Hydrostatische Füllstandsmessung von Grau- und Frischwasser

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.....

Hier findest Du vielleicht schon, was Du suchst: Artikel auf eBay oder versuchs hier bei Amazon

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 :).

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

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

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!

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

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

Mich würde auch der Sketch interessieren. Was ist mit KN gemeint?

Hi lemes,
super schicke Lösung, meine Anerkennung. Ich hoffe Du hast nichts dagegen wenn ich mich mal anhänge. Bei mir ging der Geber fürs Frischwasser wegen dem O3-Generator nicht mehr, er verkalkt ständig. Da habe ich mal eine Schnellösung gebaut. Ist nicht so schick wie Deine.
Einfach ein Tankgeber aus dem Bootszubehör, die gibts in allen möglichen Längen für ca. 30 EUR zu kaufen und eine Anzeige mit nem LM3914 Link zum eBay Artikel gekauft. Das Ganze bischen umgestrickt, den Geber ins original Loch vom Tank und die Anzeige hinter das original Display des WOMO geklebt. Stromverbrauch an 12V ist 2 bis 5 mA, je nachdem wieviel Segmente leuchten. Bleibt einfach immer an. Und noch die Bilder.







Schaltung reiche ich nach wenn jemand interessiert ist.
Gruß Uwe

uwet hat geschrieben:Schaltung reiche ich nach wenn jemand interessiert ist.
Gruß Uwe

Aber bitte doch!

Schöne Lösung, danke fürs zeigen!

uwet hat geschrieben:Einfach ein Tankgeber aus dem Bootszubehör, die gibts in allen möglichen Längen für ca. 30 EUR zu kaufen und eine Anzeige mit nem LM3914

Ist es richtig das dein Tankgeber auch 0-190Ohm hat?

Wenn ich es richtig weiß haben die Tankflaschengeber für die Fernanzeige auch 0-190Ohm.
Das wäre ja eine feine und scheinbar einfache Lösung.

Daher bin ich sehr an deinem Schaltplan interessiert.

Meine Wasserstandsanzeige funktioniert zwar, aber an der Tankflasche wäre das ein nettes Gimik.


Grüße

Genau, 0-190 Ohm.
Schaltung stelle ich morgen ein.

Gruß Uwe

Hallo,

ok super! Vielen Dank schonmal.

Ich hatte mich aber geirrt, denn der Tankgeber für eine LPG-Flasche arbeitet mit 0-90Ohm.

Ich gehe davon aus das du einen Spannungsteiler nutzt um dem LM3914 mit den Widerstandswerten zu füttern.

D.h. die Schaltung müsste an die neuen Werte angepasst werden.

Grüße und einen schönen Sonntag

Als Spannungsregler nehme ich gerne diese Link zum eBay Artikel . Die 3,3V-Brücke löten und den Einstellregler durchritzen.

Gruß Uwe

Hallo Uwe,

vielen Dank für den Plan.

Werde mir das mal anschauen und versuchen auf 0-90Ohm umzustricken.
Spannungsteiler ist schon ne ganze weile her.... :roll:

Sollte ich kapitulieren, werde ich mich nochmal bei dir melden und um Hilfe bitten. :lach:


Grüße

Hallo Uwe,
was hat es mit dem Einstellregler durchritzen zu bedeuten? Bei der LED-Anzeige vom China-Man sind diese blauen Teile dabei. Hast du die erst garnicht mit angelötet und was haben die Teile für eine Funktion?
Diese Anzeige ist ja echt Super und für das kleine Geld unschlagbar!

Viele Grüße
Frank

Hallo Frank,
die blauen Teile sind die 2 Widerstände aus dem o.g. Schaltplan. Natürlich liefert der Chinese die nicht mit. Ich habe zwar die originale Leiterplatte verwendet aber anders beschaltet als vom Hersteller gedacht. Vorm Bestücken bitte erst den Leiterzug zwischen den Pins 6 und 7 des LM3914 trennen, weil da kommt einer der Widerstände zwischen.
Mit Einstellregler durchritzen habe ich den Spannungswandler 12V auf 3,3V gemeint, der auf dem Bild der Anzeige von hinten zu sehen ist. Im Auslieferungszustand ist der Regler zur freien Spannungseinstellung verdrahtet. Ich verwende die Festeinstellung 3,3V mit der zugehörigen Lötbrücke, wie hinten aufgedruckt.

Gruß Uwe

Hallo Uwe,

uwet hat geschrieben:...
Einfach ein Tankgeber aus dem Bootszubehör, die gibts in allen möglichen Längen für ca. 30 EUR zu kaufen ...

