Füllstandmessung mit einem
Drucksensor TL-136 & Tasmota
Die Messung des Wasserstandes in einer Zisterne oder einem ähnlichen Behälter ist ein Thema, mit dem sich viele Heimwerker auseinandersetzen. Ich habe bereits mehrere Videos zu diesem Thema veröffentlicht, und jeder der dort gezeigten Sensoren hat nach wie vor seine Berechtigung. Doch es gibt auch Situationen, in denen diese Sensoren einfach nicht die gewünschten Ergebnisse liefern.
Die bisherigen Lösungen basierten stets auf dem Prinzip der Ultraschallmessung. Dabei wird ein Signal oder Ton ausgesendet, und der Sensor misst die Zeit, bis das Signal zurückreflektiert wird (Echo). Durch diese kleine Zeitdifferenz kann die Entfernung zum Ziel berechnet werden.
In den meisten Fällen funktioniert dieses Verfahren gut – doch es gibt Situationen, in denen es Probleme geben kann, insbesondere wenn Platzprobleme auftreten. Der Schallwinkel des Ultraschalls kann dazu führen, dass die Schallwellen durch Seitenwände oder nahe Objekte reflektiert werden, was zu Fehlmessungen führen kann.
Genau das war bei mir der Fall, weshalb ich mich entschied, auf einen anderen Sensor zurückzugreifen.
Vor etwa zwei Jahren haben wir unsere alte Ölheizung gegen eine Gas-/Wärmepumpen-Hybridheizung ausgetauscht. Der 16.000-Liter-Öltank musste jedoch im Boden bleiben, da das Ausgraben aus wirtschaftlichen Gründen nicht möglich war.
Anstatt den Tank stillzulegen oder mit Steinmehl zu verfüllen – was aufgrund der Lage nötig war, war ebenfalls keine Option. Deswegen haben wir uns entschieden, den Öltank zu einer Regenwasserzisterne umzubauen.
Dies ist relativ einfach und kostengünstig im Vergleich zum Verfüllen oder Stilllegen des Tanks. Wir wählten eine Regenwasser-Innenhülle von Afriso, die speziell dafür entwickelt wurde, alte Öltanks in Regenwasserzisternen umzuwandeln.
Der Umbau war also schnell erledigt, aber die Herausforderung blieb: Ich konnte keinen Ultraschallsensor installieren, weshalb ich mich für den Einsatz eines Drucksensors entschied.
Der TL-136 Drucksensor ist relativ wartungsarm und einfach in Betrieb zu nehmen. Die einzige Herausforderung besteht darin, dass man etwas Löten können muss, da mehrere Module miteinander verbunden werden müssen.
Schaltung und Bauteile
Die Schaltung besteht aus (Affiliate-Links) :
- Ducksensor
- ESP8266 D1 Mini
- DC-DC Step-Up-Modul
- Strom-Spannungs-Wandler (SzS-Modul)
- Weitere Komponenten wie Platine, Terminalblöcke, Gehäuse, Draht, und Netzteil
Die Kosten für alle Komponenten belaufen sich auf
ca. 50-80 €, abhängig davon, was man bereits hat und wo man die Teile kauft. Ich habe alle Komponenten über Amazon bestellt und verlinke euch die Teile, die ich verwendet habe.
Aufbau und Löten
Sobald alle Komponenten beisammen sind, beginnt der eigentliche Spaß: das Löten.
Wichtig ist, dass man sich vorher im Klaren darüber ist, wie viel Platz man hat, und dass das Platinen-Layout auf das Gehäuse abgestimmt wird.
Ich habe mich für eine Lochstreifenplatine entschieden.
WICHTIG! Achte darauf, dass alle Leiterbahnen, die nicht miteinander verbunden sein sollen, unterbrochen werden.
Die Schaltung an sich ist recht einfach:
- Unten rechts befindet sich die Spannungsversorgung (blaue und rote Kabel).
Das Ganze wird bei mir mit einem 4,5V Netzteil einer LED-Lichterkette versorgt. - Diese 4,5V versorgen den ESP8266 über den 5V Pin. Das DC-DC Modul (Oben) wird mit den 4,5V auf der „IN“-Seite ebenfalls davon versorgt.
- Das Modul wandelt die 4,5V auf der Ausgangsseite in 24V um, die dann das Strom-zu-Spannung (SzS-Modul) und den Drucksensor versorgen.
- Die Ausgangsspannung kann mittels Poti am Modul und einem Multimeter eingestellt werden (noch nicht machen!)
Mit den 24V der Ausgangsseite (OUT) versorgen wir das Strom-zu-Spannung (SzS-Modul) Modul
mit 24V auf VCC (Rot-Weißes Kabel) und Gleichzeitig auch unseren Drucksensor.
Achtung!
