Hochwasserpegel selbst bauen

Wir nutzen PVC-Rohre mit 50mm Durchmesser (außen) und 2,4mm Wandstärke als Basis für unseren Hochwasserpegel. Die Platine ist extra dafür angepasst, sodass sie hineinpasst und das Pegelgehäuse handlich bleibt.

Pro Hochwasserpegel benötigen wir ca. 22cm Rohr, welches wir mit einer Handsäge zurechtschneiden.

Damit der Hochwasserpegel einfach gewartet werden kann, muss ein Verschluss gewählt werden, der aufschraubt werden kann, ohne die Platine und die innenliegenden Kabel zu verdrehen. 

An die untere Seite setzen wir eine 2-fach Klebemuffe. In die glatte Seite können wir einen Reduzierring mit Innengewinde setzen. Dort lässt sich unser Ultraschallsensor einfach festdrehen. 

Achtung: andere Ultraschallsensoren haben gegebenenfalls andere Gewinde. Wir verwenden neben dem Maxbotix auch den DFRobot-Ultraschallsensor. Dieser kommt mit einem metrischen Gewinde. Einen passenden Adapter haben wir aus PETG 3D-Gedruckt (Datei).

Für das "obere" Ende haben wir eine Klebemuffe mit Außengewinde gewählt, die dann mit einer Schraubkappe verschlossen werden kann. In die Klebemuffe bohren wir ein 11mm Loch und schneiden mit einem Gewindeschneider ein 12x1,5mm Gewinde hinein. Hier wird später das Kabel für das Solarpanel durchgeführt. Damit das Ganze dicht bleibt, verwenden wir eine Kabeldurchführung.

Wir verwenden PVC-Kleber (PVC-U Kleber 125ml Tube), um die Muffen und Kabelduchführungen fest miteinander zu verbinden. Der Kleber dichtet zusätzlich ab, sodass bei Regen kein Wasser in den Pegel gelangen kann.

Achtung: Bedienungsanleitung beachten, nicht in geschlossenen Räumen verwenden.

Unsere Platine muss in das PVC-Rohr passen und soll außerdem mit Solar und Akku betrieben werden. Wir verwenden einen ESP32 und ein Featherwing Lora Funkmodul. Über einen Grove-Anschluss schließen wir den Ultraschallsensor an. Die Pinbelegung für unsere beiden Sensoren sind unterschiedlich, weshalb wir zwei Anschlüsse geplant haben. 

Achtung: das Anschließen des Ultraschallsensors an die falsche Buchse kann zu Schäden am Sensor führen!

Außerdem dürfen unsere Akku bei zu hohen oder zu niedrigen Temperaturen nicht geladen oder entladen werden, weshalb wir auch einen one-Wire-Temperatursensor eingeplant haben. 

Unterschied Batterie zu Akku+Solar. Unterschied Ultraschallsensoren.

Videoreihe verlinken

Unsere Platine soll im nächsten Schritt per LoRaWAN unsere Messdaten an das nächstmögliche LoRa-Gateway senden, da wir kein WLAN am Bach zur Verfügung haben. Über diesen Weg können die Daten in "TheThingsNetwork" (TTN) empfangen, verarbeitet und an eine Vielzahl von Plattformen weitergeleitet werden, wo sie wiederrum weiterverarbeitet werden könnten.

Um das OTAA-Blöckchen im nächsten Schritt überhaupt nutzen zu können, müssen wir in TheThingsNetwork einen kostenfreien Account, eine neue Applikation und ein Gerät anlegen.

Die Applikation lässt sich ohne weitere Umwege mit einem beliebigen Namen anlegen. 

Deim Anlegen des Gerätes beachten wir folgende Einstellungen:

• Frequency plan: Europe 863-870 MHz (recommended)
• LoRaWAN Specification: 1.0.3 
• JoinEUI: mit Nullen auffüllen

Die Device address und sonstige Keys können generiert und kopiert werden, wir brauchen diese Daten im Pegel-Programm

In den Geräteeinstellungen können wir unter "Payload-Formatters" ein eigenes Java-Script einbinden. Die folgende Uplink-Vorlage kann auf eigene Bedürfnisse angepasst werden. Letztendlich definiert sie, was wir mit den gesendeten Rohdaten (Bytes) machen wollen - wie sie decodiert werden. In unserem Fall wollen wir die empfangene Rohdaten in Variablen speichern, ggf. Umrechnen und auch an weitere Plattformen weiterleiten können. 

