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Jens Dietrich
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Füllstandsmessung mit Drucksonde
(I2C Busanschluss mit PCF8574)


...bin im Urlaub
Drucksonde mit I2C Bus Drucksonde mit Bus an Raspberry

Füllstandsmessung / Füllstandsanzeige mit einer Drucksonde / Druckdose

Auch über den Wasserdruck ( Hydrostatisch ) kann man komfortabel und völlig wartungsfrei die Höhe des Füllstandes ( Wasser Pegel )in einem Zisternenbehälter ermitteln. Dabei wird auf den Boden einer Zisterne eine hydrostatische Drucksonde gelassen. Die wasserdichte und vollvergossene Drucksonde gibt über eine zweiadrige und verlängerbare wasserfeste Gummikabelverbindung den Wasserdruck an ein Steuermodul weiter. Der Wasserdruck steigt proportional zur Höhe des Wasserstandes über der Drucksonde und kann damit zentimetergenau ermittelt werden. Die Form und Größe der Zisterne spielt dabei keine Rolle. Der bei einem Ultraschallsensor zwingend erforderliche völlig freie Messbereich ist hier nicht nötig. Auch Rohre, Kabel, Trittstufen, Filter und Leitungssysteme beeinflussen die Messung nicht. Solche Einbauten hatten in der Vergangenheit den Einsatz der Ultraschallsensoren häufig verhindert.
Warum soll man erst den im Atmega8 berechneten digitalen Wert des Füllstandes von 0-100% in einen analogen Wert und dann wieder in einen digitalen Wert für eine Busanbindung wandeln? So etwa ist eigentlich unnötig und führt unter Umständen zu kleinen Ungenauigkeiten. Nahezu alle Systeme mit einem I2C Busanschluss können die Portexpander PCF8574 ansteuern. Der PCF8574 muss über den I2C Bus als 8 digitale Eingängen gelesen werden. Die unteren 7 Bits liefern den Füllstandswert in Prozent. Das Bit 8 ist immer 1, wenn das Steuermodul und auch der Drucksensor intakt ist. Das Bit 8 sollte schon in der eigenen Software verarbeitet werden. Man würde sonst nie einen Fehler der Drucksonde, des Steuermoduls oder auch nur einen simplen Spannungsausfall mitbekommen. Als Download gebe ich hier eine kleine Software mit. Die habe ich unter Python für einen Raspberry Pi geschrieben. Sie zeigt im einfachen Terminalfenster den Füllstand in Prozent als Liste an bzw. loggt jede Werteänderung des Füllstandes in eine Datei. Das Programm kann jeder umschreiben, weiterverwenden oder … Bitte aber keine Fragen nach warum und wieso. Es soll nur eine kleine Starthilfe für die Raspberry Anwender darstellen und wurde auch aus diesem Grund geschrieben und mit ausreichenden Bemerkungen versehen. Natürlich kann man auch per Arduino oder … die Füllstandswerte aus dem PCF8574 des Steuermoduls lesen. Da auch der I2C Bus bei Leitungslängen ab 50cm eine sauberen Busabschluss benötigt, besitzt das I2C Steuermodul zwei Jumper. Sollte sich das Steuermodul am Ende eine längeren Busleitung befinden und eine Kommunikation nicht möglich sein, sollten Sie die beiden Jumper stecken. Der Bus wird dann auf SDA und SCL mit einem 10KOhm Widerstand gegen 5 Volt gezogen. Die erforderliche Programmierung ist in wenigen Minuten mit den kleinen DIP Schaltern des Steuermoduls gemacht. Das Steuermodul hat auch eine neuere Funktion, die man bei teilbefüllten Zisternen verwenden kann. Wenn sich die Zisterne langsam füllt, wird der steigende Pegel als neuer 100% Wert vollautomatisch angelernt. So etwas macht sich auch bei der Verwendung der Drucksonde in einem Brunnen sehr gut.

Schaltung, Layout und das o.g. Python Beispiel folgt in einigen Tagen.

Steuermodul für eine Hutschinenmontage
Drucksonde mit I2C Busanschluss

der PCF8574 gibt digital den Füllstand zwischen 0 und 100 Prozent aus
Drucksonde mit PCF8574 Busanschluss

die Drucksonde ist schmaler als 6,5 cm - (auch als Brunnensonde nutzbar)
Brunnensonde - Drucksonde - Druckdose als Füllstandsmessung



Begriffsindex

Gleichspannungsversorgung
…ein einfaches Stecknetzteil als Stromversorgung genügt, eine eingebaute Diode schützt vor versehendlicher Falschpolung

12 Volt
…bei der reinen 12 Volt Versorgung wird mit einem Jumper der vorhandene Spannungsregler überbrückt

15-30 Volt
…der Jumper am Spannungsregler 7812 darf dabei nicht gesteckt sein

Messbereich
…die Auflösung beträgt 1 Prozent oder 2cm Füllhöhe

Schaltregler
…es wird im laufenden Betrieb keine merkliche Verlustwärme erzeugt, der Wirkungsgrad dieser Regeltechnik ist äußerst sehr effektiv

50mA
…der Füllstandsmesser verbraucht weniger als 0,5 Watt - Stromkosten etwa 1 Euro/Jahr (0,0005 KW x 24 h x 365 Tage x 0,25 Euro/KWh = 1,09 Euro)

Kabel
…das Kabel der Drucksonde kann beliebig gepolt am Anzeigemodul angeschlossen werden und benötigt keinerlei Kapillarleitung wie bei industriellen Drucksonden. Die Drucksonde kann mit einem Gewicht beschwert werden und muss nicht am Boden befestigt werden.

150m
…die digitale Übertragungstechnik zwischen Drucksonde und Anzeigemodul macht diese gewaltige Länge von 150m möglich

gereinigt
…die verwendete Rohrmuffe verhindert zuverlässig das Eindringen von Schmutz und Schwebestoffen und kann leicht geöffnet und mit Warmwasser ausgewaschen werden

Brunnen
…die Drucksonde ist nur 7cm im Durchmesser und kann damit auch bei Brunnen die Füllhöhe anzeigen

fliessenden
…da nur der Wasserdruck ausgewertet wird, führen Wellen oder Treibgut zu keiner Fehlanzeige.

Regen- , Leitungs- oder Brunnenwasser
…die Drucksonde darf ncht komplett einfrieren, ein Montage in einem unbeheizten oberirdischen Behälter ist bei Frost zu gefährlich

Ab-, Fäkal- oder Schmutzwasser
…die verwendeten Materialien der Drucksonde und des Gummikabels würden sich zersetzen


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