Der Drucksensor wir einmal Direkt mit den 24V versorgt (Rotes-Weißes Kabel) und das Schwarze-Weiße Kabel kommt auf +I auf dem SzS-Modul.
An die Klemme -I und am Terminalblock des SzS-Modul wird GND angeschlossen.
GND kann in der ganzen Schaltung miteinander verbunden werden.
Schließlich muss das gemessene Signal (die Spannung/VOUT) an den ESP8266 weitergegeben werden.
Diese Spannung darf maximal 3,3V betragen und wird an den GPIO A0 des ESP8266 (gelbes Kabel) angeschlossen.
Der ESP8266 verträgt am A0 normalerweise nur maximal 1V, aber auf dem D1 Mini ist ein Spannungsteiler integriert, sodass auch 3,3V an diesem Pin anliegen können.
Vorbereitung und Feineinstellungen
Bevor du den ESP und den Drucksensor mit Spannung versorgst, stelle sicher, dass alle Unterbrechungen im Platinen Layout vorgenommen wurden.
Achte darauf, dass alle Verbindungen der linken und rechten GPIOs des ESP zu trennen sind.
Hier ist meine empfohlene Vorgehensweise:
- ESP und Drucksensor abklemmen/entfernen.
- Spannung anlegen und Netzteil anschließen.
- 24V am DC-DC Modul auf der Ausgangsseite einstellen.
- Spannungsversorgung wieder trennen und Drucksensor anschließen.
- Spannung wieder anschließen.
Drucksensor darf nicht eingetaucht sein!
Nun kannst du als erstes das Poti „Zero“ einstellen. Messe die Spannung am VOUT und drehe das Poti „Zero“, bis du 0 mV erhältst (mit einer Toleranz von +-10mV).
Danach musst du das Poti „SPAN“ einstellen. Dieses Poti begrenzt die Ausgangsspannung am VOUT. Die einfachste Methode ist, den Sensor in die volle Zisterne einzutauchen und den Wert auf 3,3V zu begrenzen. Wenn die Zisterne nicht voll ist, kannst du ein HT-Rohr in passender Länge verwenden.
In meinem Fall habe ich ein 1,6 m langes HT-Rohr genommen, es mit Wasser gefüllt und den Sensor vollständig eingetaucht. Danach habe ich das Poti „SPAN“ so lange gedreht, bis die Spannung am VOUT 3,3V betrug.
Nun ist die grobe Kalibrierung abgeschlossen, und wir können uns dem ESP und Tasmota widmen.
Tasmota / Tasmotizer und ESP8266
Der nächste Schritt ist das Flashen des ESP8266 mit der passenden Tasmota-Firmware. Wenn du ein Display oder andere Sensoren anschließen möchtest, solltest du entweder die Tasmota-Display-Version oder die Tasmota-Sensor-Version verwenden.
Der Drucksensor funktioniert mit jeder Tasmota-Firmware.
Zum Flashen nutze ich das Tool Tasmotizer.
Nachdem du Tasmota geflasht hast, musst du den
GPIO A0 (GPIO 17) in den Modul-Parametern von Tasmota konfigurieren.
Wähle im Drop-Down-Menü „ADC Input“ aus.
Nachdem du die Konfiguration gespeichert hast, kannst du den ESP auf die Platine setzen.
In Tasmota sollte dir nun der Wert „Analog0 1024“ angezeigt werden, wenn der Sensor in die maximale Tiefe (bei mir 1,6m) eingetaucht ist. Wenn der Sensor nicht eingetaucht ist, sollte der Wert nahe 0 liegen.
Feineinstellungen und Umrechnung
Es sind noch einige Feineinstellungen möglich, aber auch ohne sie sollte die Messung mit einer Genauigkeit von +- 1-2 cm ziemlich genau sein.
Wenn du die Messwerte in eine für den Menschen verständlichere Einheit konvertieren möchtest, kannst du dies mit dem Befehl „ADCparam“ tun.
In den Modul-Parametern von Tasmota stellst du A0 (GPIO 17) von „ADC Input“ auf „ADC Range“. Speichere die Konfiguration und starte den ESP neu.
Dann gehe in die Tasmota-Konsole und gib den folgenden Befehl ein:
adcparam 6,0,1024,0,160
Die Zahl 160 steht in meinem Fall für eine maximale Füllhöhe von 1,6m (160 cm).
Passe diese Zahl je nach deiner maximalen Füllhöhe an. Nun wird dir die Füllhöhe in Zentimetern angezeigt.
Fazit
Mit dieser Methode kannst du den Wasserstand in deiner Zisterne zuverlässig messen.
Der Drucksensor bietet insbesondere dann Vorteile, wenn Ultraschallsensoren aufgrund von Platzmangel oder Störungen durch Reflektionen ungenau sind.
Tasmota ermöglicht eine einfache Integration in dein Smart Home-System und bietet dir die Flexibilität,
die Werte jederzeit zu überwachen und anzupassen.
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