残り湯回収モジュール製作ガイド 水位計
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 Original :Mon.Apr.14'14.
 Updated :Mon.Aug.25'14
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 最新の作品は、より安価に、より簡単に、より高性能な作品に進化しています。
以下の記事は過去の2014年頃の作品についての記述である事をご承知おきください。











DIY で残り湯回収モジュールの製作
自作をお考えの方への参考情報
2014-05-06 Tue.
 残り湯をトイレットの水洗に使い始めてから約5年が経過した。月々の水道使用量や銀行口座引き落とし
額などから計算した『節約できた金額』は20万円を越えることができた。

 FYI : 具体的な節約額のサマリーリポート ⇒⇒

 製作に関するお問い合わせを受けることも多いため、できるだけ画像を多くした製作手順をこのページに
記すことで、自作希望者の Tips になればと考えている。
 残り湯は基本的に 500箸離廛薀好船奪タンクに貯水し、必要に応じ 300箸留水タンクにも送水/受水
可能だ。トイレの使用に応じてこのタンクから自動的に1、2階の各トイレに送水される。バスタブから
各タンクへの送水は半手動で行っている。( この残り湯回収作業以外の処理はすべて自動化されている)

 これ(↓)がその概略図だ。各タンクへの配管は景観や凍結を考慮して地中に埋めた。


 残り湯の回収には通称 [ バスポンプ ] を使用している。ポンプのスタート/ストップを初期には初歩的な電
子回路(水の導電性を利用した)や、リレーロジックなどを利用していたが、その後マイクロプロセサーを利用
したファームウエアコントロール方式に切り替えた。これ()は初期モデル、2009年頃の画像。ポンプのス
タート/ストップ スイッチも無いが水位1〜2cm でポンプを自動停止する機能は持っていた。
2009年モデル↓
特に問題もなく1年以上稼働していたのだが、、。
 パワーソースは、画像ではシール電池だが、適宜 AC アダプターも使用していた。

 今回の作例()は、さらに液晶( LCD ) 表示モジュールを付加した作品 ( 2014年モデル ) だ。

 稼働中の残り湯回収モジュール ( 2014年モデル ) 。ライトグリーンの窓のコメントの一例を下()に示す。




 その後さらに機能強化して、より多くの情報を表示するようにした。過去の残り湯の平均送水時間に比べ、
20%以上余分に時間がかかる場合は、フィルターの目詰まりやポンプ劣化が考えられるので、メンテナンスを
促すメッセージを表示する様になった。また各部品が正常でも、バスポンプメーカーの資料では20分を越えるような連続運転を
禁止しているので、長時間運転と判断すればポンプは強制的に自動停止させる様にした。

2014-06-23 Mon.

 朝、日によっては夜間、私は残り湯回収モジュールをスタートさせた後、新聞を読んだり部屋で書類を作るのだが、この
時、残り湯の送水先の500肇織鵐の貯水量を部屋でモニター可能なのだ。
 書斎の隅のワイヤレス プリンターの隣の電波時計の下の赤い数字を表示しているユニットがそのリモートモニターなのだ。
赤い LED は現在の500肇織鵐の貯水量が 450 箸世班充┐靴討い襦 
 わざわざ裏庭のタンクをのぞきに行かなくても、モーニングコーヒーなどを頂きながら貯水量チェックが可能なのだ。さらに
付け加えるなら、私はまったくお湯に手を触れることなく、(手を濡らすこともなく) 約 160箸了弔蠹鬚料水作業が完了できる
のだ。

2014-08-22 Fri.

