Hallo zusammen,
ich möchte für die Steuerung eines automatischen Wasserwechsels in einem
etwas größeren Aquarium drei Wasserpegelsensoren an einem
8-Bit-AVR-Mikrocontroller betreiben.
Naiv stelle ich mir vor, dass je Sensor zwei Kontakte blank im Wasser
auf einer definierten Höhe angebracht werden. Wenn Wasser die Kontakte
umgibt, wird der Kontakt geschlossen, was der Mikrocontroller an einem
Eingang wahrnimmt.
Die Kontakte wären allerdings dauerhaft unter Wasser, sodass es
Edelstahlkontakte sein müssten. Ich habe da auch etwas scheinbar
brauchbares gefunden (H-Tronic Wassersensor, Foto siehe Anhang). Ein
Straßenpreis von etwa 10 Euro erscheint mir aber ganz schön viel für
das, was geliefert wird.
Gibt es preisgünstigere Alternativen? Oder einen besseren Ansatz?
Vielen Dank und viele Grüße
Christian
Hi
Der Preis ist +- OK wenn man den Sensor mit (+-) definierten Elektroden
und angespritztem Kabel nimmt. Allerdings ist das mehr ein
"Wasserbruch"-Melder, sprich der sollte nicht dauerhaft im Wasser sein
sondern nur "kurz".
Das Problem (wie Du selbst schon erkannt hast) ist wahrscheinlich
Elektrolyse. Man kann mit Wechselstrom arbeiten, aber selbst dann würde
ich bei Dauerbetrieb im Aquarium früher oder später Probleme erwarten.
Mach es am Besten von Aussen (optisch oder Magnet-Schwimmer) oder
Induktiv; Schau die mal den Faden mit der automatischen Bewässerung an
Giess-o-mat. Da wird der Sensor imho gut erklärt, man kann den auch
als "Doppel-Rohr" bauen.
micha schrieb:> Mach es am Besten von Aussen (optisch oder Magnet-Schwimmer) oder> Induktiv
Eine Wasserstandsmessung von außen hatte ich mir auch schon überlegt.
Die Variante mit Magnetschwimmer und Reedkontakt ist in meiner
Kaffeemaschine auch so realisiert, allerdings befürchte ich, dass die
Führungsschiene / Führungsrohr sich relativ schnell mit organischem
Material zusetzt (Algen, Schwebstoffe) und der Sensor dann nicht mehr
zuverlässig ist. Wenn das Becken aufgrund fehlender Sensorwerte dann
leerläuft, wäre das äußerst ungünstig ;-)
Nichtsdestotrotz werde ich mal recherchieren, was für Führungssysteme es
da gibt, die ggf. auch mit ausreichend Spiel ausgestattet sind, dass ein
Algenbefall keine Probleme darstellen sollte.
Unter der optischen und induktiven Version kann ich mir derzeit nichts
vorstellen. Hast du dazu vielleicht nähere Informationen?
Die beim Giess-O-Maten verwendeten kapazitiven Sensoren hatte ich auch
gefunden (kann man bspw. auch bei Aliexpress fertig kaufen). Die werden
allerdings auch in das Medium eingebracht und unterliegen einem
verhältnismäßig hohem Verschleiß.
Edit: ich habe jetzt nochmal den im Wiki-Artikel verlinkten Thread
gelesen, dort steht ein Baubeispiel für einen kapazitiven Sensor, der
nicht mit dem Medium in Berührung kommt und daher keine Nebenwirkungen
haben sollte. Das sollte wohl auch mit Luft / Wasser funktionieren.
Christian R. schrieb:> Die beim Giess-O-Maten verwendeten kapazitiven Sensoren hatte ich auch> gefunden (kann man bspw. auch bei Aliexpress fertig kaufen). Die werden> allerdings auch in das Medium eingebracht und unterliegen einem> verhältnismäßig hohem Verschleiß.
Kapazitive Sensoren sind, bei sacherechter Auslegung, praktisch
Verschleißfrei. Chinaman-Sensoren sind meist weder kapazitiv noch
sachgerecht ausgelegt.
micha schrieb:> Das Problem (wie Du selbst schon erkannt hast) ist wahrscheinlich> Elektrolyse. Man kann mit Wechselstrom arbeiten, aber selbst dann würde> ich bei Dauerbetrieb im Aquarium früher oder später Probleme erwarten.
