雨水タンク制作報告 水位計
手作り 
雨水タンク No.2 貯水量ディジタル表示モジュールの製作 容量表示
Rev.
49
 Original :2012-08-23 Thu.
 Updated :2016-01-03 Sun.
雨水タンク
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雨水タンク No.2の製作報告
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2012-08-25 Sat.
 今日はタンクの貯水量をディジタル表示するモジュールのセンサーパイルの製作を行った。
貯水量表示関係のコンポーネントがそろった。 
 画像(↑)中央のリードスイッチを上の外径8mmφのしんちゅうパイプに組み込むのだ。

ワークベンチで作業を進める
 画像右下のホワイトサークルで示すリードスイッチを、先日作った Fuel bar のマークに
対応する位置に半田付けしてハーネスを組み上げる。


 ↑は完成したセンサーパイルのイメージだ。


 今回は最低表示単位を 25箸箸垢襪里如 25 ⇒ 50 ・・・⇒ 300 ⇒ Full と表示させ
るには 13個のリードスイッチが必要となる。ガラスから直接電極が出ているので制作
中も使用時も不要なストレスを与えぬ注意が必要だ。

リードスイッチはとてもデリケート。
 2年前に製作したときは経験不足で数個のリードスイッチを破損させてしまった。

完成したハーネスをパイルに組み込む。
 完成したハーネスをパイルに組み込む。このときにリードスイッチを損傷させる
可能性が最も高いので、慎重に挿入作業を進める。


 しんちゅうパイプにサインペンでマークされた位置にフロートを移動させ、適切な
位置でスイッチが On/Off するか、8カ所の位置で確かめる。
 画像左の基盤は未公開だが、将来雨水タンク増加の希望があるのでその時に
使用予定の作品だ。このタンクの水量に余裕があるときに(下位の)タンクへ自動
送水する機能などを持つ。⇒ このフィーチャーはより高性能のマイクロプロセサー
を採用した場合不要(プログラムに組み込まれる)となる。

パイプのエッジはこの様なストッパーをセットする。
 パイプのロウエンドにはフロートが逃げ出さぬようストッパーを付ける。使用ビス
&ナットは(防錆面から)プラスチック製を使う。

2012-08-28 Tue.
 注文していたディジタル表示関係の電子部品が入荷した。一部の読者からより
詳細な画像/説明を希望する声を頂いた事も考慮して説明を続けよう。

これが7セグメント LED ディスプレイモジュールだ。
 これが7セグメント LED ディスプレイモジュールだ。画像の商品の単価は \150.-

裏面はこの様な状態だ。
 裏面はこの様な形状で電極のピンが10本ほど並んでいる。このピンに電流を流せば
表面の LED エレメントが発光するのだ。


 電流量を調節する抵抗(商品名:カーボン抵抗、1本 1円)をひとまず2本
つなぎ電池をセットする。電池のプラス・マイナスを間違えてつないでも問題
は発生しない、間違えたときは点灯しないだけだ。今回試用した抵抗値は
1 kΩだった。もし抵抗を使用しないと・・・・。約5ボルト以上の電池を接続す
れば、瞬間的に LED は焼き切れ再使用不可能となる事はお忘れなく。


 電池はエネループ8本を使用した。2個のエレメントが点灯していることが分かる。

1本の抵抗が1エレメントを点灯させる。
1本のカーボン抵抗で1エレメントが点灯すると分かったので、今度は抵抗を5本
つないでみると。


 5本のカーボン抵抗を各ピンに接続して試みた。


すると [ 2 ] と表示された。カメラの自動露出機能がディスプレイの輝度に反応
して働き見づらい画像になるため、手動露出で撮影すると(


 このとおりだ。電池のコストを考慮しなければ、 \155.- で [ 2 ] と表示できるわけだ。


 電池の代わりにバスポンプ用の AC アダプターでも同様に動作する。読者は
貯水量の表示は、このアイデアの応用に過ぎないと気づかれただろう。具体例を
挙げれば、この7セグメント LED ディスプレイモジュールを3個並べて、たとえば
120箸凌絨未離蝓璽疋好ぅ奪舛動作したとき、各 LED に [1] [2] [0] を表示さ
せれば良いわけだ。中学校理科の [ 電池の実験 ] の延長と同レベルと言えよう。
 この手段でも実用になる作品を作ることは可能だが、部品数と回路の簡略化
省エネのために、人の目の残像時間を利用した・・・、つまり LED を短時間 On/
Off を繰り返しても点灯のままのように感じる・・・ロジックが応用されることが多い。

