Zisternenfüllstandsanzeige (ZFA):

Ansätze zur Füllstandbestimmung von Flüssigkeiten in Behältern und Zisternen gibt es wie Sand am Meer.
Es war für mich sehr interessant zu sehen auf welche Ideen Bastler, aber auch profesionelle Lösungen kommen. Am interessantesten fand ich eine Lösung bei der mittels Kompressor Luft in ein Rohr welches bis auf den Grund der Zisterne reicht eingeblasen wird. Mit angeschlossen war ein Manometer. Sobald sich der Luftdruck nicht mehr ändert kann der Druck bzw. der Wasserstand an einer Anzeige abgelesen werden.

Für mich war es nicht leicht die richtige Entscheidung zu treffen und ich war lange auf der Suche, als ich von einem Arbeitskollegen der selbst im Bereich Mikrocontroller mit Robotern bastelt, den Tipp zu einem Entfernungsmessmodul auf Ultraschallbasis aus der Robotertechnik bekam. Tolle Sache!

Das Ultraschallmodul besitzt einen eigenen Controller, macht die Messungen nach Aufforderung komplett selbst und stellt die Daten über ein standardisiertes I2C-Interface zur Verfügung. Mit programmierbaren Parametern lassen sich Signalverstärkung und Reichweite programmieren. Das erschien mir besonders in einem geschlossenen Körper wie der Zisterne als empfehlenswert und sinvoll.
Die vom Modul erkannten Echomuster werden automatisch als Abstandsangaben in Zentimeter umgerechnet und in eine Messwertetabelle abgelegt. Somit ist es auch möglich Mehrfachechos zu erkennen und auszuwerten.
Die Befehle für Messung und Lesen der Messwerte sind unabhängig voneinander und können getrennt gesendet werden. Zusätzlich besitzt das SRF08 Modul noch einen Helligkeitssensor den ich aber in meinem geschlossenen Gehäse nicht benötige.
Damit war der grundlegende Ansatz zur Realisierung geschafft. Zum Einsatz kam also das Ultraschall-Modul SRF08 von roboter-teile.de .
Das Datenblatt zum Ultraschallsensor befindet sich weiter unten auf dieser Seite bei den mitgeltenden Unterlagen
aufgeführt.
Das Modul wird mit einer 5-poligen Stiftleiste von unten - von der Lötseite an der PCB des Slave befestigt. Zur Befestigung sind auf der Slave PCB kleine Borhungen vorgesehen mit denen der Sensor mittels Abstandshülsen verschraubt werden kann. Die Becher des Ultraschallsensors sind durch Bohrungen im Gehäse nach aussen geführt und mit reichlich Silikon abgedichtet. Zur Sicherheit empfehle ich noch eine kleine Tüte Trockengranulat mit dem Gehäse beizulegen. Man kann ja nie wissen.

Die Erstinbetriebnahme mit einem Funktionsmuster klappte problemlos. Allerdings stellten sich beim Test mit größeren Leitungslängen unüberwindbare Probleme mit dem I2C-Bus ein. Von der gedachten Position der Anzeigeeinheit bis zum Sensor in der Zisterne waren ca. 8 Meter Wegstrecke zu überwinden. Selbst mit geringeren PullUp-Widerständen von 4k7 Ohm war erinnerte das ankommende I2C-Signal nur noch entfernt an ein Digitalsignal. Versuche und Experimente mit Flachbandkabel, Steuerleitungen, CAT5e-Kabel aus der Netzwerktechnik blieben erfolglos. Da neben dem I2C-Signal auch noch ein 1Wire-Signal für den Temperatursensor angeschlossen werden sollte, musste in die Überlegungen zur Realisierung des Projekts ein Master-Slave-Konzept mit einfließen.

Die ursprünglich gedache Single-Controller-Lösung wo alle Sensoren an einen Mikrocontroller angeschlossen wurden, wurde aufgeteilt in eine Master-Slave-Lösung.