hydrostatischer LCD Füllstandsmesser mit Drucksonde (auch für Brunnen verwendbar)
Füllstandsmessung / Füllstandsanzeige mit einer Drucksonde / Druckdose
Auch über den Wasserdruck ( Hydrostatisch ) kann man komfortabel und völlig wartungsfrei die Höhe des Füllstandes ( 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 eine Anzeige- und Steuereinheit 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
Wird die Füllstandsanzeige mit dem WLAN Modul erweitert, kann dieser auch per MQTT mit der Automatisierungssoftware ioBroker, IP-Symcon, FHEM oder einem MQTT Broker auf Basis von Mosquitto kommunizieren.
aktuellste und neueste Weiterentwicklungen
— 30.09.2023 —
Auf IOS Geräten ( iPhone und iPad ab IOS Version 15 ) kann ein Widget angezeigt werden, welches die Daten vom Füllstandsmesser darstellt.
Um so ein Widget einzurichten muss der Füllstandsmesser mit dem WLAN Modul ausgestattet werden und seine Daten zu Ihrem kostenfreien Thingspeak Cloud Account senden. Das Widget auf dem IOS Gerät verwendet die IOS App Scriptable. Hier fügt man einen JavaScript Code ein und übergibt dem Widget die Daten vom Thingspeak Account. Zyklisch wird der Füllstand aktualisiert und der konfigurierbare zeitliche Verlauf mit einem Graphen gezeigt. Die Größe des Widgets, die Farbdarstellung und der Graph kann über Daten oder das Java Script angepasst werden.
Das hier gezeigte Bild vom Widget zeigt den aktuellen Füllstand meiner Zisterne am 30.09.2023 und den Verlauf der letzten 14 Tage an. Der HEX Code der verwendeten blauen Farbgebung lautet #46AFD5 und wurde im Java Script an Zeile 54 angepasst. Die Hintergrundfarbe des Widgets kann man in Zeile 131 verändern.
— 17.08.2023 —
Der Füllstandsmesser kann über das WLAN Modul seine Daten per MQTT auch an eine IP-Symcon Homeautomatisierung senden. In diesem Video wird die Einrichtung von IP-Symcon Schritt für Schritt gezeigt.
Video WLAN Client einrichten
Video WLAN und MQTT Client einrichten
Video WLAN und Thingspeak einrichten – die Android APP kann hier oder weiter unten bei den Downloads geladen werden
— 30.08.2022 —
Der Füllstandsanzeiger kann nun in der Softwareversion V2.01 vom WLAN Modul seine Daten per MQTT Protokoll an ioBroker, Mosquitto oder FHEM senden. Man die Intervalle frei wählen, an der die Daten zum ioBroker gesendet werden. Auch eine Authentifizierung mit Benutzername + Passwort ist nun möglich. Der MQTT Port 1883 kann beliebig angepasst werden. Ich habe mir einen ioBroker auf einem Raspberry Pi eingerichtet. Fünf Datenpunkte werden bereitgestellt. (Füllprozente, Füllhöhe, Füllmenge, Schaltzustand Relais 1 und Relais 2) In der Softwareversion V2.01.00 kann nun zwischen drei Anwendungen gewählt werden. (Webserver, Cloudservice mit Thingspeak Account, universeller MQTT Client – geeignet/getestet für ioBroker , Mosquito und FHEM)
— 09.09.2021 —
WLAN Modul mit neuer Softwareversion ( V2.00)
zwei Funktionen in einer Software wählbar
a) Jederzeit im eigenen Heimnetzwerk mit PC, Laptop, Handy oder Tablett den Füllstand der Zisterne kontrollieren und aufrufen.
b) Übertragen der Füllstandsdaten mit MQTT in die Cloud – kostenfreie Langzeitpegelstandsaufzeichnung, Anzeige über Android APP und Auswertung der Daten mit Raspberry oder ESP (Arduino Beispiele)
download der Kurzanleitung WLAN Modul als PDF (259 KB)
— 06.09.2021 —
Cloud-Daten sinnvoll nutzen (Android APP, Raspberry, ESP)
download MQTT Anwendungen als PDF (251 KB)
Der hier gezeigte Graph (Nutzung der Clouddaten) zeigt den Füllstand meiner 6000 Liter Zisterne der letzten 365 Tage an. (die Aufzeichnung hat aber erst am 07.01.2021 begonnen) Wenn man die Datenpunkte mit der Maus berührt, kann man das Datum und den genauen Datenwert ablesen.