Man muss ja nicht ununterbrochen Messen. Empfehle ein Relais um den
Sensorstromkreis bei nichtbenutzung zu unterbrechen.
Ein mechanisches System, wie es oft für Abwassergruben verwendet wurde,
bestand aus einem Schwimmer, einer Umlenkrolle über dem Becken und einem
Gegengewicht. Das entwickelt genug Kraft, um direkt einen mechanischen
Schalter für die Pumpe zu bedienen. Wenn man sowas etwas kleiner
aufbaut, reicht das sicher für eine zuverlässige Funktion am Aquarium.
Ansonsten halt Backup-Systeme wenn das ganze extrem wichtig ist oder
sehr lange unbeaufsichtigt funktionieren soll.
Christian R. schrieb:> Wenn Wasser die Kontakte> umgibt, wird der Kontakt geschlossen, was der Mikrocontroller an einem> Eingang wahrnimmt.
Kann sich auf Dauer auch bei geringem Strom auf die Kontakte auswirken.
Besser wärs, die Schaltkontakte hätten keinen Kontakt zum Wasser.
Christian R. schrieb:> Unter der optischen
Laser, reflection/lichtbrechung.
Schwimmer, Lichtschranke.
Induktiver Näherungsschalter
Christian R. schrieb:> Führungsschiene / Führungsrohr sich relativ schnell mit organischem> Material zusetzt
Das muss doch nich mit im Wasser hängen.
Teo D. schrieb:> Das muss doch nich mit im Wasser hängen.
Wie soll das dann funktionieren? Der schwimmende Magnet muss ja
irgendwie in der Spur gehalten werden, damit er die Sensoren auch
wirklich passiert. Ein ringförmiger Schwimmer, der auf einem "Faden"
geführt wird, klingt schonmal sehr robust.
Die Verwendung selbstgebauter kapazitiver Sensoren wie im Thread vom
Giess-o-Maten klingt für mich allerdings sehr attraktiv. Wenn man das
passend dimensioniert bekommt, sollte der Unterschied zwischen Luft und
Wasser eine Kapazitätsänderung von deutlich mehr als dem Faktor 10
ergeben, was für eine zuverlässige Messung wohl ausreichend wäre.
In Punkto Zuverlässigkeit hätte das auch den Vorteil, dass mehrere
Sensoren gleichzeitig "ein" oder "aus" anzeigen.
Habe ich beim freundlichen Chinamann für 1,20 € gekauft.
Ultraschall Entfernungsmesser HC-SR04
Produktbeschreibung
Der Ultraschall Entfernungssensor HC-SR04 eignet sich zur Messung im
Bereich zwischen 2cm und ca. 4m (Auflösung von 2mm).
Er benötigt nur eine einfache Versorgungsspannung von 5V bei einer
Stromaufnahme weniger als 2mA.
Nach Triggerung mit einer fallenden Flanke (TTL - Pegel) misst das Modul
selbstständig die Entfernung und wandelt diese in ein PWM Signal welches
am Ausgang zur Verfügung steht.
Ein Messintervall hat eine Dauer von 20ms, es können somit bis zu 50
Messungen pro Sekunde durchgeführt werden.
Anwendungsbereiche: Hinderniserkennung, Entfernungsmessung,
Füllstandanzeiger.
Funktioniert bei mir auf 2mm genau. Hat auch keinerlei Berührung zum
Medium.
Kannst du auch übers Aquarium an die Zimmerdecke nageln.
Gruß
Christian R. schrieb:> Wie soll das dann funktionieren?
Bring was immer du willst, OBEN auf dem Mast an, der auch das
Bötchen am wegschwimmen hindert...
Christoph K. schrieb:> Es gibt einen Drucksensor für Waschmaschinen, der misst etwa einen> halben Meter Wasserhöhe,Christian R. schrieb:> befürchte ich, dass die> Führungsschiene / Führungsrohr sich relativ schnell mit organischem> Material zusetzt (Algen, Schwebstoffe)
Trennschicht einbauen, Beutel am Ende, dest. Wasser...