2012-08-29 Wed.
3 digit 7 segment display module
 これが()組み立て途中の雨水タンク No.2のディスプレイモジュールだ。既に
解説済みの7セグメント LED ディスプレイやカーボン抵抗が並んでいる。その下に
見える小さなコンポーネントは [ スイッチングダイオード ] で、8個の水位センサー
から1個の信号のみを選び出す(スイッチングする)機能を持つ。

2012-08-30 Thu.
例によって PIC 16F8 を使用する。
 当初の予定通りマイクロプロセサーによるプログラムコントロールによるディジタ
ル表示方式で作業を進める。右の大きな基板が今回の CPU ボードで、[ 頭脳 ] は
PIC 16F84 を使用する。奥の7セグメント3ディジットボードは約2年前、雨水タンク
No.1用に製作した物だが、プログラムで今回製作中の画像左のボードと同様に使
用可能にするつもりだ。
 今回採用したマイクロプロセサーは MICRCHIP 社の PIC 16F84A だ。16F87シリ
ーズの方が I/O ポートの数が多いなど今回の使用目的には最適なのだが、私の能
力 ( 70才 )、ソフトウエアの開発環境に制限があり今回は見送った。
 その後 16F87xシリーズのプログラム開発に挑戦。それなりの成果も得ている。
  参考画像 : PIC 87x シリーズに挑戦 ⇒⇒ 

2012-08-31 Fri.
90パーセントほど完成した MPU ボード
 ほぼ完成したメインボード。貯水量の表示はもちろん、雨水タンク No.1から給水を
受け、 No.2タンクが満タンになった時は No.1タンクの供給側ポンプを停止させる回路、
No.2から散水中に自身の貯水量が一定量以下になった時は自身のポンプを自動停止
させる機能も組み込まれている。
_

 フロートによって表示が的確に動作するかベリファイテストも行う。本番では水量に応じて、[ 100 ] とか
[ 140 ] の様に表示されるが、現時点は点灯確認のみ。(マウスポインターを画像 #12-R001436 上へ
スライド In/Out されたい。)
 マウスポインターを画像 #12-R001436 上へスライド インするとフロートが左端の位置に示され画像左上
の基盤の LED が点灯することが見て取れるだろう。つまりフロートが左端=満タン、LED ON = ポンプ停止
と働くことでタンクの貯水が溢れることを自動停止できるわけだ。同様の動作をフロート右端で動作させると
このタンクから送水中にタンクが空になった時、送出ポンプを自動停止させポンプの空転を防げるわけだ。



2012-09-01 Sat.
貯水量表示モジュールが完成した。
 No.2 雨水タンクの貯水量表示モジュールがほぼ完成した。ファームウエア
は基本的に単純なロジックなので 30 分程度で完成した。(表示モジュールの
下のシートがそのリスティングだ。)

キャビネットは 12 x 12 x 10 cm の塩ビケース。
 ディスプレイモジュールを納めるキャビネットは DIY ショップで見つけた 12 x
12 x 8 cm の塩ビ製のボックスを使う。

全面にはアクリル板を付ける予定だ
 LED モジュールの保護と光学的フィルタリングのためアクリル板を使用するつもりだ。画像(↑)の
アクリル板はジャンクボックスで見つけた物だが、子供が小さい頃図工に使った物らしく少々傷があ
るが屋外で使用するのであまり気にしていない。
 [ End ] は貯水量 10醗焚爾派充─△泙燭海了散水などでポンプが稼働中の場合はポンプの空転
防止のため停止させる。画像の [ E ] の上部に点灯している赤い LED がこのポンプ停止を示してい
る。( アクリルパネルに映り込んだため赤点が二つの様に見えているが、本来1個のものだ。)。

2012-09-02 Sun.