Das LCD Anzeigemodul kann auch so aufgebaut werden, dass man es mit einem Hutschienenhalter direkt auf die Hutschiene im Schaltschrank klipsen kann. Anwender die einen Loxone Miniserver verwenden, könnten dann das Anzeigemodul und die Loxone nebeneinander montieren. Auch die Versorgungsspannung des Loxone Miniservers von 24 Volt DC kann für den Füllstandsmesser gleich mitbenutzt werden.
Kurzbeschreibung aller Funktionen
Unterstrichene Textstellen für eine Erklärungen mit der Maus berühren.
- einfache Gleichspannungsversorgung über 12 Volt, oder 15-30 Volt
- der Messbereich der Füllhöhe kann zwischen 0 und 10m liegen
- der eingesetzte Schaltregler reduziert die Stromaufnahme auf unter 100mA
- die Drucksonde kann mit einem beliebigen 2-adrigen Kabel bis zu 150m verlängert werden
- zwei völlig frei programmierbare Schaltrelais mit 10A Schaltstrom
- beleuchtetes zweizeiliges LCD Display zeigt wählbare Füllstandsinformationen an
- Füllmenge, Füllhöhe, Füllprozente, Bargraph der Füllmenge und der Relaiszustand werden angezeigt
- bei den Relais ist eine Hysteresefunktion auswählbar
- beide Relais können auch über die vorhandene Taster handbetätigt werden
- eine Sicherheitsfunktion erkennt einen Kabelbruch oder eine lose Klemmstelle zur Drucksonde
- alle Einstellungen bleiben bei kurzem oder langen Stromausfall dauerhaft erhalten
- die notwendigen Einstellungen werden kinderleicht über die beiden Taster eingegeben
- das Gerät ist für den Dauereinsatz (Sommer/Winter) im Aussenbereich konstruiert
- es gibt zahlreich steckbare Erweiterungsmodule. (0.10V Analogausgang, 1-Wire Bus, Bluetooth, WLAN, RS232 seriell)
- die Drucksonde ist komplett vergossen und kann bei Bedarf leicht gereinigt werden
- eine Messung in engen Brunnen oder auch in fliessenden Gewässern ist möglich
- die Drucksonde darf nur in Regen- , Leitungs- oder Brunnenwasser eingesetzt werden (nicht bei Ab-, Fäkal- oder Schmutzwasser)
- eine Notbewegungsfunktion verhindert das Festfressen von Pumpen und Ventilen
- mit der integrierten Systemuhr kann man über die steckbare serielle Schnittstelle oder per MQTT WLAN Modul Füllstandsdaten aufzeichnen und mitloggen
- das Anzeigemodul passt optimal in das BOPLA Gehäuse M215G
- verschieden Zisternenformen auswählbar, beste Auflösung bei einer Zisterne von 2 bis 10m
Erweiterungsmöglichkeiten mit steckbaren Modulen
Es kann eine Erweiterung auf das Anzeigemodul gesteckt werden
0-10 Volt Spannungsausgabe bei 0-100% Füllstand – ideal für den Anschluss an eine eigene SPS oder Loxone. Auch viele Home-Matic Systeme gestatten es, externe Sensoren mit 0-10 Volt Signal einzubinden. Da Spannungssignal ist kurzschlussfest und kann auch über grosse Entfernungen übertragen werden.
WLAN Modul – diese Schnittstelle arbeitet mit einem ESP8266-01 und ermöglicht drei verschiedene Betriebsarten.
ST Mode – Stationsmode verbinden Sie den Füllstandsmesser mit Ihrem Heimnetzwerk. An jedem Netzwerkgerät in Ihrem Netz können Sie die Webseite des Füllstandsmessers aufrufen.
MQTT zu ThingSpeak – auch hier wird der Füllstandsmesser wieder mit Ihrem WLAN verbunden, sendet aber an eine kostenfreie Cloud seine Daten. Mit meiner APP können Sie die Daten weltweit empfangen und sich anzeigen lassen. Die MQTT Daten der Cloud könnte man auch mit eigenen Raspberry oder ESP Anwendungen weiterverarbeiten. Hier habe ich eine passende Anwendungsanleitung geschrieben.
universal MQTT Client – es kann der Datenport, eine Authentifizierung mit Benutzername + Passwort, der Sendeintervall und der Topic frei festgelegt werden. Getestet mit ioBroker.
WLAN Software Arduino – mit meinem Software-Beispiel können Arduino Nutzer eigene Anwendung schreiben. Alle Werte des Füllstandsmessers werden in INT Werten zur Verfügung gestellt.