 バスタブから送り出す水量も測定可能だ。業務用水道メーターの精度には及ばぬが、表示される数値は5% 程度の誤差の範囲に
収まっている。 FYI 製作リポート ⇒⇒
_
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Step-One      T-Bar の製作作業

 シンプルなメカニズムなので、最初の画像から全体のイメージは掴めると思うが、バスポンプを湯船の底部に位置させるために
木材でT型のホルダーを作るのが最初の作業だ。

 横板は今使用しているバスタブに合わせた長さ、立て板もバスタブの深さに合わせる。ポンプはメーカーにより
形状は様々なので木片を追加したり、タイバンドを使ってセットする。一定以下の湯量を知るための水位センサーもセット
する。
 水位センサーも自作可能だ。一部の部品は非市販品なので入手手段はこちらを ⇒⇒


バスポンプの形状は様々なので、形状に対応した大きさにカットした端材やタイバンドで対応する。今回は2種類のポンプの
事例を示そう。
三年以上稼働している。
 以下に続く数枚の画像は、 [ 画像左がバスタブの底 ] として解説している。
バスポンプの形状に現場合わせで作業を行う。将来ポンプが不調になり交換する時に同じ製品が入手できる保証は
ないので、適当な作業で間に合わせておけばよい。


 多くのポンプの公称寿命は 400〜500時間程度だ。このポンプはひっかりの少ない外観なので固定には
苦労させられた。
タイバンドで応急的にセット
 しかも水出力は円周方向なのでビニールホースの取り回しにも手を焼かされた。さらに気をつけるポイント
はポンプに組み込まれてるフィルターの取り外し作業もできるように気配りが必要だ。

新しいポンプの取り付けで小さな問題が・・・・。
 取り付け方法によっては、ホースがつぶれる可能性も・・・。 FYI 対処画像 ⇒⇒

水位センサーの交換
 同時に水位をセンスするフロートスイッチも取り付ける。バスタブの底部ぎりぎりまで無理してセットする必要
はない。
1、 ポンプと水位センサーの取り付け作業後、実際に深さ数センチまで水を張ったバスタブにセットしてポンプ
   を動作させ、
   フロートスイッチがセンスした後、ポンプを回し続け、バスタブが空になる時間を調べる、できれば
   数回試みて、この平均時間をつかんでおく。
2、 マイクロプロセサーのプログラムを、水位センサーがセンスした後、実験で知った時間分モータードライブ
   の時間を延長させる。
3、 この方法で、ほぼ 100%残り湯を取り出すことが可能になるのだ。

 ここで 500肇織鵐から1&2偕のトイレットへのつながりのイラストを提示する。全体のイメージを掴む参考に
なるだろうか。

 ブルーアロウは水路、レッドドットアロウはコントロール/モニターラインだ。


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Step-Two    マイクロプロセサーの選択とボード製作

 後日画像/説明を追加する予定だが、ポンプの On/Off 動作などのコントロールは Microchip 社の PIC16F84A を使
用する。パワーソースはバスポンプ ( ポンプを水を張ったバケツにセットした実測値480〜520 mAmp / 11.5〜12.7 Volt )
プロセサーボードは LCD のバックライト On 、リレー1個使用で 150mAmp/Regurated 5V) 程度だ。安価な AC アダプター
ではポンプに負荷がかかった時電源に余裕が無いのではないかと危惧したが、バスポンプに付属の AC アダプターやジ
ャンクボックスに転がっていた AC アダプターで問題も無く稼働している。
 ポンプの消費電流は揚程により大きく影響を受けるとのことなので、後日再調査の予定。



 PIC マイコンを乗せるメインボード。


 今回の製作事例のマイクロコンピューター関係の主なパーツリストを以下に示す。

 部品名  型式  必要
 個数
 おおよその単価
 PICマイコン PIC16F84A  PIC16F84A-20/P  250
 セラミック発振子 10MHz  CSTLS20MOX51 30
  18pin IC ソケット 40
 黄緑発光LCDモジュール(バックライト有り・5V
 16 x 2行
 TC1602E-06T 1 700
  ユニバーサル基板 AE2G 200 
 フラットケーブルコネクター 14ピン 216314P3 143 
 タクトスイッチ   20 
  5V1A 3端子レギュレーター  L78005CV 25 
 ピンヘッダー オス L型 14Pin ---
 1./4watt カーボン抵抗 各種
 電解コンデンサー 25V470μF 1
 ダーリントン・トランジスタ (NPN) D-1276A  D-1415 など 1
 トランジスター・アレイ TD62003AP 1 50
 半固定ボリューム 10k〜20kΩ      
 12V 1〜2Amp AC アダプター
 バスポンプ付属品などの流用可能
一般品 --
 