 今日は LED ディスプレイのキャビネットの製作日だ。これ(↑)が DIY shop で
入手した塩ビ製のケーシングだ。裏蓋を止める4本のスクリューはステンレス製
が使われ、
真面目に作られた製品
 本体にはしんちゅう製のナット部が埋め込まれているなど細部に気配
りされた製品だ。
 今回の様に使用場所は屋外、メンテナンスそのほかで開閉回数が多い
使用目的には最適の(しかも安価)製品だ。


 窓の製作スタート。ドリルで大まかな穴を連続して開け、その後は
カッターでこつこつと目的の大きさまで広げる。こつは急がぬ事、
作品の [ 顔 ] になる箇所なので慎重に作業を進める。

 
 画像右下のカッターのみで窓を開ける。ここまでの行程で使用したのは
ドリルとカッターのみだ。


 LED モジュールをキャビネットに仮組み込み、文字と窓のバランスなどを
チェックする。窓の中央部を切り抜いた残物が LED の窓近くに見える。


 窓の内側にアクリル板を仮に組み込んで、文字を表示させてみる。妻が差し入
れてくれたコーヒーを飲みながらモーメントブレーク。

 タンク蓋の、この様な位置(↓)に今回の表示モジュールはセットされる



 ちょっと見にくいがセンサーパイルは蓋の下に位置している。画像 12-R..の
[ - ] のあたりに見える。


 アクリル板と塩ビケース間にはバスコークなどのシーラントを使い充分な耐水性
能を持たせる。
_
完成した表示モジュールを後ろから見る。
 後ろから見た完成した作品。表から見えない背後の下側の小さな隠しスイッチ
は LED 表示を On/Off するための物、小さな表示でも赤色なので深夜など遠く
からでも目立つため不要な時は省エネの意味も兼ねて Off しておくのだ。見たい
時に押しボタンを押せば数分の表示後自動消灯するアイデアもあるが、今回は
トグルスイッチ方式を選んだ。
 現在外部機器(ポンプ)をコントロールするラインは引き出していない。消費電力
は、エネループ8本 ( 10.4 V ) をパワーソースにした状態で [ End ] 表示の時、約
85 mA、LED Off 状態で約 40mA 程度である。
 最終的には現在赤白の配線を通している穴もパテなどで隙間を埋める予定だ。
これは、長期間の屋外使用で昆虫などの侵入を防ぐためだ。
 屋外での試用期間を経て、画像 # 12-3313 はこの様に改良された。⇒⇒


 センサーパイルをセットした [ 完成形 ] だ。フロートはこの位置で 140箸
示す。

タンクの蓋に2個のナットでセット
 タンクの蓋に2個のプラスチックナットでセットする。

最初の貯水量測定・・・。
 裏庭に仮設置したタンクにセット。先日の雨を貯水してあったのだが、今回ディス
プレイのセットで、80箸世斑里襪海箸できた。

No.1雨水タンクから給水。
 その後 No.1雨水タンクから給水。ディジタル表示の変化を確認。

仮設置だった事もあり、、、タンクは少し傾いていた。
 タンクは水平などチェックせず、ひょいと地面に置いただけで、わずかに傾いていた。
そのため約 150班婉瓩納蠢安Δら水があふれ出した。
 先日の Fuel bar 製作の時に容量チェックした時も(蓋の中央部が凹んだ形状なので)
153箸竜訖絽紂蓋を閉めたところあふれ出ていた。
 ちなみに今回の表示は偶数表示なので 141醗幣紊鷲充┐気譴覆ぁE分この状態で
放置して、溜めた雨水を消費・供給しながらディスプレイキャビネットの耐水性などをテス
トする予定だ。
 最終的に設置した時点では、この様に給水が溢れることは起こりえない。140箸了点で
送水側ポンプを停止させる機能が組み込まれているからだ。と同様にこのタンクから外部へ
給水の時も残量が10箸了点でポンプを停止させる機能もプログラムに組み込まれている
のだ。