Bluetooth Schnittstelle – wenn diese kleine Erweiterung gesteckt ist, können Sie über meine kostenfreie Android APP die Daten der Zisterne bequem per Handy abrufen.
RS232 Schnittstelle – die seriellen Signale können mit genormten -12Volt und +12Volt Signalpegel über grosse Entfernungen sicher übertragen werden. Übertragen wird mit 9600 Baud, 8 Bit, keiner Parität und einem Stoppbit übertragen. Der Anschluss erfolgt über eine D-SUB 9 Buchse.
OneWire Bus mit DS2450 – ermöglicht einen Anschluss an einen vorhandenen 1-Wire Bus über den 4-fach AD Wandler DS2450.
OneWire Bus mit DS2438 – ermöglicht einen Anschluss an einen vorhandenen 1-Wire Bus über den AD Wandler DS2438.
Direktanschluss an einen Raspberry PI – mit nur zwei Widerständen erfolgt die Pegelwandlung von 5 Volt auf 3,3 Volt. Der Raspberry würde durch die 5 Volt Signale des Füllstandsmessers sonst Schaden nehmen. Im Raspberry selbst werden diese seriellen Signale über eine Schnittstelle eingelesen. Ein Beispielprogramm kann hier geladen werden. Aber ACHTUNG ! Das Kabel zwischen Füllstandsmesser und Raspberry darf nicht länger als 2m sein.
Downloads
download der kompletten Anleitung und Beschreibung als PDF (244 KB)
download der Schaltungen vom Anzeigemodul als PDF (172 KB
download Schaltung WLAN Modul mit ESP8266-01 – PDF (29 KB)
download Python Script für Kopplung mit einem Raspberry Pi (1 KB)
Anleitungen WLAN Erweiterungsmodul Softwareversion
aktuell:
download Anleitung WLAN Modul (ST + MQTT + ioBroker, FHEM, IP-Symcon, Mosquitto) Version 2.02 als PDF (264KB)
älter:
download Anleitung WLAN Modul (ST + MQTT + ioBroker, FHEM, IP-Symcon, Mosquitto) Version 2.01 als PDF (267 KB)
download Anleitung WLAN Modul (ST + MQTT Version) Version 2.00 als PDF (224 KB)
download Anleitung WLAN Modul (ST Version 1) Version 1.00 als PDF (216 KB)
download Anleitung WLAN Modul (MQTT Version 1) Version 1.00 als PDF (240 KB)
Android APPs für das WLAN-Modul
download APP für WLAN Modul (Anzeige Cloud-Daten von Thingspeak) als APK Datei (3,9 MB)
…wenn man eine zweite Zisterne mit MQTT Anbindung hat – APP2 für WLAN Modul (Anzeige Cloud-Daten von Thingspeak) als APK Datei (3,9 MB)
Android APPs für das Bluetooth-Modul
download APP für Bluetooth-Modul als APK Datei (3,7 MB)
download einfache APP für Bluetooth-Modul (nur Anzeige von Prozentwert) als APK Datei (3,7 MB)
…wenn man eine zweite Zisterne mit Bluetooth-Modul hat – APP2 für Bluetooth-Modul als APK Datei (3,7 MB)
…wenn man eine zweite Zisterne mit Bluetooth-Modul hat – einfache APP2 für Bluetooth-Modul (nur Anzeige von Prozentwert) als APK Datei (3,7 MB)
Gern sende ich Ihnen ein freies und universelles Arduino Softwarebeispiel für den ESP8266-01 zu. Mit diesem können Sie eigene Ideen und Aufgaben umsetzen. Alle Werte vom Füllstandsmesser sind als einzelne INT Variablen nutzbar.
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
100mA
…der Füllstandsmesser verbraucht weniger als 1 Watt – Stromkosten etwa 2 Euro/Jahr (0,001 KW x 24 h x 365 Tage x 0,25 Euro/KWh = 2,19 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
Schaltrelais
…über die beiden Taster wird der Schaltpunkt zwischen 0 und 150% eingestellt, dabei kann der Relaiskontakt auf Wunsch geöffnet oder geschlossen werden
10A
…auch 230 Volt Netzspannung kann direkt geschalten werden. Lassen Sie aber die Installationsarbeiten von einem qualifizierten Fachmann ausführen.
