バブルセンサAD-101とXBee3によるワイヤレス水位計

Tsuneharu_Fuji · April 29, 2023, 7:31am

はじめに

水位計は、2つの地点の高低差を簡単に合わせることができる古くからある道具で、現在も使用されています。このプロジェクトでは、市販の水位計を改造し、センサとワイヤレスリンクを追加して、2点間の「水平位置」が一致したときに視覚的に表示するようにしました。TE ConnectivityのAD-101非侵襲センサは、センサの「U」字型チャンネルに挿入された4mmチューブ内のあらゆる液体の流れの中断を検出します。水位計プロジェクトでは、AD-101は単に4mmチューブ内の水の存在を検出するために使用されています。TEセンサとインターフェースできるよう、市販の水位計を改造し、メインチューブと並列に4mmチューブを追加しました。 Digi InternationalのXB3 2.4GHzワイヤレスモジュールのペアは、センサとリモートビジュアルインジケータ間のワイヤレスリンクを提供します。無線ノードが2つしかないため、無線通信にはDigi InternationalのXB3用ポイントツーポイント802.15.4無線プロトコルが使用されています。XB3モジュール上で動作するMicroPythonスクリプトは、センサの監視、LEDインジケータの制御、ワイヤレスリンクの設定/維持などを行います。

利用するハードウェア

XB3-24Z8US-J Digi XBee3 RFモジュール（Digi-Key）（注：モジュールはファームウェア802.15.4で再プログラムされました）
XBee SMT Grove開発ボード（Digi-Key）
TE Connectivity AD-101 Air Bubble Detector（Digi-Key）

エンクロージャとコネクタ

PN-1323-CMB Bud Industriesエンクロージャ（Digi-Key）
T4070014041-001 TE M8オス、パネルマウント、4極コネクタ（Digi-Key）
T4070014031-001 TE M8オス、パネルマウント、3極コネクタ（Digi-Key）
1-2273003-1 M8メス、ケーブルアセンブリ、4極
1-2273001-1 M8メス、ケーブルアセンブリ、4極
1528-1126-ND 2ピン JST PH 2mm コネクタ / ケーブルアセンブリ（Groveバッテリコネクタ）（Digi-Key）
1597-1092-ND 4ピンGroveコネクタ / ケーブルアセンブリ（Digi-Key）
ARF2406-ND U.fl - RP-SMAアダプタ

サプライヤのドキュメント

Digi International Digi XBee3® 802.15.4 User Guide
Digi International Digi MicroPython Programming Guide
Digi International Xbee Grove Development Board User Guide
TE Connectivity AD-101 Bubble Detector Datasheet

センサハードウェアのセットアップ / 配線図

センサハードウェアは、Xbee Groveボードに搭載されたXB3無線モジュール、AD-101センサ、LEDインジケータで構成されています。XB3は1秒に1回センサ出力のロジックレベルをチェックし、センサ出力レベルを無線リンクでリモートへ送信し、同時にセンサレベル出力に基づいてLEDインジケータを制御します。

リモートハードウェアのセットアップ / 配線図

リモートハードウェアは、Xbee Groveボードに搭載されたXB3ワイヤレスモジュールとLEDインジケータで構成されています。XB3は、センサ出力のロジックレベルを1秒間に1回受信し、受信したセンサレベルに基づいてLEDインジケータを制御します。

プロトタイプのセットアップ

サンプルコード

github.com

eewiki/Xbee3-MicroPython/blob/master/samples/TE8_sensor_end.py

# below 802.15.4 wireless protocol code based on Digi International
# example code for network communication between nodes for end device
import xbee, time
# Utility functions to perform XBee3 802.15.4 operations
from machine import Pin
# pin function needed for sensor
def format_eui64(addr):
	return ':'.join('%02x' % b for b in addr)

def format_packet(p):
	type = 'Broadcast' if p['broadcast'] else 'Unicast'
	print("%s message from EUI-64 %s (network 0x%04X)" % 
		(type, format_eui64(p['sender_eui64']), p['sender_nwk']))
	print("from EP 0x%02X to EP 0x%02X, Cluster 0x%04X, Profile 0x%04X:" %
		(p['source_ep'], p['dest_ep'], p['cluster'], p['profile']))
	print(p['payload'],"\n")

def network_status():
	# If the value of AI is non zero, the module is not connected to a network
	return xbee.atcmd("AI")

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github.com

eewiki/Xbee3-MicroPython/blob/master/samples/TE8_remote_coord_r1.py

# below 802.15.4 wireless protocol code based on Digi International
# example code for network communication between nodes for coordinator
import xbee, time
# Utility functions to perform XBee3 802.15.4 operations
from machine import Pin
# pin function needed for sensor
def format_eui64(addr):
	return ':'.join('%02x' % b for b in addr)

def format_packet(p):
	type = 'Broadcast' if p['broadcast'] else 'Unicast'
	print("%s message from EUI-64 %s (network 0x%04X)" % 
		(type, format_eui64(p['sender_eui64']), p['sender_nwk']))
	print("from EP 0x%02X to EP 0x%02X, Cluster 0x%04X, Profile 0x%04X:" %
		(p['source_ep'], p['dest_ep'], p['cluster'], p['profile']))
	print(p['payload'],"\n")

def network_status():
	# If the value of AI is non zero, the module is not connected to a network
	return xbee.atcmd("AI")

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説明

2つのXB3モジュールで動作するMicroPythonスクリプトは、ワイヤレスリンク、センサモニタ、LEDレベルインジケータを実装しています。TE8_sensor_end.pyスクリプトは、AD-101センサを監視するXB3上で実行され、TE8_remote_coord_r1.pyは、リモートLED「レベル」インジケータを制御するXB3上で実行されます。Digi Internationalの802.15.4プロトコルのサンプルコードを使用して、ワイヤレスリンクを実装します（コーディネータはリモートXB3に、エンドデバイスはセンサXB3に実装します）。センサの状態は1秒に1回読み込まれ、ワイヤレスリンクを通じてリモートに送信されます。

フィールドテスト

ワイヤレスハードウェア

2枚のXB3 Groveボードは、フィールドテストで使用するために、IP67規格のパネルマウントTE Connectivity M8コネクタとAmphenol RP-SMAアンテナコネクタを取り付けた、Bud IndustriesのIP67規格のエンクロージャに収納されています。TEのAD-101センサ、電源入力、LEDレベルインジケータ用にM8ベースのケーブルアセンブリが使用されています。2つのXB3エンクロージャは、センサの状態を送信し、LEDのオン/オフを制御する無線リンクで接続されています。

水位計テストのセットアップ

テストでは、改造した水位計を水で満たされた標準的なガーデンホースに接続し、4mmチューブをAD-101センサに挿入しました。水位の一端を上げ下げしてセンサの出力状態を変化させ、LEDレベルインジケータを制御することによりテストを行いました。

オリジナル・ソース（English）