Begin dit jaar kwam ik op de verjaardag van mijn vriend Leendert aan de praat met diens broer Hendrik.
Hendrik is ‘ijsmeester’ van de Winterswijkse Ijsvereniging Die zijn regelmatig in het nieuws, want het is een innovatieve club met allerlei slimme dingen, waardoor ze al heel snel ijs kunnen ‘maken’. Een van de innovatieve dingen is, dat ze op veel plekken in de baan ‘temperatuur-sensoren’ hebben.
Die sensors geven continu de temperatuur op verschillende dieptes door aan een computer. Op die computer draait het programma ‘HomeAssistant’ (mij wel bekend) en Hendrik kan, desgewenst vanaf zijn huis, op dat Homeassistant het temperatuurverloop volgen.
Dat vind ik natuurlijk reuze interessant…
Het gaat op zo’n baan om het ijs maken. En als het voldoende dik is (z’n 30 mm) kan er geschaatst worden. Dat meten van de dikte doen ze heel klassiek. Ze boren een gat in het ijs en steken daar een schuifmaat in.
Dat moet slimmer kunnen lijkt me.
Het lijkt me leuk om een ‘ijsdiktemeter’ te maken. Die moet dan de dikte van het ijs doorgeven (liefst ook aan HomeAssistant).
Na wat piekeren (en overleg met Hendrik) is dit de schets van wat er gemaakt moet worden.

sensor ijsmeter

Er zijn een aantal (nog verder uit te werken) details:
– hoe ver ‘vanaf de kant’ moet de dikte gemeten worden? Hendrik denkt aan 150 cm. Dan moet de sensor daar komen te hangen. Maar als de schaatsers komen, moet hij weg…
– de sensor meet de hoogte tot het ijs. Dat is niet de ijsdikte. Dan moet je weten hoe hoog de sensor boven het asfalt hangt. Dat kan de centrale computer wel oplossen.
– het zou mooi zijn als het ding op batterijen kan werken (die dan minstens een nacht, tijdens het sproeien, mee kunnen).
– hoe communiceert de sensor met HomeAssistant? Op dezelfde manier als de bestaande temperatuursensors? Of anders?

Maar de allereerste uitdaging is natuurlijk om een sensor te bedenken/maken.
Na wat piekeren en rondkijken besluit ik om als hart van de sensor te gebruiken een ESP32 (of ESP8266). Dat zijn hele kleine computertjes (formaat luciferdoosje) met o.a. ingebouwd WiFi. Het is de wat modernere variant van de Arduino waarmee ik een paar jaar geleden mijn Useless Machine hebt gemaakt.
Zo’n ding kost (een beetje afhankelijk van het type) zo’n 7 euro; dus dat is nog wel op te brengen.

Hieronder een plaatje van een van mijn sensors.
Het blauwe ding is de ESP32-computer. Hij is geprikt op een ‘breadboard’ waarmee je om te experimenteren draadjes en toestanden aan het ESP32-computertje kunt verbinden. Als alles dan naar genoegen werkt soldeer je e.e.a. bijvoorbeeld op een printplaatje. Voor het idee: dat breadboard (witte plaatje met al die gaatjes) is ongeveer zo groot als een bankpas.
Het belangrijkst wat hier op de ESP32 is aangesloten is de sensor. In dit geval een ultrasoon-sensor. Het is dat groene dingetje waarvandaan 4 draadjes naar de ESP32 lopen. Die sensor geeft een bepaald getal (afhankelijk van de gemeten afstand) door aan de ESP32 en die rekent dat om naar een echte afstand en geeft dat dan via WiFi door aan mijn HomeAssistant computer.

Een ESP32 op een breadboard met daarop aangesloten een sensor

Je moet de ESP32 natuurlijk programmeren. Dat doe je vanaf je gewone PC en het programma stuur je dan via een USB-kabeltje naar de ESP32.
In grote lijnen ziet mijn programma er zo uit:

– verbind met WiFi
– maak een verbinding met de HomeAssistant-computer
– doe een meting en reken die om naar een afstand
– geef de afstand door aan HomeAssistant

de laatste twee acties worden dan om de zoveel seconden herhaald.