Ich habe bei der Suche zwei verschieden Typen gefunden, einmal 10 -180 Ohm und einmal 240 - 33 Ohm. Beide schalten per Reedkontakt je nach Füllstand Widerstände durch. Was ich merkwürdig finde, dass laut Beschreibung nur bis zum halben Füllstand engere Abstufungen gibt ud dann nur noch 1/2, 3/4 und voll. Oder habe ich nur noch nicht den richtigen Geber gefunden?

Gruß spider53

spider53 hat geschrieben:Was ich merkwürdig finde, dass laut Beschreibung nur bis zum halben Füllstand engere Abstufungen gibt ud dann nur noch 1/2, 3/4 und voll.

Bei dem Prinzip kostet jede Stufe. Also häuft man die eher da, wo es kritisch wird. Wenn ich noch 3/4 voll habe, brauche ich keine so genauen Werte wie gegen Ende. Bei einer Klocassette wäre es genau umgekehrt :-).

RK

Hallo Uwe,
danke für deine Antwort. Also benötige ich zusätzlich den 56 K Ohm und 3,9 K Ohm Widerstand zum bestücken.

Viele Grüße
Frank

So, hier noch die Widerstandswerte des Gebers wie ich sie gemessen habe. Die mm dazu habe ich leider damals nicht ermittelt.
0,2
16,0
32,2
48,2
56,3
64,5
72,6
88,8
89,0
97,2
105,4
129,4
168,0
190,0

Also Voll, 3/4 und 1/2 als erste Werte sind es nicht, wird aber nach oben gröber. Ich werde mal wenn ich unterwegs bin die Werte mit dem Wasserzähler im Mobil vergleichen. Der geht ganz genau.

Gruß Uwe

Hey Uwe,

trotz einiger Recherche und Analyse deiner Schaltung steige ich nicht durch.

Könntest du bitte noch ein paar Sätze dazu formulieren?

Mir erschließt sich der 56k R genauso wenig wie der Spannungsteiler mit dem 3,3 R und dem Variablen R nicht.
Denn die daraus resultierenden Ströme und Spannungen ergeben mir keinen Sinn.

Insbesondere nicht wenn ich diese auf einen Variablen R von 0-90 anpassen will.

Vielen Dank Für deine Mühe.

Grüße

Energiemacher hat geschrieben:Mir erschließt sich der 56k R genauso wenig wie der Spannungsteiler mit dem 3,3 R und dem Variablen R nicht.
Denn die daraus resultierenden Ströme und Spannungen ergeben mir keinen Sinn.

Viel kannst du nicht analysiert haben !? Außerdem sind es 3,9kOhm oder 3,9K oder 3K9 und nicht 3,3R.
Der Spannungsteiler mit 56K von der Referenzspannung ausgehend auf die ganzen Widerstände im IC gibt die Spannungsschwellen der Stufen vor.
3K9 mit dem variablen Tankgeberwiderstand bildet einen weiteren Spannungsteiler, der die Meßspannung liefert. Wenn sie steigt, d.h. der Geber von 0 auf 190Ohm geht, schalten die Komparatoren der Reihe nach durch.

Insbesondere nicht wenn ich diese auf einen Variablen R von 0-90 anpassen will.

Wenn du von 190Ohm auf 90Ohm gehen willst, dann hast du nur etwa die halbe Meßspannung. Das kann man kompensieren durch 1,8K statt 3,9K oder 120K statt 56K. Das ist ungetestet und wird vielleicht nicht genau passen für 100%. Ich weiß auch nicht, ob der LM3914 evt. Grenzen hat, bei denen er nicht mehr so gut funktioniert, bin aber optimistisch. Eine genaue Einstellung auf 100% kann man z.B. erreichen durch 100K + 50KTrimmer statt 120K. Dann stellt man das einfach ein.

RK

Hallo Energiemacher,
die Schaltung ist so dimensioniert das ca. 1 mA durch den Tankgeber fließen. Das ergibt 190 mV für Tank-voll. Deshalb habe ich den Anzeigebereich des LM3914 abweichend vom Standard auch auf 190mV gebracht. Das macht der 56K-Widerstand als Spannungsteiler mit den internen insgesamt 10K-Widerständen aus der Referenzspannung von 1,25V. Der 3,9K-Widerstand liefert den Strom von ca. 1mA weil er 20 Mal größer ist als der Geberwiderstand. Mit weniger Bauelementen geht es nicht, ist aber meiner Meinung nach ausreichend genau.
Würde man die Standardbeschaltung des LM benutzen(Pin 6 und 7 verbunden) müssten allein durch den Geber 7 mA fließen für Voll. Das ist mehr als meine Schaltung mit Anzeige braucht.
Für den 90 Ohm Geber kannst Du den Anzeigebereich ändern indem Du den 56K-Widerstand vergrößerst. Irgenwann ist aber mit der Auflösung der internen Komparatoren Schluss. Oder den 3,9K-Widerstand verkleinern um mehr Strom durch den Geber zu schicken damit die 190 mV für Voll erreicht werden, oder beides.
Ich würde die 3,9K durch 1,5K ersetzen, schauen was es anzeigt und eventuell die 56K leicht vergrößern z.B. mit einem Einstellregler von 5K in Reihe.

