Waterstroom Meter

Voor het vak Meten aan Water van de minor: Delta Expert: water voor de toekomst, moeten groepjes van twee studenten een sensor bedenken en maken die een bepaald waterfenomeen meet. Het waterfenomeen dat wij meten met onze sensor is de waterstroom. Om precies te zijn de snelheid en richting van water in of een rivier of een groter open-water systeem. Dit wordt gemeten door een drijvend object die de data van een versnellingssensor opslaat en bij het uitlezen van de micro SD kaart wordt deze data omgezet is snelheid en positie van het object. Deze instructable geeft meer inzicht in hoe wij dit hebben gemaakt en hoe de sensor precies werkt.

De benodigdheden voor dit project zijn het volgende:

• LED groen en rood (5 mm)
• micro SD kaart
• micro SD naar SD adapter
• MPU6500 versnellingssensor
• PCB prototyping board
• Soldeertin
• Soldeerbout
• Teensy 4.1 met micro SD-kaart module
• Tupperware doosje
• Male-naar-male draden
• 4.5 Volt voeding
• 5V buzzer
• 3x AAA batterij

Voor dit project hebben wij ervoor gekozen om de componenten te solderen op een prototyping PCB om de bewegingsvrijheid van de componenten te minimaliseren. Dit is vooral voor de versnellingssensor heel belangrijk, deze is namelijk uiterst nauwkeurig en elke kleine beweging kan voor een fout in meetwaarden zorgen. De volgende verbindingen moeten worden gemaakt bij het solderen:

• Versnellingssensor: verbonden met 3.3V, GND, SCL en SDA van de Teensy
• Buzzer: verbonden met pin 4 en GND van de Teensy
• LED rood: verbonden met pin 3 en GND van de Teensy
• LED groen: verbonden met pin 2 en GND van de Teensy
• Voeding: verbonden met VIN en GND van de Teensy

Let op! Bij gebruik van een Teensy 4.1 moet de voedingsspanning tussen de 3.6 en 5.5 V zijn anders wordt de Teensy overbelast.

Nu de sensor qua hardware in elkaar zit, is de volgende stap de software uploaden. Voor het programmeren van de Teensy kan net zoals met een Arduino de Arduino IDE gebruikt worden. In de code worden een aantal dingen gedaan:

• Eerst worden bibliotheken die worden gebruikt aangegeven en alle variabelen gedefinieerd. Dit is belangrijk omdat deze bibliotheken worden gebruikt voor de communicatie tussen de Teensy en de LED's, buzzer en versnellingssensor.
• Ten tweede wordt er gecheckt of de versnellingssensor werkt en of er een micro SD-kaart in de Teensy zit. Mocht er hier ergens iets mis zijn, dan maakt de buzzer geluid en gaat de rode LED branden. Als alles goed werkt, dan wordt de versnellingssensor gekalibreerd en gaat de groene LED branden.
• Als laatst word de data naar de micro SD-kaart gestuurd en in een tekstbestand opgeslagen. Dit wordt in het volgende format gedaan: versnelling_xrichting, versnelling_yrichting, versnelling_zrichting, rotatie_rondx, rotatie_rondy, rotatie_rondz, verstreken tijd in miliseconden. Dit deel van de code is een loop en wordt hierdoor meerdere keren per seconde uitgevoerd.

De Arduino code die wij hebben gebruikt voor de sensor staat in het bestand hieronder.

Aangezien de Teensy en alle andere componenten niet waterbestendig zijn, moeten deze worden beschermd door een doosje. Wij hebben ervoor gekozen om een tupperware-doosje te nemen maar dit maakt niet heel veel uit. Alles moet alleen goed vastzitten en het doosje moet drijven.

Zet de sensor op een vlakke ondergrond en zet de schakelaar van de voeding op ON. Laat de sensor 3 seconden stil liggen om hem te kalibreren. Na deze 3 seconden begint de sensor met meten en kan je de sensor in het water leggen en met de stroom mee laten bewegen. Als alles naar behoren werkt en de sensor gaat meten zal het groene LED'je gaan branden. Mocht er na deze 3 seconden een rood LED'je gaan branden en de buzzer alarmeert, dan is er iets mis en moeten de micro SD kaart en versnellingssensor worden gecheckt. Zodra je de meting wilt stoppen til je het doosje uit het water en zet je de schakelaar van de voeding op OFF.

Na de meting is afgelopen is het essentieel om de data te laten analyseren. Om dit te doen neem je de micro SD kaart uit de Teensy stop je hem in de adapter en dan in je computer. Check of in de python code het juiste tekstbestand wordt uitgelezen, zo ja, laat de IDE de python code uitvoeren. Eerst zullen er frequentiegrafieken worden weergegeven en aan de hand daarvan kan je de Fourier filter in de code aanpassen en frequenties die ongewenst zijn eruit filteren. Zodra de filter naar je wensen is aangepast laat je de code opnieuw uitvoeren en worden de snelheid- en positiegrafieken weergegeven.