Umständlich?!
Kapazitiv von außen ist beim Aquarium die beste Lösung. Die Sensoren
sind sehr leicht zu bauen, und Leiterplatten billig beim Chinesen.
So sieht das aus.
https://forum-raspberrypi.de/forum/thread/23082-erdfeuchte-bewaesserung/?postID=270008#post270008
Die klebst du einfach horizontal an die Scheibe.
Dann kannst du gleich einen ESP draufsetzen und über Internet deinen
Wasserstand anzeigen lassen.
Man kann ein Aquarium auch wiegen. Ich wette sogar einen beträchtlichen
Teil meines Schmuckes am Nachthemd, dass die Menge des im Aquarium
befindelichen Wassers proportional zum Gewicht ist UND umgekehrt.
Damit die Organismen auch wirklich Wasser haben, solltest du wenigstens
3 verschiedene Sensoren nutzen und mit einem Voting-Verfahren
verknüpfen. Wenn du das dreifach redundant auslegst, geht es schon in
Richtung 3 Sigma.
Mit der Temperatur könnte man auch noch spielen, da Wasser mit Fischen
sich ja von der Umgebungsluft unterscheidet – Arbeitshypothese. Das käme
ganz ohne Felder und Lichtstrahlen aus. Wobei ich mir das mit
Brechungsindex-Änderung und 40W CO2-Laser schon gern ansehen würde.
(Brennt Algen zuverlässig weg.)
Ich würde zu einer kapazitiven Messung tendieren
2 Bahnen Kupfer/Alu Klebeband auf die Rückseite vom AQ kleben und diese
als Kondensator für eine astabile Kippstufe mit NE555 o.Ä. verwenden die
Frequenuz dann mit arduino/RasPi etc auswerten..
Gruß Ben
Edelstahlelektroden werden funktionieren. Ist in vielen KFZ im
Wischwasserbehälter so geregelt.
Einfach drei Stück mit unterschiedlich länge und fertig.
Wenn man jede Stunde für 1 Sek misst, hält das ewig.
Wie gesagt, funktioniert in fast jedem Auto so!
Fred R. schrieb:> Ultraschall Entfernungsmesser HC-SR04
Auch ein guter Einfall und preislich attraktiv. Allerdings bezweifle
ich, dass es für den Einsatz in einer kondensierenden Umgebung geeignet
ist. Denn zumindest "Lautsprecher" und "Mikrofon" müssten frei liegen.
Christoph K. schrieb:> Es gibt einen Drucksensor für Waschmaschinen, der misst etwa einen> halben Meter Wasserhöhe, mit Analogausgang.
Würde man den dann in ein Rohr einkleben, welches mit der Öffnung nach
unten ins Wasser zeigt?
Teo D. schrieb:> Bring was immer du willst, OBEN auf dem Mast an, der auch das> Bötchen am wegschwimmen hindert...
Ok, so hätte die Sensorik keine Berührung mit dem Medium, wäre aber über
dem Aquarium zu sehen.
Teo D. schrieb:> Trennschicht einbauen, Beutel am Ende, dest. Wasser...> Umständlich?!
Ginge theoretisch auch. Aber was halten die Fische von einem Beutel im
Becken? ;-)
Derzeitiger Favorit ist ein Ringmagnet auf einer beliebig gearteten
Führungsschiene unmittelbar neben der Glasscheibe und außen eine Reihe
von Hallsensoren oder Reedschaltern. Nach kurzer Recherche scheint der
TLE 4905L gut erhältlich zu sein und für den Zweck auch geeignet zu
sein. Die Frage ist nur, ob gängige Schwimmer eine ausreichende
Feldstärke haben, um den Schalter auszulösen. (Allein das Glas vom
Aquarium ist 16mm stark.)
da wäre noch die Frage wo der Sensor eingesetzt werden soll, Edelstahl
im Meerwasserbecken ist auch nicht gut. Ich hatte einen einfachen
Schwimmerschalter mit Hallsensor im Technikbecken, da ist immer Bewegung
und daher gibt es da keine Probleme mit Schwebeteilchen oder Algen. Das
Ding hat auch 2 Jahrzehnte funktioniert.