function Decoder(bytes, port) {
  // 24-bit signed -> 32-bit signed
  function s24(b, i) {
    var v = (b[i] << 16) | (b[i+1] << 8) | b[i+2];
    if (v & 0x800000) v |= 0xFF000000; // sign extend
    return v;
  }

  // --- Rohwerte dekodieren (je 3 Byte, /1000) ---
  var distance_cm = s24(bytes, 0) / 1000.0;  // Abstand in cm
  var battery_v   = s24(bytes, 3) / 1000.0;  // Batterie in V
  var temp_c      = s24(bytes, 6) / 1000.0;  // Temperatur in °C
  var cycles      = s24(bytes, 9) / 1000.0;  // Zyklen

  // --- Pegelberechnung ---
  var TANK_HOEHE_CM = 133.0; // <- anpassen!
  var level_cm = Math.max(0, TANK_HOEHE_CM - distance_cm);

  // --- Ausgabe / ThingSpeak-Mapping ---
  var out = {
    port: port,
    distance: Number(distance_cm.toFixed(2)), // Abstand in cm
    level:    Number(level_cm.toFixed(2)),    // Pegel in cm
    battery:  Number(battery_v.toFixed(3)),   // V
    temp:     Number(temp_c.toFixed(2)),      // °C
    cycles:   Number(cycles.toFixed(3))
  };

  // ThingSpeak Felder
  out.field1 = Number(level_cm.toFixed(2));   // Pegel (cm)
  out.field2 = Number(battery_v.toFixed(2));  // Batterie (V)
  out.field3 = Number(temp_c.toFixed(2));     // Temperatur (°C)
  out.field4 = Number(cycles.toFixed(2));     // Zyklen
  out.field5 = Number(distance_cm.toFixed(2)); // Abstand (cm)
  out.field6 = Number(temp_c.toFixed(2));      // Temperatur (zweites Feld)

  return out;
}

Thingsboard - Custom Webhook

Thingspeak - Vorlage Webhook

Video verlinken

LoraWan-Übertragung prüfen

• erst kurze Abtastraten wählen, bspw. 900ms, Achtung: nicht zu häufig
• Serieller Monitor: Join accepted? Serieller Print Sensor-Daten checken
• Achtung Beispielprogramm schaltet langen DeepSleep ohne Akku/Batteriebetrieb
• TTN-Überprüfung, erfolgt der Join?

https://www.umwelt-campus.de/iss/projekte/laufende-projekte/digiselftrans/ki-assistent-ressourceneffizienz 

Voraussetzung: Du hast ein TTN-Gerät verbunden, hast den Payload-Formatter eingefügt und empfängst Daten von deiner Platine

Thingsboard: Lege einen kostenfreien Thingsboard-Cloud-Account an

Custom Webhook

• Geeigneten Montageort auswählen (stabile Wand, Geländer, Betonfundament oder Pfosten).
• Prüfen, dass der Standort eine freie Sicht auf den Messbereich hat.
• Benötigtes Werkzeug bereitlegen:
• Akkuschrauber/Bohrmaschine (10 mm Bohrer)
• Schraubenschlüssel/Ratsche für Sechskantschrauben   - Wasserwaage

Wandmontage:

• 4 Bohrlöcher (Ø 10 mm) setzen.
• fischer DuoPower 10 × 80 Dübel einsetzen.
• Wandhalter (55 cm, Aluminium) mit 8 × 80 mm Sechskant-Holzschrauben befestigen.

Alternative Montage:

• Bei Geländern SAT-Halterung ggf. umgekehrt einsetzen.

• Mastrohr in den Wandhalter/Standfuß einsetzen.
• Mit Doppelrohrschellen (bis Ø 64 mm) befestigen.
• Sicherstellen, dass die Rohre senkrecht ausgerichtet sind.

• Messpegel am Mastrohr mit Rohrschellen fixieren.
• Kabel sauber entlang des Masts führen und bei Bedarf mit Kabelbindern sichern.
• Solarpanel (falls vorhanden) in Richtung Süden ausrichten und fixieren.

• Alle Schraubverbindungen auf festen Sitz prüfen.
• Stabilität der gesamten Konstruktion kontrollieren.

Mit unseren Materialien inklusive aller "Kleinelektronik" auf der Platine liegen die Materialkosten für einen Pegel bei ca. 150€ (bei Verwendung des günstigen Ultraschallsensors von DFRobot) bzw. ca. 250€ (Bei Verwendung des Ultraschallsensors von Maxbotix). 

Weiterführende Infos, wie wir den Ressourcenverbrauch optimieren können hier.