Zisterne - Füllstandsmessung (Ultraschall)

[DerMitdemBusSpricht]

Moin zusammen,
ich tüftel schon länger an einem Projekt das nun langsam Früchte trägt und wollte ich einfach mal darüber berichten.
Ausgangssituation:
Ich habe eine Zisterne (10000l), unterirdisch. Darin ist eine Gardena Tauchpumpe die die Rasensprenkler bedient. Deweiteren habe ich einen zweiten Schacht in dem eine Pumpe sitzt die Grundwasser pumpen kann um die Zisterne zu füllen. Nun ging es darum den Füllstand der Zisterne zu bestimmen. Anfangs habe ich über einen Schwimmer nachgedacht der mechanisch den Wert bestimmt. Dann habe ich aber erste Versuche mit Ultraschall im trockenen gemacht. Es gibt kleine US Module (keine 5 Euro) die sich problemlos an einen Raspberry (40Euro) anschließen lassen. Diesen habe ich mir dann auch fertig gemacht und konnte nun ziemlich schnell über die Kommandozeile die Entfernung anzeigen lassen. Ich war erstaunt wie präzise die ganze Sache ist!
Dann bin ich hin und habe mir eine kleine Applikation auf dem Raspberry geschrieben. Im Grunde läuft da nun ein kleiner Server drauf der über TCP eine Verbindung entgegennimmt. Ist die Verbindung aufgebaut und man schickt ein Zeichen vom EibPC, so wird eine Messung ausgeführt und der Wert dann geschickt. Der EibPC trennt dann die Verbindung oder holt noch mehrere Werte ab (um einen Mittelwert zu bilden).
Nachdem nun alles im Keller wunderbar im WLAN lief habe ich das in eine Tupperdose gepackt und in der Zisterne versenkt (oberhalb des Zulaufs ím Schacht verschraubt) und siehe da: Werte sind nur Schrott. Ich konnte alles messen, nur nicht die Entfernung zur Wasserobfläche. Was im Keller so problemlos noch ging ist in der Zisterne durch all die Wände, Rohre etc. mit all den Reflexionen nicht möglich.
Nun hat das US Modul einen Öffnungswinkel von 35 Grad. Wenn ein anderer Öffnungswinkel da wäre sollte es doch besser klappen!? Also erstmal mit Plastikröhren gebastelt um den Schall besser zu lenken. Kein Erfolg. Dann habe ich einen anderen Sensor genommen der in Stoßstangen von Autos verwendet wird. Vorteil hier: Wasserdicht! Resultat: Geht immer noch nicht. Nach einigem fachsimpeln mit Ultraschall Experten (Frequenz erhöhen etc.) bin ich dann aber selbst auf eine Idee gekommen die gehen müsste: Schwamm. Ich habe einen Schwamm genommen, Loch gebohrt und da ziemlich weit hinten den Sensor gestopft. Alle Schallwellen die nun seitlich in den Raum wollen werden im Schwamm geschluckt und nicht reflektiert. Nur die, die gerade rausgehen werden auch wieder empfangen. Und siehe da: (Trommelwirbel!!): Es geht!
Ich kann nun von ziemlich weit oben genau den Abstand zur Wasseroberfläche bestimmen! (Da meine Zisterne bisher nicht ganz leer war konnte ich noch nicht den Test bis zum Boden machen (ca. 2,3m) aber bis 1,7m bin ich schon ohne Probleme gekommen.
Problemchen gab es dann nur noch mit dem Pi der nach zwei Tagen nicht mehr wollte, aber das lag daran das sich das Wlan Modul ausstellt (Energiespar Modus).
Seit nun vier Monaten läuft das Ding ohne Probleme.
Über den Abstand (+-4cm als Toleranz) kann man nun sehr genau Rückschluss auf den Füllstand schließen (Prozentual und in L).

Bei Interesse kann ich gerne noch weitere Informationen posten.

[enertegus]

Tolles Projekt. Respekt...

[bluegaspode]

Kannst du davon mal ein Foto von der Schwammlösung posten?

Ich habe es mit dem SRF06 Sensor probiert, der bei mir direkt an einem Analog-Eingang angeschlossen ist. Nach etwas herumprobieren auch eine Stelle in der Zisterne gefunden, wo die Messung ohne weitere Tricks hinreichend gut ist.
Allerdings bekomme ich Störsignale, wenn die Pumpe an ist (auch Gardena Pumpe), weil diese Wasserstrahlen seitwärts rauspustet und den Sensor damit verwirrt.

Der Graph sieht dann wie folgt aus, was mir aktuell ausreicht, um manuell den Füllstand zu checken. Wie gesagt: alle Ausschläge sind von der Gartenbewässerung, wenn die Pumpe an ist.

Bildschirmfoto 2015-09-16 um 00.20.55.png

[DerMitdemBusSpricht]

Danke @Energetus
Den SRF06 hatte ich Anfangs auch, bin dann aber zu einem anderen gewechselt (genaue Bezeichnung kann ich bei Bedarf noch mal raussuchen, 14Euro). Der ist zwar nicht so präzise wieder der SRF06, erfüllt aber trotzdem seinen Zweck (und wasserdicht! - mir hing der ganze Sensor schon einen halben Meter tief im Wasser und trotzdem hat er keinen Schaden genommen).
Die Ausschläge in deiner Skala sind vermutlich die ungewollten Reflexionen. Ich denke das bekommst du aber schon durch Logik in den Griff. Ich mache alle 15min eine Messung. Dann messe ich 10x. Selbst wenn es massiv Regnet kann die Zisterne in einer viertelstunde nicht auf einmal 5000l mehr haben. Deshalb nehme ich den alten Wert als Maß und lasse alle neuen Werte in einem gewissen Toleranzbereich zu. Alle Werte die nicht darin liegen werden verworfen. Dann noch den Mittelwert bilden, fertig. Klappt ganz gut. Mit dem Diagramm stehe ich derzeit noch auf Kriegsfuß da die Skalierung automatisch gemacht wird und ich lieber 0-100% Fix hätte.

Anbei noch ein Bildchen meiner Schwammlösung. Das Rohr dient nur als Halter für den Sensor. Dieser ist am Ende einfach in das Rohr gesteckt. Dann da einfach den Schwamm drüber. Fertig. In der Tupperdose ist der RaPi mit Netzteil. An dem grauen Kabel ist der WLan Stick.
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