Füllstandsinformationen
…das Display kann so eingestellt werden, dass die Füllhöhe/Füllprozente, die Füllprozente/Füllmenge oder die Füllmenge/Füllhöhe angezeigt wird
Bargraph
…eine waagerechte Balkenanzeige informiert graphisch über den aktuellen Füllstand
Relaiszustand
…im Display wird jederzeit der Schaltzustand der beiden Relais 1 und 2 angezeigt
Hysteresefunktion
…diese Funktion ermöglicht unterschiedliche Schaltfunktionen für ein und aus. Beispiel: Das Relais soll bei 10% die Nachspeisung einschalten und bei 20% wieder abschalten.
handbetätigt
…wird auf eine der beiden Tasten gedrückt, schaltet das passende Relais um
Sicherheitsfunktion
…damit wird zuverlässig verhindert, dass ein unterbrochenes Kabel und die damit verbundene Fehlsteuerung den Keller überflutet oder die Zisterne unsinnig füllt
Stromausfall
…alle Einstellungen werden in einem EEPROM gespeichert. Sie können also auch den Füllstandsmesser mit einer Batterie versorgen und nur bei Bedarf einschalten. Die Nutzung der Relaisfunktion macht dann aber keinen Sinn.
Dauereinsatz
…das LCD Anzeigemodul kann im Aussenbereich montiert werden und verträgt problemlos -30 Grad im Winter und sommerliche Hitze. Die pralle Sommersonne sollte aber nicht dauerhaft auf das LCD Display scheinen.
Erweiterungsmodule
…wie beim Ultraschall-Anzeigemodul kann je eins der optionale Erweiterungen gesteckt werden. (WLAN, Bluetooth, seriell, 1-Wire und 0-10 Volt Spannungsausgabe)
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 nie 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
Notbewegungsfunktion
…diese abschaltbare Funktion schaltet etwa alle 6 Tagen beide Relais für wenige Sekunden um. Ich verhindere damit wirkungsvoll, dass angeschlossene Pumpen oder Ventile durch die Nichtbenutzung festgehen
Systemuhr
…die Systemuhr läuft, wenn die Spannung des Anzeigemoduls eingeschalten ist. Sie kann auf die aktuelle Zeit + Datum eingestellt und justiert werden. Alle seriellen Datensätze sind mit einem Zeitstempel versehen.
seriellen Schnittstelle
…eine genormte RS232 Schnittstelle liefert serielle Daten mit 9600 Baud. über zusätzliche einfache USB Adapter können auch PCs verwendet werden, die keine seriellen Anschlüsse mehr haben. Das RS232 Kabel darf dabei nicht länger als 5m sein.
M215G
…Das Gehäuse mit dem klaren Deckel für das Anzeigemodul kann ich nicht mitliefern, man kann aber auch beliebige andere Gehäuse aus dem Baumarkt verwenden oder es direkt bei www.bopla.de oder www.conrad.de (Nr.:02215100) bestellen
Zisternenformen
…zwei Zisternenformen (stehende Zisterne, liegende Rundzisterne) sind vorprogrammiert eine beliebige eigene Zisternenform kann ebenso verwendet wer
24.02.2021 Softwarebeispiele (siehe weiter oben) der eigenen Clouddaten mit Raspberry, ESP oder Android APP
01.02.2021 WLAN Modul funktioniert einwadfrei un zeigt im eigenen WLAN Netz jederzeit den Füllstand der Zisterne
03.01.2021 Planung – ESP8266 Modul soll Füllstandsdaten an einen MQTT Server senden und visualisieren _ Langzeitspeicherung
10.11.2020 Schaltung / Software WLAN ESP8266-01 Modul als AP- oder STATIONS-Mode fertig
11.05.2020 neues WLAN Modul für Füllstandsmesser mit LCD Display – ESP8266 mit freier Software für eigene Entwicklungen
04.02.2018 Webseite OneWire Füllstandsmesser nun mit DS2438
26.12.2017 Füllstandsmesser APPs neu programmiert – jetzt mit Speicherung des BT-Devices
01.11.2016 neue kleine Minidisplay Bluetoth APP nutzbar
11.09.2016 APP überarbeitet – nun mit zusätzlicher Bargraphanzeige
16.08.2016 Bluetooth Display – Daten bequem mit einer eigenen Android APP ablesen
08.07.2016 Idee einer Bluetooth Android APP um Füllstandsdaten der Füllstandsmesser bequem anzuzeigen
03.04.2015 alle Anzeigemodule mit zwei Varistoren
22.08.2014 Test – 230 Volt Varistoren als Relaisschutz
12.05.2013 Steckmodul 1-Wire Schnittstelle (auch für IP-Symcon)