Boris O. schrieb:> Man kann ein Aquarium auch wiegen.
Denkbar. Ich wüsste nur nicht, wie ich einen Drucksensor unter die etwa
1000kg Aquariengewicht bekommen soll ;-)
Benjamin M. schrieb:> Ich würde zu einer kapazitiven Messung tendieren>> 2 Bahnen Kupfer/Alu Klebeband auf die Rückseite vom AQ kleben und diese> als Kondensator für eine astabile Kippstufe mit NE555 o.Ä. verwenden die> Frequenuz dann mit arduino/RasPi etc auswerten..
Dass das auch komplett außerhalb des Wassers funktioniert war mir nicht
bewusst. Da werde ich mich dann wohl noch etwas einlesen.
Karls Q. schrieb:> Einfach drei Stück mit unterschiedlich länge und fertig.>> Wenn man jede Stunde für 1 Sek misst, hält das ewig.
Das wäre mein ursprünglicher Ansatz gewesen. Theoretisch müsste sogar
nur dann gemessen werden, während der Wasserwechsel im Gange ist.
Johannes S. schrieb:> da wäre noch die Frage wo der Sensor eingesetzt werden soll, Edelstahl> im Meerwasserbecken ist auch nicht gut.
Es handelt sich um ein Süßwasserbecken mit einer Wassertemperatur von
etwa 28°C.
> Man könnte auch am Boden des Aquariums ein Stück Uran einlegen
Au ja, und wenns zu kalt wird legt man ein zweites Stück dazu und mit
dem Abstand der beiden Stücke kann man die Heizleistung einstellen.
Christian R. schrieb:> Fred R. schrieb:>> Ultraschall Entfernungsmesser HC-SR04>> Auch ein guter Einfall und preislich attraktiv. Allerdings bezweifle> ich, dass es für den Einsatz in einer kondensierenden Umgebung geeignet> ist. Denn zumindest "Lautsprecher" und "Mikrofon" müssten frei liegen.
In der Praxis bestens bewährt. Ist doch vergleichbar mit
Rückfahrsensoren am Auto.
Was soll das mit der kondensierenden Umgebung? Habe diese kleine Module
in eine Hülse eingebaut. Somit können diese fast punktgenau messen. Na
auch der Abgleich ist vorteilhaft macht halt die einfache Software.
Beispiel: Sensor ist 2 Meter über den Sollwasserstand. Dann sage ich
wenn der Wasserstand 2,05 Meter entfernt ist dann füll nach oder ist der
Wasserstand nur 1 Meter entfernt dann Ruf die Feuerwehr.
Gruß
Oder auch per Lichtbrechung so ähnlich wie in einer Spülmaschine.
Ein Plexiglasstab oben flach unten ein Kegel mit passendem Winkel. In
den Stab oben reinleuchten und schauen ob es Hell oder Dunkel ist.
Pa schrieb:> Leroy M. schrieb:>>> Für den Fall, dass es im Aquarium mal>> •Temperatur: -60 bis +280 °C>> •Druck: -1 bis +100 bar>> -1 bar?
Von Endress+Hauser übernommen.
Mitunter rechnen die mit relativem Druck (0 bar im platten Reifen und
2,5 bar im vollen Reifen) statt mit absoluten Druck (1 bar im platten
und 3,5 bar im vollen Reifen)
Gemeint ist von 0 bar absolut (Vakuum) bis 101 bar absolut.
Oder uuuuungefähr 100 atü. ;)
Fred R. schrieb:> Kannst du auch übers Aquarium an die Zimmerdecke nageln.
Ja, so kennst Du immer millimetergenau den Abstand zwischen
Zimmerdecke und dem Deckel des Aquariums. :-)
Harald W. schrieb:> Fred R. schrieb:>>> Kannst du auch übers Aquarium an die Zimmerdecke nageln.>> Ja, so kennst Du immer millimetergenau den Abstand zwischen> Zimmerdecke und dem Deckel des Aquariums. :-)
Bin begeistert wie du ein Beispiel analysierst um zu helfen.
Was spricht dagegen den Sensor an der Unterseite des Deckel anzubringen.
micha schrieb:> Das Problem (wie Du selbst schon erkannt hast) ist wahrscheinlich> Elektrolyse.