 パーツリストは電源コネクターや入力ピンコネクターなどは省略した。理由は貴方のストックパーツ等の流用
がベターだと考えるからだ。キャビネット(ケース)の選択も同様だ。

 このセクションは現在工事中。 別ページに製作状況の解説ページ ⇒⇒

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Step-Three    マイクロプロセサーのプログラミング

 このセクションは現在工事中。 別ページに製作状況の解説ページ ⇒⇒
 ()2014年5月バージョンのテスト時。今回の主役は画像中央部下のボードだ。現在ファンクション・ベリファイテスト中だ。


 ()2014年5月モデルの Next version のテスト状況。 テスト作業画像 ⇒⇒


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Step-Four    キャビネットの選択と加工作業

 順序は(後日整理する予定だが) 製作したマイクロプロセサーボードや液晶 (LCD) を納めるキャビネットの
加工作業から報告を始めたい。

 キャビネットの候補者()を上げてみた。

 今回キャビネットとして選択したのは、ヤマハ楽器の AC アダプターの物だ。中身は2年ほど前製作した機器に
使用済みで、その時『手頃なサイズなので捨てるのが惜しくて残していた物だ。


 今回の使用にはちょっと大きさが足りない様にも思えるのだが・・・・。今回はこれに組み込もうか、。


 汚れたラベルを剥がして、改めて液晶モジュールと並べてみる。


 メインボードと、、、。


 その奥には LCD 液晶モジュールが入るのだ。


 加工作業は市販品の方が(後述するがスイッチデザインの関係でも)ベターなのだが、、。


 ひとまず AC アダプターのケーシングの加工を開始。まずドリルでおおまかな穴を開け、


 金ノコとヤスリで作業を進める。


 まだ削りくずが見えるが、30〜40分程度で窓は完成した。


 窓にはアクリル板を使うので、手持ちのアクリル板で透過性を調べる。これは LED には最適のカラーなのだが、
バックライト ON の状態()。


 バックライトが ON ならば問題ないが、OFF すると殆ど判読困難になる。アクリル板は静電気を発生し易いので、画像で
は見事に埃が写っている。


  手持ちのイエロー系でバックライト ON 、


 バックライト OFF でも 視認性に問題なさそうなので採用を決定。


 さっそく窓に貼り付けた。


 既に液晶モジュールは固定済みだ。ボードを入れてもスペースがありそうだが・・・・。スイッチ取り付けのスペースが
不足するのだ。

トップは沈んでいるため意識して押さないと動作しない。
 これは私の過去の作品だが、スイッチヘッドは沈んだスタイルにしたかったのだ。

誤操作を防ぐ Model-13 のリセットスイッチ。
 これも数年前の作品だが、この様なスタイルにするには今回のキャビネットでは(予想されたことだが)
スペース不足なのだ。


 メッセージを表示させてキャビネットの窓に対して傾きや上下位置などの不具合が無いかチェックした後、最終的に液晶
モジュールを内部に固定する。


 スペース的にはかなりきつく、一部のコネクター類は直結で対応する事で対応。今後の作業は実際にバスタブ
にセットした(本番環境の)動作確認テストだ。

自作をお考えの方への参考情報
Step-Five    現場で基礎動作テスト


 画像では窓の明かりが液晶窓に反射しているが、使用者には(↓)の様にくっきりと見えている。
現時点ではワイヤーハーネスは仮配線なので最終的にはすっきりとまとめるつもりでいる。


 ポンプの動作タイミングなど機能面でのプログラムにはバグは無いようだ。お気づきかも知れないが
このページの紹介画像のパワーオン後表示されるコメントにミスがあるのだ。

 誤  : [ オフロ ハイスイシステム]]
 正  : [ オフロ ハイスイ システム]   
 
2014-05-11 Sun.