12.08.2012 diese Webseite wird erstellt und erscheint im Netz
04.04.2012 die SPS-Idee – Steuermodul ohne LCD Anzeige nur mit 10 Volt Ausgang
28.03.2012 erstes System wird bei Freunden installiert
05.01.2012 ein neuer Sensortyp verrichtet wunderbar seinen Dienst
12.09.2011 viele sinnlose Versuche, keine brauchbare Ergebnisse
07.01.2011 die erste Softwareversion ist fertig
08.06.2010 Versuche mit Drucksensoren
serielle Bluetooth Module HC-05 und HC-06 ( GW-040 )
Die beiden Bluetooth Modul HC-05 und HC-06 sind oft verwendete serielle Kommunikationsmodule um eigene oder selbst entwickelte Schaltungen per APP mit einem Smartphone zu verbinden. Die beiden Module unterscheiden sich nicht nur in der Bezeichnung, sondern auch durch die Anzahl der Anschlüsse. Ein HC-05 Modul hat 6 Pins mit einem kleinen Taster und beim HC-06 Modul sind nur 4 Pins vorhanden. Einen Taster findet man hier nicht. Beide Bluetooth Module sind bei meinem Füllstandsmesser sofort ohne jegliche Konfiguration verwendbar. Auch die Software im Füllstandsmesser beinhaltet schon alle notwendigen Kommunikationsaufgaben. Für eine Verbindung zwischen Füllstandsmesser und HC-05 oder HC-06 Modul ist nur eine dreiadrige Leitung notwendig. Sollte der Optionsport am Füllstandsmesser mit Drucksonde noch frei sein, kann hier eine kleine Leiterplatte mit dem aufgelöteten Bluetooth Modul gesteckt werden. Im Lieferzustand haben die beiden Bluetoothmodule HC-05 und HC-06 als Kennung nur ihre Bezeichnung und der Pin lautet 1234. Im folgenden Teil stelle ich die Konfigurationsmöglichkeit beider Module vor. Im Internet habe ich zwar viele Anleitungen gefunden, aber das einfachere HC-06 wollte sich einfach nicht programmieren ( command mode ) lassen. Ziel war es, dem Modul einen eigenen Namen und eine geänderte Pin zu verpassen.
HC-05
HC-06
HC-05 Modul
Dieses HC-05 Modul kann sowohl als Bluetooth Master und Slave betrieben programmiert werden. Als Master könnte es somit auch selbstständig eine Verbindung zu einem anderen Bluetooth Modul aktiv aufbauen. Diese Funktion wird aber in meiner Anwendung nicht verwendet und benötigt. Als USB Serial Wandler verwende ich gern Module mit FTDI232 Chipsatz und als kostenfreie Windowsterminalprogramm Termite.(Google hilft „termite seriell“)
Den Command Mode startet man bei HC-05 über den vorhandenen Taster. Der Taster muss gedrückt sein, wenn an das Modul eine Spannung gelegt wird. Die beiden LEDs blinken nur seht viel langsamer als im Normalbetrieb. TX und RX muss gekreuzt angeschlossen werden. Siehe Bild weiter unten. Die Baudrate muss auf 38400 (8N1) Baud und „CR+LF“ anhängen eingestellt werden. Nach einem simplen „at“ antwortet das Modul sofort mit „ok“. Nun kann über die Befehle „at+name=NeuerName“ und „at+pswd=4567“ ein neuer Name und eine neue Pin programmiert werden. Das HC-05 Modul antwortet jewails mit „ok“. Mit dem Befehl „at+reset“ arbeitet das Modul wieder im normalen Betrieb. Ist ein HC-05 Modul gekoppelt blinken die LEDs mit einem Doppelblinken.
HC-06 Modul
Das HC-06 Modul kann nur als Bluetooth Slave verwendet werden. Da es keinen Taster besitzt kann es nur über einen kleinen Trick programmiert werden. Selbst wenn ein Taster nachträglich eingelötet wird, ist die Funktion vom HC-05 nicht nutzbar.
Der Command Mode muss nicht extra gestartet werden. Einfache Programmierbefehle können direkt über Großbuchstaben bei 9600 Baud an das Modul gesendet werden. Dabei muss aber die Baudrate auf 9600 (8N1) Baud und „nichts“ anhängen eingestellt werden. Es wird nicht mit 38400 Baud programmiert ! Ebenso dürfen als Befehle nur grosse Buchstaben verwendet werden und das „=“ Zeichen als Zuweoisungsoperator entfällt. Mit „AT+NAMENeuerName“ kann der Name und mit „AT+PIN5678“ der Pin geändert werden. Die Antwort vom Modul ist OKsetname / OKsetPIN.
Hier kann man sehen, wie der Anschluss für die Programmierung erfolgt