Elektrolyse passiert nur bei Stromfluss. Da der Wasserstand sich kaum im
Sekundenrhythmus ändert, bzw. ein Wasserwechsel in überschaubarer Zeit
abgeschlossen ist, läßt sich der mittlere Strom - und der bestimmt die
Elektrolyse - durch angepasste Messrate gut reduzieren.
Eleganter ist es jedoch, wenn man mit dem Sensor gar nicht ins Wasser
muss.
Eine kleine Laserdiode und eine Photodiode auf der Außenseite des
Aquariums, dürfte den Zweck als Wassersensor genauso erfüllen, wenn man
die Totalreflektion an der Scheibeninnenseite bei fehlendem Wasser
nutzt. Evtl. muss man den Auswertealgorithmus etwas gegen
"Scheibenputzer" härten ;-)
In erster "Näherung" würde ich mir einfachste Schwimmerschalter
besorgen.
Eine weitere Möglichkeit ist ein Schwimmer mit einem langen Stab. An dem
kannst Du an Deinen Lieblings Positionen ein paar Magnete anbringen.
Lauschen tust Du dann mit Hallsensoren.
Eine etwas aufwändigere Möglichkeit wäre es: Geh' zum Schrotti und
besorg Dir ein paar wasserdichte Ultraschallsensoren, wie sie in den
aktuellen, aber verbogenen Autos verwendet werden. Die brauchen ja nicht
im Dauerbetrieb laufen.
Bei einer kapazitiven Messung mit einer "großen", langgezogenen
Kondensatorfläche habe ich die Befürchtung, dass das Ergebnis sehr
ungenau sein würde. Ein cm Wasserstand bedeutet ca. 9 Liter Wasser. Wenn
dann noch unterschiedlich viele Schwimmpflanzen im Kondensatorbereich
sind, ändert sich die Kapazität wohl auch. Und bei dem, was ich über
diese Methodik gelesen habe, müsste das System sowieso regelmäßig
kalibriert werden.
Ich habe mir günstig 50 Hallsensoren gekauft und favorisiere die
Methode, im Aquarium einen magnetischen Schwimmer laufen zu lassen und
die Sensorik außerhalb des Aquariums anzubringen. Als potenzielles
Problem betrachte ich derzeit dabei die ggf. mangelhafte Stärke der
Magnetschwimmer. Ringmagneten sind darauf ausgelegt, in ihrem Inneren
einen Hallsensor zu bedienen. Das hätte ich mit einer 10mm Röhre und
einer länglichen Platine vllt. auch hinbekommen, allerdings ist in dem
Röhrchen dann kein Platz mehr für die Datenleitungen.
Folgenden Schwimmer habe ich noch gefunden:
http://www.farnell.com/datasheets/1866245.pdf
Da ist jedoch auch fraglich, ob die Leistung ausreicht. Das gefundene
Datenblatt gibt keinen Aufschluss darüber, wie groß der Magnet selbst
ist. Auch die Dichte des Schwimmers lässt keine Rückschlüsse zu, weil
die Dichte vom geschäumten PP unbekannt ist. Ggf. ist der Magnet zu
klein, um die Hallsensoren auszulösen. (Einen Rechner für die
magnetische Flussdichte habe ich hier gefunden:
https://www.ibsmagnet.de/knowledge/flussdichte_berechnung.php und die
gekauften Hallsensoren sind TLE4905L)
Eine Messung von außen mittels Photosensoren klingt auch interessant.
Diesbezüglich habe ich aber offenbar noch nicht die richtigen Stichworte
für die Suchmaschine gefunden...
Ich möchte mich noch einmal mit einem Projektupdate melden.
Mittlerweile ist das Projekt weitestgehend abgeschlossen, abgesehen von
einigen kleineren Optimierungen in der Programmierung.
