Dit apparaat is gemaakt voor het vak Meten aan Water en kan de snelheid van een stroming meten.

Het gele rad van het apparaat gaat draaien als er water langs stroomt. Dan wordt door middel van een hall sensor en een magneet het aantal toeren per minuut gemeten.

Met een stoplichtsysteem van gekleurde LED's, kunnen drie verschillende snelheden worden afgelezen: stilstand of bijna stil, lage snelheid en hoge snelheid.

In deze instructable zal uitgelegd worden hoe dit apparaat gebouwd kan worden.

Step 1: Benodigdheden

Benodigdheden voor dit project zijn:

Mechanisch gedeelte:

schoepenrad (zelf bouwen of kopen) https://www.thystoys.nl/big-waterplay-onderdeel-s...

houten balkje/plankje
acuuboormachine incl. schroeven
zaag
dubbelzijdig tape of lijm
rond schijfje plastic/hout (iets dat tegen water kan)
spatscherm (dun stuk plastic) of plastic doosje

Elektrisch gedeelte:

Arduino Uno
vermogensbron (laptop)
breadboard en voldoende breadboard verbindingssnoertjes
weerstanden (220 Ohm)
LED's in minstens 3 verschillende kleuren
hall sensor
2 magneten

Overige (optionele) benodigdheden:

soldeerbout

Step 2: Schoepenrad Installeren

Zaag het houten balkje of latje in 3 stukken en maak deze aan elkaar vast in een U vorm, zo dat het schoepenrad er precies in past. Het helpt om bij het bevestigen steeds 2 schroeven naast elkaar te gebruiken, zodat de latjes niet kunnen draaien ten opzichte van elkaar.

Boor in de binnenkanten van de twee verticale balkjes een gat wat een paar millimeter groter is dan de diameter van de as van het schoepenrad, zodat het rad vrij kan draaien.

Het schijfje plastic of hout zal bevestigd worden rond de as van het rad, zodat dit meedraait aan dezelfde snelheid als het rad draait. Boor een gat in het schijfje wat net zo groot is als de as, schuif het schijfje op de as en zet eventueel extra vast met wat lijm.

Op het schijfje kunnen nu de magneten bevestigd worden. Er worden 2 magneten bevestigd, zodat het rad niet uit balans is bij het ronddraaien. Zorg dat de magneten allebei met de min-zijde aan de buitenkant worden bevestigd. Dit is zodat de sensor altijd lagere waardes zal meten wanneer er een magneet voorbij komt. Gebruik voor het bevestigen een stukje dubbelzijdig tape, of wat lijm.

In dit project is ervoor gekozen om een spatscherm te bouwen tussen het rad en één van de verticale latjes, dit is omdat wanneer er water door het rad loopt, het nogal kan gaan spetteren. Op deze manier kan het breadboard niet nat worden.

Gebruik dus een dun stuk plastic en bevestig dit tussen één van de verticale latjes en de horizontale lat.

Als alles gemonteerd is kan het schoepenrad tussen de latjes geïnstalleerd worden.

De laatste stap van het mechanisch gedeelte is om het breadboard op het verticale latje te plakken.

Waterstroom snelheidsmeter - Step #2
Download

Step 3: Magneetsensor Installeren

Nu zal de opstelling op het breadboard, en de verbinding tussen het breadboard en de Arduino worden uitgelegd.

Eerst is het zaak om de arduino te verbinden met het breadboard. Hiervoor moet één draad van de 5V poort op de Arduino naar de plus rij op het breadboard lopen, en één draad van de min rij op het breadboard naar de ground (GRD) poort op de Arduino.

Als de Arduino nu ingeplugd wordt in de laptop, fungeert de plus rij als een 5V poort en de min rij als een ground poort.

Dan begint de opstelling met de magneetsensor, oftewel de hall sensor. De hall sensor moet geplaatst worden op die plaats dat de magneten die aan de schijf zitten, langs de sensor komen wanneer de schijf rondjes draait. De hall sensor heeft 3 pinnen. Als de kant met het smallere deel van de sensor wordt bekeken, moet de linker pin verbonden worden met de stroombron, dus naar de plus rij, de middelste pin moet naar ground, dus naar de min rij en de rechtse pin moet verbonden worden met de ANALOG IN poort A0 op de Arduino.