より高性能の MPU で製作したディスプレイモモジュール
 その後より高性能の(プログラム開発環境もより高レベルな環境が要求される) MPU を使用
したディスプレイモジュールの製作を始めた。左のモジュールが新しく製作した作品だ。
相互の相違点は LED のスタティックドライブ(旧)⇒ダイナミックドライブ(新)である。 


 モニターを続けて得られた情報を元に FRO を行う。たとえば木製の下駄は、この様な
湿度の高い使用環境ではカビなどの発生が考えられる。画像でも「しみ」が見られる。
_
プロダクトバージョン
 『 Product version 』ができあがった。こちらが開発途中の作品 ⇒⇒
_
ほぼ完成状態
 ほぼ完成した外観だ。脚部が木製から塩ビへ置き換えたことが外見上の違いだ。
予定していた設置場所への移動は現在貯水している 140箸鮖箸だ擇辰討らでないと
重くて移動はできない。細かなことだが、正面に見えるビスはステンレス製 or プラスチ
ック製に変更予定だ。

雨水タンク No.2の製作報告
 主な構成部品のリスト


 製作コストなど、
 現時点で、漏電ブレーカーや ACケーブル類が未購入だが、今回の作品のコストは、総額
で2万円程度に収まりそうである。

 Part neme 入手価格  個数   送料など 他 
 ポリタンク 公称 170 函ー詑 150  2,300  2,300  web auction
 水中ポンプ Nakatomi PSP-70NT  5,800 ---   web shop Amazon
 リードスイッチ 1,200 25  ---  web auction 
 マグネット フロート Jank  ---  ---   
 しんちゅうパイプ 8mmφ 995mm 580  ---   Local DIY shop
 しんちゅう板 100mm x 365mm 980  ---   Local DIY shop
 漏電ブレーカー      
 PIC MPU & Display components Approx' 4,000  ---  900   web shop Akuduki
 塩ビ製ケーシング 120 x 120 x 80 mm 860  ---   Local DIY shop
 アクリル板 Approx’ 100 x 100 mm Jank  ---  ---   
         

2012-09-29 Sat.  ネクストバージョン
 マイクロプロセサーは通信機能も持ちあわせている。今回の作品のネクストバージョン
はこの機能を生かしたモデルにしたいと考えている。つまり、庭の片隅に置いた雨水タン
クから、物置のメインプロセサーに、『私は貯水タンク No.3です。現在の水位は NN です
。』などと定期的に報告させるのだ。これにより各タンクの貯水量がメインプロセサーで把握
可能となる。
 すでに基本プログラムは完成、通信テストも OK だったので、近い将来稼働させるつも
りでいる。 
通信には古い LAN ケーブルを使う。
 裏庭に置いた雨水タンクとの距離は 10m ほどだが、テストでは 50m長の LAN ケーブル
(画像のブルーのケーブル)を使い、より遠方を仮定して通信テストを行った。テスト中のス
ナップなので机上は乱雑だが、着信メッセージは小さな液晶窓に簡略化して表示される。
 2012-10-05 ネクストバージョンの試作・基礎動作テストが完了。 ⇒⇒

No.3 貯水タンクの水位はセンサー14の位置だと分かる
 これがその液晶ディスプレイに表示された着信メッセージ。 Trank ID は No.3、水位は
フロートスイッチ #14 の位置。と判断できる

コメントが日本語で表示できるのがありがたい。
2012-10-01 Mon.
 その後プログラムに手を加え、わかりやすいメッセージを表示するようにした。

2012-11-04 Sun.
LEDだけでなく、液晶でもステータスを
より詳しく表示される。
 雨水タンク No.3用のリモートモニター: Watergate 24 の製作途中の画像。LCD の表示状況を確かめた時のもの。

 この様なパネル加工や半田付け作業が楽しい人もいれば苦手なお方もいるだろう。私の能力では困難だが、貯水量
をPC やケータイに表示するアプリケーションを作ることで、この種の加工作業などは不要となるのだ。

 2016年01月 
 屋外の四カ所(最長100m)に置いた貯水タンクの貯水量を屋内で 
 モニターする作品の制作を進めている。⇒⇒
 


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