Wie oben geschildert, habe ich mich für den Einsatz von Hall-Sensoren
(TLE4905L) entschieden. Hiervon habe ich 48 Stück im Abstand von jeweils
1cm auf einen Platinenstreifen gesetzt (Bilder Sensor_vorn und
Sensor_rueck). Damit die Daten auch vom Mikrocontroller ausgewertet
werden können, ist auf jedem Platinenmodul ein Schieberegister
(74HC165), welches die acht Sensoren zusammenfasst. Über den Pinhead am
Ende der Platine kann ich dann mittels SPI die Sensoren hardwaregestützt
auslesen.
Der Schwimmer ist eine Eigenkonstruktion, da ich in der benötigten
Leistungsstärke kein passendes Produkt gefunden habe. Das auf dem Foto
"Schwimmer" abgelichtete Modell hat einen Neodymmagneten mit 15mm
Durchmesser und einer Höhe von 10mm. Ein anderes Modell hat den selben
Durchmesser aber nur eine Höhe von 5mm, was bei der Glasstärke von 12mm
noch ausreichend ist.
Den Magneten habe ich in in Form gebrachtes Styropor eingesetzt und dann
zum Schutz in aquarientauglichem Epoxidharz vergossen. Der Schwimmer
läuft in einem in das Aquarium eingeklebten Kabelkanal.
Den Umstand, dass der Schwimmer nicht gleichmäßig mit dem Wasser steigt
und sinkt, hatte ich im Vorfeld nicht berücksichtigt. Dieser Effekt
tritt zumindest beim Schwimmer mit dem kleinen Magneten auf, da er sehr
leicht ist und die Adhäsionskräfte hier stärker ins Gewicht fallen.
Um das ganze komplett zu machen, habe ich noch ein Foto von der (fast)
fertigen Schaltung angehängt. Diese übernimmt jetzt die Lichtsteuerung
(über I2C mittels einem schon vor ein paar Jahren entwickelten
Dimmermoduls), die Steuerung einer Luftpumpe (die Anschlussklemme oben
rechts, 230V), die Steuerung eines 12V-Magnetventils für CO2 (die noch
fehlende Anschlussklemme, CO2 wird derzeit sowieso nicht benötigt) sowie
natürlich die Ansteuerung der vier Magnetventile für den Wasserwechsel
und die Druckerhöhungspumpe der Umkehrosmoseanlage.
Zusätzlich eingebaut ist noch ein Überlaufschutz als redundanter Sensor,
falls der Schwimmer mal versagt. Dieser besteht einfach nur aus einem
Paar von Metallstiften, die über der Wasseroberfläche angeklebt sind.
Sobald zwischen diesen ein Kurzschluss besteht, wird ein Warnsignal
ausgegeben und ein ggf. laufender Wasserwechsel gestoppt.
Christian R. schrieb:> Hiervon habe ich 48 Stück im Abstand von jeweils 1cm auf einen> Platinenstreifen gesetzt
Beeindruckender Aufwand.
Sollte der Wasserpegel im Aquarium nicht auf wenige cm genau gehalten
werden?
Fast ein halber Meter Pegelunterschied ist schon mehr als der Tidenhub
in der westlichen Ostsee ...
Rufus Τ. F. schrieb:> Sollte der Wasserpegel im Aquarium nicht auf wenige cm genau gehalten> werden?
Richtig. Ich habe mich deshalb entschlossen, diesen Aufwand zu
betreiben, da ich auch Zwischenstände während des Wasserwechsels
benötige. Darüber wird das Mischungsverhältnis aus Umkehrosmosewasser
und Leitungswasser gesteuert.
Dazu würden theoretisch drei Sensoren (tiefster Wasserstand, Wasserstand
nach Zugabe vom Leitungswasser, Becken voll) ausreichen, allerdings kann
ich das Verhältnis so nachträglich mittels Konfiguration ändern.
In der derzeitigen Programmierung sind drei Speicherplätze für maximal
möglichen Wasserwechsel (kurz bevor die Pumpe Luft zieht), einen
mittleren, der wöchentlich durchgeführt wird, und einen kleinen, der nur
dann genutzt wird, wenn man aus irgend einem Grund Wasser nachfüllen
muss.
Obendrein ist der Vorteil, dass anhand der Sinkrate des Wassers gemessen
werden kann, ob der Filter mit voller Leistung arbeitet oder
anderweitige Anomalien vorliegen.
H-Tronic-Wassersensor.jpg
(29 KB)
