Construa um sensor de nível de água com um sensor ultrassônico e um assistente doméstico

Embora existam vários indicadores de nível de água e dispositivos disponíveis para monitorar o nível em um tanque de água suspenso, esses dispositivos geralmente têm um preço alto e funcionalidade limitada. Além disso, eles exigem eletrodos de imersão ou um interruptor na água para operar; isso pode contaminar a água e corroer com o tempo.

Mas e se você pudesse construir um sensor de nível de água baseado em Wi-Fi sem fio e sem contato que informasse a água restante em seu tanque diretamente em seu smartphone? Neste guia DIY, construiremos um indicador de nível de água usando uma placa NodeMCU e um ultrassônico sensor que fica na parte superior da tampa do tanque de água e relata os dados para o seu smartphone via Home Assistente.

Como funciona?

Um sensor ultrassônico de nível de água funciona enviando ondas sonoras em uma frequência específica (também conhecida como ondas ultrassônicas) e recebendo a onda refletida do objeto alvo. O sensor calcula e informa a distância entre o sensor e o objeto com base no tempo que a onda sonora ou ultrassônica leva para viajar e refletir.

O sensor ultrassônico informa o valor da distância em centímetros (cm) por padrão. Junto com a profundidade do tanque, este valor informado pelo sensor ultrassônico pode ser usado para encontrar o água restante no tanque calculando a distância entre o nível de água do tanque e o ultra-som sensor.

Coisas que você vai precisar

Para construir este sensor de nível de água inteligente, você precisa do seguinte:

• Um MCU baseado em ESP8266, como NodeMCU, D1 Mini, ESP01, etc.
• Um sensor ultrassônico SR04
• Fios de ligação

Para este projeto, é recomendável usar um sensor ultrassônico à prova d'água JSN-SR04 para evitar danos ao sensor devido à umidade.

Etapas para construir um sensor de nível de água inteligente

Você pode seguir as etapas abaixo para construir um sensor de nível de água ultrassônico sem contato inteligente baseado em Wi-Fi para monitorar o consumo de água e evitar subir as escadas ou tanque de água para verificá-lo manualmente. Você também pode usar este sensor para monitorar o nível do tanque de sal.

Etapa 1: instalar e configurar o Home Assistant

O Home Assistant (HA) é o preferido, mas não é necessário para construir um sensor ou controlador de nível de água inteligente baseado em Wi-Fi. No entanto, se você deseja receber notificações, acompanhar o consumo diário/semanal/mensal ou adicionar automação com base no nível do tanque, deve configurar o Home Assistant.

Você pode seguir nosso guia anterior para instale o Home Assistant no Raspberry Pi ou um laptop antigo. Se você não quiser instalar ou configurar o Home Assistant, você pode fazer o flash do firmware Tasmota e usá-lo para verificar o nível da água. Embora não seja tão intuitivo quanto o Home Assistant, ele faz o trabalho e relata o valor bruto por meio de uma página da web.

Etapa 2: medir a profundidade do tanque

Você precisa medir a profundidade do tanque. Você pode fazer isso medindo a altura do tanque por fora ou por dentro usando uma fita métrica.

Feito a medição, meça a distância entre a tampa do tanque onde será instalado o sensor ultrassônico e a borda do tanque de água. Esta é a distância que você precisa subtrair da profundidade total.

Por exemplo, se a altura do tanque for 120cm e a distância entre o sensor na tampa e a borda da água for 10cm, então a profundidade é 120 - 10 = 110 cm.

Passo 2: Compile o Firmware

Para compilar o firmware, abra o Home Assistant e instale o ESPHome add-on se você ainda não o fez. Então siga estes passos:

1. Clique no +Novo dispositivo botão e depois clique Continuar.
2. Digite o nome do arquivo de firmware, como sensor de nível de água, e clique Próximo.
3. Selecione o MCU que você possui, como NodeMCU, ESP32 ou D1 Mini, e clique em Próximo. Então clique Pular.

Agora encontre o sensor de nível de água projeto e clique Editar. Isso abre o sensor de nível de água.yamlArquivo. No arquivo, copie e cole este código YAML. No código, edite o seguinte:

• Digite seu SSID e senha do Wi-Fi.
• Edite os valores nas fórmulas em filtros com a distância entre o sensor e a borda de água e a altura total do tanque.
• Clique Salvar.
• Conecte seu NodeMCU, ESP32 ou D1 mini ao seu PC usando um cabo micro USB e clique em Instalar.
• Escolha o Conecte-se a este computador opção. Isso iniciará a compilação do código YAML e gerará um arquivo de firmware (waterlevelsensor.bin). Isso pode demorar um pouco.
• Depois que o firmware for compilado, clique em Baixar projeto para baixar o waterlevelsensor.bin Arquivo.

Etapa 3: atualize o firmware no NodeMCU

Para atualizar o firmware waterlevelsensor.bin, você pode baixar o ESP Home-Flasher ferramenta ou use a web ESPHome. Os passos são os seguintes:

Após baixar o firmware, clique em Abra o ESPHome Web.

