich die Temperatur und vier Kondensatoren glätten die 5V Stromversorgung bzw. das Messsignals des MPXV5004GC6U Drucksensors. Die Schaltung ist in folgendem Bild dargestellt:



Eingebaut in ein Gehäuse sieht die Schaltung (noch ohne Stromversorgungsbuchse) wie folgt aus:



Die Stromversorgung für die beiden Messboxen im Grauwasser bzw. im Frischwassertank habe ich von der Tauchpumpe abgezweigt. Dies ermöglicht das gleichzeitige An- bzw. Abschalten beider Messanordnungen über den Tauchpumpenschalter im Bedienpanel des Womos. Diese Kopplung erscheint sinnvoll, weil eine Änderung der Füllstände im Gebrauch ja auch nur dann stattfinden kann, wenn die Tauchpumpe Wasservolumen fördert.

Ein Hinweis noch zur Messung des Füllstandes im Grauwassertank. Da beide Grauwasserbehälter sich direkt unter dem Wohnmobilboden befinden und man daher nicht an die Oberkante herankommt, habe ich für den Einbau der Messonde ein 40mm PVC Rohr parallel zu den Tanks geschaltet und mit Schlauchtüllen an die Ablaufleitung angeschlossen. In dieses Rohr habe ich dann von oben die Messsonde eingeführt und alles unter dem Wagenboden fixiert.



Nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren ist der Füllstand in beiden Tanks und in dem PVC-Rohr immer gleich hoch. Das Füllvolumen in allen 3 Behältern kann dann vom Arduino aus den Querschnitten und dem gemessenen Füllstand leicht berechnet und an die Anzeigeeinheit gefunkt werden.

Zur Anzeige der Messdaten (Füllvolumina und Temperaturen) habe ich ein serielles I2C LCD 20x4 Display (ca. 5 € bei Ali..) eingesetzt und hinter eine Holzblende eingebaut. Die Ansteuerung erfolgt über einen weiteren Arduino Pro Mini, der hinter dem Bedienpanel meines Womos versteckt ist. Zu dem Anzeigemodul gehört außerdem ein 433 MHz Funkempfänger für die Signale von den Füllstandssensoren. Die 5V Stromversorgung des Arduinos erfolgt über einen LM2596 Step-Down-Wandler aus der 12V Bordversorgung. Um Strom zu sparen und den Datenempfang bzw. die LCD-Anzeige an die Betriebsbereitschaft der Tauchpumpe und damit den Betrieb der Füllstandssensoren zu koppeln, habe ich einen Photosensor hinter die Betriebs-LED der Tauchpumpe im Rimor-Bedienpanel geklebt. Wenn der Photosensor merkt, dass die entsprechende Anzeige-LED leuchtet und die Tauchpumpe betriebsbereit ist, dann werden der Funkempfänger und die LCD-Anzeige über ein Relais mit Strom versorgt. Andernfalls geht der Arduino in den stromsparenden Schlafmodus und wacht nur alle 2 Sekunden für die nächste Photosensor-Prüfung kurz auf.
Hier ein Bild der Kontrolleinheit für die Anzeige:



Und so sieht die Anzeigeeinheit im Betrieb aus:



Die Füllstände im Frischwassertank und im Grauwassertank werden mit dieser Methode sehr genau und reproduzierbar gemessen.

Vielleicht ist dieser Bericht ja eine Anregung für einige Leser, in der dunklen Jahreszeit etwas Arduino zu basteln.....

Anzeige vom Forum

Hier findest Du vielleicht schon, was Du suchst: --->Link

AndreasS am 17 Jan 2020 09:56:39

Hallo lemes,
das hast Du super gemacht und optisch sehr schön umgesetzt :) .
Mir persönlich gefällt es allerdings besser, wenn ich nur ganz wenige "technische Spielereien"
an Bord habe...
Bitte nicht als Kritik auffassen, jeder wie er mag.
Es ist wirklich toll durchdacht und sicherlich eine Bereicherung.
Weiter so, und alle Erfindungen hier zeigen.
Vielleicht geht so etwas ja mal in Serie :).

Energiemacher am 17 Jan 2020 11:40:44

Hallo,

tolles Projekt.
Leider habe ich keine Ahnung wie man Sketches für Arduino u.ä. erstellt.
Wäre es auch möglich das du den Sketch zur Verfügung stellst?

Kennst du dich auch mit den Wemos Boards aus? (evtl. funktioniert es auch mit ESPeasy)
Das dort interessante ist die Übermittlung per WLAN z.B. auf das Smartphone.

Grüße

Anzeige vom Forum


lemes am 17 Jan 2020 12:26:22

Hallo Energiemacher,
Danke für Dein Interesse. Leider kenne ich mich mit Wemos-Boards nicht aus. Aber mit dem Arduino ist eine Kopplung an das Smartphone per WLAN auch möglich. Für das Erlernen von Arduino habe ich mir einen Lernset --> Link gekauft und nach Anleitung einige kleinere Projekte gebastelt. Wenn man die Grundlagen der Programmierung einmal verstanden hat, dann kann man viele Sketche (= Arduino Programme) zu umfangreicheren Projekten im Netz finden (Tante Goo.. hilft!) und auf die eigenen Bedürfnisse adaptieren. Die Sketche für meine Projekte hier einzustellen würde den Rahmen dieses Forums sprengen. Aber wenn mir jemand erklärt, wie man eine Datei als KN verschickt, könnte ich Dir schon helfen.
Gruß lemes

Bodimobil am 17 Jan 2020 12:41:50

lemes hat geschrieben:Aber wenn mir jemand erklärt, wie man eine Datei als KN verschickt, könnte ich Dir schon helfen.
Gruß lemes

Tauscht eure E-Mail per KN aus!

rkopka am 17 Jan 2020 14:36:22

AndreasS hat geschrieben:Vielleicht geht so etwas ja mal in Serie :).

--> Link - wurde hier mal erwähnt.

lemes hat geschrieben:Die Sketche für meine Projekte hier einzustellen würde den Rahmen dieses Forums sprengen. Aber wenn mir jemand erklärt, wie man eine Datei als KN verschickt, könnte ich Dir schon helfen.

Wenn öffentlich OK ist, kannst du sie ja bei Github einstellen und den Link nennen.
Ich hab da auch schon was fürs Womo gezeigt --> Link (ist schon älter und nicht so sauber gezeichnet, funktioniert aber schon länger klaglos).

RK

lemes am 17 Jan 2020 17:58:43

Vielen Dank für die Anerkennung. Damit der Code auf "github" sinnvoll wäre, müsste ich das Projekt dort erneut erklären. Das ist mir zu aufwendig. Der Einfachheit halber biete ich daher an, dass jeder, der an den Sketches interessiert ist, mir bitte seine eMail-Adresse per KN schicken möge. Wenn ich nicht gerade auf Reisen bin, schicke ich dann umgehend die code-Dateien per Mail.
Herzliche Grüße
lemes




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