Füllstandsmesser mit Drucksonde als Steuermodul

Füllstandsmessung / Füllstandsauswertung mit einer Drucksonde

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

Varianten

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  • 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 50mA
  • die hydrostatische Drucksonde kann mit einem beliebigen 2-adrigen Kabel bis zu 150m verlängert werden
  • die Programmierung erfolgt über 4 kleine DIP-Schalter
  • der ermittelte Füllstand wird mit einem 0-10 Volt Spannungsausgang linear ausgegeben
  • optional können direkt am Steuermodul 5 LED’s angeschlossen werden. Diese zeigen dann zusätzlich den Füllstand als länger werdende LED Anzeige an
  • alle Einstellungen bleiben bei kurzem oder langen Stromausfall dauerhaft erhalten
  • 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)
  • zwei Zisternenformen (stehende Zisterne, liegende Rundzisterne) sind auswählbar
  • alle integrierten Schaltkreise sind mittels hochwertigen gedrehten Fassungen auf der Leiterplatte verbaut
  • leichte Montage auf einer Hutschine per passendem Gehäuse möglich
  • es kann kein Display und kein Relais angeschlossen werden

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  • 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 50mA
  • die hydrostatische Drucksonde kann mit einem beliebigen 2-adrigen Kabel bis zu 150m verlängert werden
  • die Programmierung erfolgt über 4 kleine DIP-Schalter
  • der ermittelte Füllstand von 0-100% wird mit einem 0-20 mA oder 4-20mA Stromausgang linear ausgegeben
  • optional können direkt am Steuermodul 5 LED’s angeschlossen werden. Diese zeigen dann zusätzlich den Füllstand als länger werdende LED Anzeige an
  • alle Einstellungen bleiben bei kurzem oder langen Stromausfall dauerhaft erhalten
  • 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)
  • zwei Zisternenformen (stehende Zisterne, liegende Rundzisterne) sind auswählbar
  • alle integrierten Schaltkreise sind mittels hochwertigen gedrehten Fassungen auf der Leiterplatte verbaut
  • leichte Montage auf einer Hutschine per passendem Gehäuse möglich
  • es kann kein Display oder Relais angeschlossen werden

Der von mir lange verwendete 4-fach AD Wandler DS2450 wurde vor einiger Zeit vom Hersteller Maxim (ehem. DALLAS) abgekündigt. Zwar wird es noch in den nächsten Jahren genügend käufliche Restexemplare geben, aber Hersteller werden diesen Schaltkreis nicht mehr in Ihrer Treiberbibliotheken pflegen und aufnehmen. Der DS2450 ist als SMD Version unten auf der Leiterseite montiert und die 5 LEDs gehören zur Standardausstattung. Sie zeigen als länger werdender Leuchtbalken den Füllstand zwischen 0-100% zusätzlich optisch an. 

Es sind drei analoge Werte über die 1-Wire Schnittstelle ( DS2450 ) auswertbar.

Eingang A – ist der Füllstand 0-2,5 Volt bei 0-100% Füllstand (Auflösung 1% Schritte)
Eingang B – zeigt, ob das Stermodul mit Spannung versorgt wird (ein/aus)
Eingang C – zeigt, ob eine Störung der Verkabelung oder der Drucksonde vorliegt
Eingang D – unbenutztUnterstrichene Textstellen für eine Erklärungen mit der Maus berühren. Sollte Ihr Browser diese Funktion nicht unterstützen, können Sie weiter nach unten scrollen und sich den Begriffsindex ansehen.

  • 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 50mA
  • die Drucksonde kann mit einem beliebigen 2-adrigen Kabel bis zu 150m verlängert werden
  • die Programmierung erfolgt über 4 steckbare Jumper
  • der ermittelte Füllstand wird mit einem 0-2,5 Volt Spannungsausgang an den 1-Wire Baustein DS2450 linear ausgegeben
  • optional können direkt am Steuermodul 5 LED’s angeschlossen werden. Diese zeigen dann zusätzlich den Füllstand als länger werdende LED Anzeige an
  • alle Einstellungen bleiben bei kurzem oder langen Stromausfall dauerhaft erhalten
  • 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)
  • zwei Zisternenformen (stehende Rund- oder Rechteckzisterne, liegende Rundzisterne) sind auswählbar
  • es kann kein Display oder Relais angeschlossen werden
  • nutzbar auch bei IP-Symcon

Der von mir lange verwendete 4-fach AD Wandler DS2450 wurde vor einiger Zeit vom Hersteller Maxim (ehem. DALLAS) abgekündigt. Zwar wird es noch in den nächsten Jahren genügend käufliche Restexemplare geben, aber Hersteller werden diesen Schaltkreis nicht mehr in Ihrer Treiberbibliotheken pflegen und aufnehmen. Aus diesem Grund habe ich hier einen anderen AD Wandler verwendet. Der DS2438 (Smart Battery Monitor) ist sehr verbreitet, gut erhältlich und kann über längst vorhandene Treiber in vielen Produkten ( FHEM, Loxone, IP-Symcon ) problemlos genutzt werden. Im DS2438 verwende ich aber nur einen der vorhandenen AD Wandler. Da noch etwas Platz auf der Leiterplatte war, habe ich gleich zwei dreipolig WAGO Klemmen für den 1-Wire Busanschluss und einen zusätzlichen Jumper für eine eventuell notwendige Busterminierung mit 4,7KOhm vorgesehen. Die beiden WAGO Klemmen könnten das ankommende Bussignal über das Steuermodul der Drucksonde führen und dann könnte es zu weiteren Sensoren weitergehen. Bei Busende oder Busabschluss mit dem Steuermodul der Drucksonde, kann der Jumper gesteckt und so eine ordentliche Terminierung realisiert werden. Der DS2438 ist als SMD Version unten auf der Leiterseite montiert und die 5 LEDs gehören zur Standardausstattung. Sie zeigen als länger werdender Leuchtbalken den Füllstand zwischen 0-100% zusätzlich optisch an.