Als nu het Arduino programma met de serial monitor wordt geopend op de laptop is te zien dat er waarden worden gemeten. Nu kan getest worden dat de sensor werkt door magneten voor de sensor te houden en weer te verwijderen, als de sensor goed werkt zal er een verschil in meetwaarden te zien zijn. Ook kan nu gecheckt worden of de beide magneten op de schijf werkelijk met de min-zijde naar de sensor toe bevestigd zijn. Er moet voor beide magneten een lagere meetwaarde te zien zijn in de serial monitor.

Om te zorgen dat het apparaat beter toepasbaar is dichtbij water, kan ervoor gekozen worden om de magneetsensor verplaatsbaar te maken door draden te solderen. Hierdoor hoeft het breadboard niet zo dicht bij de waterspetters te komen en kan de magneetsensor ook dichterbij de magneten op het schijfje worden geplaatst. Dit is in dit geval gedaan door een waterbestendig doosje te maken waar de hall sensor in verwerkt zit. Dit zorgt voor een meer nauwkeurige meting en een makkelijkere afstelling van de code.

Step 4: Stoplichtsysteem Installeren

Nu zullen er 4 LED's geïnstalleerd worden op het breadboard.

3 LED's met verschillende kleuren, om verschillende snelheden aan te geven
1 LED's met kleur naar keuze, om aan te geven wanneer de magneet de sensor passeert

Het installeren van de LED's is voor elke LED hetzelfde. Er gaat één draad van de DIGITAL poort op de Arduino naar het breadboard. Deze draad wordt verbonden met een weerstand van 220 Ohm. Dan gaat de stroom de LED door en via een snoer naar de min rij gaat de stroom weer naar ground.

De eerste LED zal fungeren als een zichtbare uitwerking van de meetresultaten die te zien zijn in de serial monitor. Wanneer het magneetje de hall sensor passeert, worden lagere waarden uitgelezen in de serial monitor. Dan springt de LED aan. Wanneer er weer hogere waarden worden gemeten springt de LED weer uit. Op deze manier kan snel gecheckt worden of de sensor en de code juist werken.

De tweede, derde en vierde LED hebben verschillende kleuren en zullen fungeren als stoplichtsysteem.

De eerste LED zal aanspringen wanneer waarden van 0 rpm of hele lage waarden van rpm worden gemeten, buiten deze waarden is de LED uit.
De tweede LED zal aanspringen wanneer de waarden van rpm hoger worden, dus wanneer de eerste LED uitgaat. Wanneer de snelheid te hoog wordt, springt ook deze LED weer uit.
De derde LED zal aanspringen bij hoge waarden van rpm.

Step 5: Code in Arduino

In deze stap is de code te zien die gebruikt dient te worden bij juist gebruik van dit apparaat.

In het eerste deel van de code worden de LED's gedefinieerd, zorg dat elke LED op de juiste plaats op de Arduino bevestigd is, of pas de code aan zodat de plaats klopt.

Dan wordt er met thresHold een waarde gegeven die als nulwaarde wordt gezien, de waarde die de sensor meet wanneer er geen magneet in de buurt is.

Met deltaTijd kan de tijd tussen de metingen worden aangepast, deze staat nu op 5000 milliseconden.

In de void loop wordt steeds de waarde van de serial monitor afgelezen. Wanneer deze waarde lager wordt dan de thresHold waarde, wordt er 1 geteld. De counter telt dus de rondjes die de schijf maakt. Op de RPM te berekenen wordt de waarde van de counter met 12 vermenigvuldigd, zodat er nu rondjes per minuut worden uitgelezen in plaats van per 5000 milliseconden.

In het laatste deel van de code wordt gedefinieerd bij welke RPM waarden de verschillende LED's moeten gaan branden en weer uit moeten gaan. Dit is allemaal volledig aan te passen naar waarden die voor verschillende projecten nodig zijn.