Gruß Uwe

Moin,

Sorry für den Tippfehler 3,3k -> 3,9k.

Vielen Dank für die Erklärungen und Wegweisenden Infos.
Ich werde mir mal die Bauteile und ein paar Widerstände/Potis zum spielen bestellen und werde dann berichten.

Grüße

Das hier gefunden
Link zum eBay Artikel

Leider keine klare Angabe was den Sensor betrifft. Ist aber mit Poti versehen zum anpassen voll/leer.

Das wäre auch mit Gehäuse und 12Volt tauglich.

Inselmann hat geschrieben:Das hier gefunden
Link zum eBay Artikel

Das sieht interessant aus.

Und ja, leider keine Angabe zum Messbereich. Aber noch blöder ist: "Kein Versand nach Germany"!


Muss mich bei der nächsten Regenperiode mal an den Basteltisch setzen. Die Bauteile habe ich mittlerweile zusammen.

Hallo,

da mir dann doch noch ein paar verschiedene Widerstände gefehlt haben, diese aber nun im Zulauf sind, habe ich mich auf die schnelle mit einem kleinen Gehäuse beschäfigt:







Die Farbe werde ich noch ändern. Das Goldene muss weg und eignet sich daher gut für Prototypen. ;-)

Sollte jemand die Druckdatei haben möchte, einfach per PN die eMail senden. Dann schicke ich die gerne zu.

Wenn ich die Elektronik für die Füllstandsmessung der Tankflasche fertig habe, melde ich mich hier nochmal.


Grüße

Nice!

Wenn Du den Deckel zum Einschieben machst, dann mußt Du ihn hinterher nicht festkleben.

--> Link
--> Link

gruss kai

Hi,

prinzipiell keine schlechte Idee.
Aber da im "Deckel" das Display steckt funktioniert ein Schiebedeckel nicht.
Der Deckel sitzt auch durch den Rand absolut fest im Gehäuse. Sollte es Probleme geben könnte man den Falz etwas höher machen.
Aber ich musste mit deiner Klinge in den Spalt um den Deckel ab zu hebeln. Sollte also dauerhaft auch ohne Verklebung halten.

Grüße

Tinker it :-)

Den Boden einschieben, und gut ist.

Im Wohnmobil fällt es sonst nach ein paar 100km ab....

gruss kai

kdupke hat geschrieben:Tinker it :-)

Den Boden einschieben, und gut ist.

Im Wohnmobil fällt es sonst nach ein paar 100km ab....

gruss kai

kleinen "Clips" mit an den Deckel gedruckt und es schnappt sogar ein :eek:

uwet hat geschrieben:Einfach ein Tankgeber aus dem Bootszubehör, die gibts in allen möglichen Längen für ca. 30 EUR zu kaufen

Gruß Uwe

So lieber Namensvetter ;D
habe es endlich auch geschafft mir so einen Sonde zu besorgen. 300mm fuer nen 300mm Tank. Denkste, der ist innen nur 275mm hoch :eek:
Also die Tanksonde vorsichtig zelegt und und etwas gekuerzt. Ich habe aber auch EINE Sonde mit 275mm Laenge gefunden und gleich bestellt.
Weil mit der gekuerzten 300er Sonde fehlt mir ja der VOLL Bereich.

Was mir aber auffiel und was ich wissen wollte wie das bei deiner Sonde ist, die LEER Stellung (also der Reed Kontakt ganz unten) ist so hoch das der "Schwimmer" so ca 10-12mm angehoben werden muss bis die Anzeige von Null auf den ersten Wert umspringt (habe das mit einer 0-190Ohm anzeige gekauft) Soll heissen bei 0% Tankanzeige habe ich noch gute 20Liter drin, oder 10% bei etwas mehr Inhalt

Ich bastle nicht weiter dran rum und warte bis ich die 275mm lange Sonde habe.

Hi Uwe,
in meinem Tank ist eine Vertiefung für Ablauf, Pumpe und Sonde(s. Bild oben). Ehrlich, ich habe bisher nicht nachgeschaut wieviel Wasser noch drin ist bei Null. Die Anzeige ist für mich eher kosmetischer Natur, ich habe noch einen Wasserzähler drin, den ich beim Füllen auf Null stelle. Wenn da 120l stehen weiß ich es wird Zeit.

Ich habe irgendwo jetzt mal eine Sonde gesehen die das hydrostatisch macht und ne Spannung rausbringt für kleines Geld. Die Auflösung ist aber nicht so prickelnd bei den geringen Höhenunterschieden in unseren Tanks. Das hatte lemes, der Themenstarter genauer gelöst.

Gruß Uwe