Unterstrichene Textstellen für eine Erklärungen mit der Maus berühren. Sollte Ihr Browser diese Funktion nicht unterstützen, können Sie weiter nach unten scrollen und sich den Begriffsindex ansehen.

  • 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 50mA
  • die Drucksonde kann mit einem beliebigen 2-adrigen Kabel bis zu 150m verlängert werden
  • die Programmierung erfolgt über 4 kleine DIP-Schalter
  • der ermittelte Füllstand wird mit einem 0-2,5 Volt Spannungsausgang über die 1-Wire Schnittstelle linear ausgegeben
  • optional können direkt am Steuermodul 5 LED’s angeschlossen werden. Diese zeigen dann zusätzlich den Füllstand als länger werdende LED Anzeige an
  • alle Einstellungen bleiben bei kurzem oder langen Stromausfall dauerhaft erhalten
  • 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)
  • zwei Zisternenformen (stehende Rund- oder Rechteckzisterne, liegende Rundzisterne) sind auswählbar
  • es kann kein Display oder Relais angeschlossen werden
  • nutzbar auch bei IP-Symcon

Das besondere an diesem Steuermodul ist der Fakt, dass der im Atmega8 berechnete Füllstandes von 0-100% nicht erst per PWM in einen analogen Wert und dann wieder in einen digitalen Wert (über einen AD Wandler) für eine Busanbindung gewandelt wird. Unter Umständen könnte das hin und herwandeln zu kleinen Ungenauigkeiten führen. Es wäre aber erforderlich, dass die eigene Steuereinheit, die den 1-Wire Bus abfragt, den eingesetzten DS2408 abfragen kann. Es werden dann einfach alle 8 digitale Eingängen gelesen. 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 anderen Schaltungen die Füllstandswerte des Steuermoduls lesen. Da auch der 1-Wire Bus bei Leitungslängen ab 50cm eine sauberen Busabschluss benötigt, besitzt das Steuermodul einen Jumper. Sollte sich das Steuermodul am Ende eine längeren Busleitung befinden und eine Kommunikation nicht möglich sein, sollten Sie den Jumper stecken. Der Bus wird dann mit einem 4,7KOhm Widerstand gegen die positive Spannung 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.

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.

22.02.2021 neues Auslesebeispiel (Raspberry per Python) vom Steuermodul mit I2C Busanbindung per PCF8574
28.01.2020 Anleitung, Schaltung, Raspberry PI Beispielsoftware eingestellt – für Füllstandsmesser One-Wire DS2408 Bus
01.01.2020 neues Steuermodul für Füllstandsmesser mit digitalem DS2408 ( One-Wire ) Busausgang
30.03.2018 Raspberry Python Beispielsoftware I2C Beispielsoftware mit PCF8574 eingestellt
04.02.2018 Webseite 1-Wire Füllstandsmesser nun mit DS2438
28.01.2018 neues Steuermodul mit I2C Busanbindung per PCF8574
12.10.2017 Idee – neues Drucksonden Steuermodul mit digitalem Ausgang per PCF8574 (I2C Bus)
02.08.2017 neues 1-Wire Steuermodul mit AD Wandler DS2438 – Layout erstellt
01.11.2016 neue kleine Minidisplay Bluetoth APP – nun auch an den Steuermodulen 0-10 Volt nutzbar
02.01.2016 für alle Drucksteuermodule habe ich neues Layout entwickelt – genau passend für die Hutschienengehäuse
02.01.2016 neues Steuermodul 0-20mA und 4-20mA bei 0-100% Füllstand für die Druckdose/Drucksonde
26.08.2015 neue Automatikfunktion bei den Steuermodulen – Selbstjustage bei Teilbefüllungsmontage der Drucksonde
22.06.2014 vorprogrammierte Brunnenfunktion für alle Drucksteuermodule – 0-10m Wassertiefe mit 0-10 Volt Spannungsausgabe
12.02.2013 Softwareanpassung Steuermodule – Umschaltung zwischen 0-10 Volt oder 2-10 Volt bei 0-100% Ausgabe
29.01.2013 Füllstandsmesser mit Drucksonde und 1-Wire funktioniert
06.01.2013 Schaltung, Layout und Leiterplatte für Drucksonde mit 1-Wire-Steuermodul fertig
25.11.2012 Planung – Füllstandsmesser mit 1-Wire Anschluss über DS2450 (z.B. für IP-Symcon)
03.02.2011 erster Dauertest des neuen Füllstands-Drucksensor hat begonnen

Steuermodul mit analogem 0-10 Volt Ausgang
Anleitung / Beschreibung als PDF
Schaltungen als PDF

Steuermodul mit analoger 4-20mA Stromschnittstelle
Anleitung / Beschreibung als PDF
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Steuermodul mit OneWire Busanschluss über DS2450
Anleitung / Beschreibung als PDF
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Steuermodul mit OneWire Busanschluss über DS2438
Anleitung / Beschreibung als PDF
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Steuermodul mit OneWire Busanschluss und digalem Ausgang über DS2408
Anleitung / Beschreibung als PDF
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Raspberry PI Beispielsoftware in Python mit Logfunktion (2Kb)

Streuermodul mit I2C Busanschluss über PCF8574
Anleitung / Beschreibung als PDF
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Raspberry PI Beispielsoftware mit Logfunktion (Version 1)
Raspberry PI Beispielsoftware mit Logfunktion (Version 2 – 2021)