In de serie foto’s hieronder zie je alle elementen achter elkaar. Als je op een foto klikt zie je hem groter en in het commentaar van de foto een klein stukje uitleg.

Onder de sensor ligt nu een stapeltje zakdoekjes en een boek. Blijkbaar is dat samen 31 mm dik

een stukje van het programma wat op de ESP32 draait

Zo komen de gegevens binnen bij HomeAsistant

Op deze manier laat HomeAssistant zien wat de situatie is

Dat is natuurlijk allemaal heel mooi en ik was er ook goed trots op.
Tot het moment dat ik erachter kwam dat de sensor die ik in eerste instantie gebruikte (een ‘laser-sensor’ van 10 euro) weliswaar heel nauwkeurig lijkt, maar ….. niet goed ‘terugketst’ op een water- of ijsoppervlak…
Daar heb ik dus helemaal niets aan voor deze toepassing.

Verder gaan zoeken bij mijn winkeltjes (Tinytronics en Otronic) en daar gekocht een infrarood-sensor en twee soorten ultrasoon. Van dat ultrasoon dus twee types, omdat ik ergens gelezen had dat die het beste zijn voor dit soort oppervlaktes.

Om een beetje handig te kunnen testen heb ik vier ESP32-computertjes ingericht met elk een andere sensor.
Die vier dingen op een plankje gemonteerd. Zie onderstaande serie foto’s. Weer met uitleg bij elke foto.

vier sensoren op een plankje

een wat luxere ultrasoonmeter. Vereist een speciale esp32

een luxe ulstrasoonsensor (die deed het uiteindelijk het beste).

kloteding

onderkant van een ultrasoon-sensor

Mijn eerste sensor. mooi en nauwkeurig, maar doet het niet op water/ijs

onderkant van de lasersensor. nauwkeurig, maar inbruikbaar voor water/ijs

bovenkant (aansluitingen) van lasersensor

lastig te programmeren en doet het niet op wateroppervlak.

infrarrodsensor. Onbruikbaar voor wateroppervlak

4 sensoren op een plankje

Vervolgens aan de gang gegaan om (in een ovenschaal) een dikke ‘ijsvloer’ te maken. Met dan dus het idee om te kijken wat de diverse sensoren daarvan maken.
Tot mijn verbazing is het nog niet zo simpel om een mooie laag ijs in zo’n schaal te krijgen.
In mijn onschuld zette ik een schaal water in de diepvries. De volgende ochtend bleek er een bult (2 cm hoog) op het ijs te staan! De ijsmeester uit Winterswijk heeft me uitgelegd hoe dat komt. Je moet dunne laagjes maken. Ook dat viel niet mee. Als ik er een beetje water opgoot kwamen er allemaal barsten en ellende in het ijs.
Ik heb het maar even opgegeven en ben begonnen met testen.

Het was een drama.

Het grootste probleem was dat de waardes onnauwkeurig waren en vooral: instabiel.
Ik had mijn programmaatje zo aangepast dat hij elke seconde een meting deed en op het scherm van HomeAssistant zie je dan als ijsdikte 23, 16, 28, -2, 23, 19, 23 enzovoorts. Meestal wel zo’n 23 (wat het was), maar veel en veel teveel (grote) variatie.
De ene sensor heeft daar meer last van dan de andere.
Heel misschien ligt het ook wel aan mijn programmaatje, maar dat geloof ik niet erg.
De laser heeft er nauwelijks last van (maar die doet het niet op water/ijs).

Ik zit nu even vast.

Om wat positiefs uit de dag te halen: ik weet nu dat ik een ultrasoon-sensor nodig heb.

Waarschijnlijk zijn de sensors die ik nu gebruikt heb (de M5stack en de HC_SR04 ) te simpel.
Ik heb nog de tip gekregen voor een ‘DFRobot A02YYUW Waterproof Ultrasonic Sensor – UART‘. Geen idee of die beter zal zijn. Nog even kauwen of we er 22 euro tegen aan gooien…
Als je googled op ‘ultrasoon sensor’ vind je prijzen tussen de 2 euro en honderden euro’s.
Ik heb er gewoon de ballen verstand van…

Wordt vervolgd (hoop/denk ik)