Clique Conectar e, em seguida, selecione a porta COM serial USB onde seu NodeMCU, D1 Mini ou ESP32 está conectado.

Clique Instalar. Clique Escolher arquivo, navegue até waterlevelsensor.bin arquivo de firmware e clique em Instalar. Depois que o firmware for atualizado, desconecte o cabo USB.

Etapa 4: Conecte o sensor ultrassônico com o NodeMCU

Consulte o diagrama abaixo para conectar o sensor ultrassônico SR04 com a placa MCU.

NodeMCU/ESP32/D1 Mini	Sensor Ultrassônico SR04
3V3	Vcc
D5	Triagem
D6	Eco
GND	GND

Se você estiver usando o módulo ultrassônico JSN SR04 M-2 à prova d'água, conecte os pinos conforme mostrado no diagrama.

NodeMCU/ESP32/D1 Mini	Sensor ultrassônico JSN-SR04
Vinho	5V
D5	Triagem
D6	Eco
GND	GND

Assim que o sensor ultrassônico estiver conectado ao MCU, reconecte o cabo USB. O dispositivo se conectará automaticamente à rede Wi-Fi com base nos detalhes inseridos no código e será exibido como On-line no ESPPainel Inicial.

Clique Histórico debaixo de sensor de nível de água. Isso exibirá os logs e dados recebidos pelo sensor.

Se os logs exibirem as informações conforme mostrado na captura de tela, você poderá configurar o sensor no Home Assistant.

Se você vir "A medição de distância expirou", faça o seguinte:

• Verifique se você conectou os pinos do sensor ultrassônico ao MCU corretamente.
• O módulo JSN SR04 M-2 pode medir 20-400cm. Portanto, mantenha o objeto a pelo menos 20 cm de distância. Você também precisa fazer alterações no código de acordo.
• O sensor ultrassônico que usamos pode não medir distâncias além de 400 cm. Se o seu tanque tiver mais de 400 cm (incomum), isso pode não funcionar para você.

Etapa 5: adicionar o sensor de nível de água inteligente ao Home Assistant

Para adicionar o sensor de nível de água ultrassônico ao Home Assistant para monitoramento, siga estas etapas:

1. No Home Assistant, vá para Configuração > Dispositivos e Serviços.
2. O sensor de nível de água devem ser descobertos automaticamente e listados. Se não, clique Adicionar integração.
3. Procure e selecione ESPHome.
4. Digite o endereço IP do sensor de nível de água. Você pode encontrar isso nos logs ou no seu roteador Wi-Fi. Depois de inserir o endereço IP, clique em Enviar.
5. Selecione uma área e clique Terminar.
6. CA sensor será listado em ESPHome. Clique sensor de nível de água e selecione a entidade.
7. Clique Adicionar ao Lovelace.
8. Escolha um quarto e clique Próximo.
9. Isso adicionará o sensor de nível de água ao painel.

Você pode personalizar ainda mais o cartão padrão adicionando o seguinte no editor de código:

tipo: medidor
nome: Sensor de nível de água
unidade: '%'
entidade: sensor.waterlevelsensor
 verde: 0
 amarelo: 45
 vermelho: 85

Etapa 6: Instale o sensor na tampa do tanque de água

Agora você pode instalar o sensor em seu tanque de água. Para o projeto, usamos o sensor SR04, que não é à prova d'água. Para torná-la à prova d'água, usamos um estojo transparente e esmalte suficiente para isolar os componentes elétricos da placa.

Fizemos dois furos minúsculos e usamos um fio de metal para manter o módulo SR04 preso à tampa. Outro furo maior foi feito para os fios conectados ao sensor ultrassônico. Usamos um fio longo de 4 núcleos para fazer a interface do sensor ultrassônico com o NodeMCU, pois o tanque está localizado no telhado e a temperatura aqui pode subir para 40-45°C.

Você pode manter ambos em uma caixa e fornecer energia ao NodeMCU. Além disso, garanta uma boa intensidade do sinal Wi-Fi ao instalar o NodeMCU ou o sensor. Leia nosso guia sobre como aumentar seu sinal Wi-Fi para estender o alcance Wi-Fi.

Controle a bomba de água para manter o tanque cheio

Ao integrar o sensor inteligente de níveis de água com o Home Assistant, você pode adicionar automação para receber alertas em seu smartphone ou via Alexa/Google Assistant quando o nível do tanque estiver baixo ou cheio. Da mesma forma, você pode adicionar automação para ligar a bomba de água para encher o tanque quando estiver com pouca carga e desligá-la automaticamente quando o nível do tanque atingir um determinado nível, como 90-100%.

Além disso, você pode adicionar uma sonda de sensor de temperatura à prova d'água, como um DS18B20, ao seu sensor de nível de água inteligente para verificar e monitorar a temperatura da água do tanque.

Como construir um monitor de energia doméstico DIY usando o ESP8266

Leia a seguir

Sobre o autor