 今日は本番状態で各種パラメーターを採取した。最大の収穫はバスポンプの最大負荷時の消費電力
を知ることができたことだ。今までのテストではバケツに水を張りバスポンプを投入して測定していたの
だが、その値はこのページの最初に記した様に 480〜520mAmp だった。しかし・・・湯船から裏庭の
500肇織鵐までの約5〜6辰凌縅負荷の条件下では。


 マイクロプロセサーボードのパワーソースは測定に影響を与えぬよう(画像に見える)8本のエネループ
を使用し、ポンプとは分離している。測定値は 1.10〜1.18 Amp だった。これでは安価な AC アダプターで
はレギュレーション不足で、同じパワーソースにつないだマイクロプロセサーの動作が不安定になるのでは
と疑ったのだが、現時点では問題は起きていない。


 ほぼ90%完成した残り湯回収モジュール 2014年モデル。パワーソースはポンプに付属の AC アダプターを、そのまま
マイクロプロセサーとポンプに共用している。
 今後も FVT を続け、適宜リポートを上げるつもりだ。

 すでに Next version の試作も始まっている。 ⇒⇒

2014-05-21 Wed.

 説明なしで、これ()が何か分かるお方は少ないかも知れない。


 実は小さなアルミ板片に直径13mmの穴を開けているのだ。ハンドルの回転を続けると・・・。


 この様にきれいな穴がパンチアウトされるのだ。


 DC ジャック ( 2.1mm 標準タイプ ) を取り付けて、次の作業に移る・


 先日から本稼働を始めた残り湯回収モジュールのバー部分に木工用ドリルで 13mm の穴を開ける。


 ここに先ほどのアルミ板を木ねじ(しんちゅう製)で固定する。


 本番ではこの様に使用する。今まで AC アダプターのコネクターはバーの裏側にあったため、コネクター
をセットする時かがみ込む必要があったのだが、今回の対処で、かがみ込む必要をなくしたのだ。


 これは以前の接続状態。
_
2014-07-06 Sun.
 現時点で基本動作テスト済みだが、Next version の開発も進行中だ。次期モデルは水位センスにフロートスイッチを使う事
はやめ、超音波を利用する。


2014-08-22 Fri.
 今後の機能強化のアイデアのひとつ、バスタブから送水する残り湯の送水量を表示する案。

 製作したカレントメーターを残り湯回収モジュール 2014年モデルと並行稼働テストの画像だ。現在 11.4 箸送り出されたと
表示されている。このテストの目的だが、次期残り湯回収モジュールは、現在フロートを使用している水位センサーを省略した
作品にするアイデアの事前調査のなのだ。  カレントメーター製作記事 ⇒⇒



 FYI.  超音波を利用した貯水量表示モジュールの一例。(

  2014年6月
  残り湯タンク/雨水タンクの貯水量表示モジュールの
  ニューモデルが完成。
  タンクの改造・加工などは一切不要で、タンクの貯水量を
  ディジタル表示可能なのだ。 ⇒⇒



自作をお考えの方への参考情報
Step-Six    テスト稼働、本番開始後の追加情報



 バスポンプの寿命について
 多くのポンプの公称寿命は 500時間程度と記されている
 使用環境に大きく影響を受けると思われるが、ポンプの
 耐久限度の一例を記した。 ⇒⇒
 事前に寿命を把握する(現在実行中の)アイデア ⇒⇒


 **** この報告は 現在進行形 なので今後更に追加/修正が続きます。 *****


 このページに関する質問などは下記へ。

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