Avvisatore di allagamento con ESPertino

Grazie alle sue possibilità intrinseche di collegarsi a Internet, ESPertino può rivelarsi un utile avvisatore di allagamento di un ambiente. Il progetto utilizza anche uno dei relè a bordo per innescare il potente avviso di una sirena a 12 Volt. L'articolo è molto didattico poiché esplora tante possibilità offerte da questa magnifica scheda.

Introduzione

Il dispositivo presentato in questo articolo è interessante e utile in molte occasioni. Può essere utilizzato per la sicurezza negli esercizi pubblici, ristoranti, alberghi, uffici ma può fornire tutta la sua utilità anche in ambito casalingo e domestico. Si tratta di un sensore di allagamento molto rudimentale quanto efficace che, in caso d'importanti perdite d'acqua non previste, provvede subito ad avvertire i proprietari, mediante diversi canali di comunicazione. Il tempestivo intervento dell'uomo, infatti, può scongiurare allagamenti ben più gravi, permettendo agli operatori di chiudere in tempo valvole e rubinetti interrompendo, di fatto, il pericoloso flusso d'acqua.

Principio della rilevazione dell'acqua

Il dispositivo descritto è fornito di due puntali o di due piastre metalliche e conduttive (vedi figura 1) che sono poste, praticamente sul pavimento. In mancanza d'acqua, tra i due contatti non vi è alcuna continuità elettrica. La resistenza risultante è, dunque, quasi infinita. In presenza d'acqua, invece, si instaura un lieve passaggio di elettroni tra le due parti. Il prezioso liquido, infatti, presenta una determinata resistenza elettrica che, seppur abbastanza alta e non matematicamente lineare alle diverse condizioni fisiche e chimiche, è sufficiente a innescare il circuito di rilevazione. L'acqua salata riesce a condurre ancora molta più corrente. Per l'utilizzo continuativo del circuito, non esiste il problema di una eventuale elettrolisi, in quanto il dispositivo opera sempre in stato di riposo, ossia senza la presenza del liquido tra i contatti. I momenti in cui l'acqua si trova a contatto con le sonde, dunque, sono molto limitati, anzi, davvero rari (si spera) e corrispondenti esclusivamente agli accadimenti degli allagamenti.

Figura 1: le piastre metalliche per la rilevazione della presenza dell'acqua

Figura 1: le piastre metalliche per la rilevazione della presenza dell'acqua

Prototipo di prova

Prima di proseguire con la realizzazione dello schema definitivo, è molto utile e didattico provare, con uno sketch minimale, la conduttività dell'acqua. Il circuito di test non ha bisogno di amplificatori di segnali poiché lo stesso sfrutta l'alta impedenza degli ingressi digitali di ESPertino (HIGHZ). Lo schema di prova è mostrato in figura 2.

Figura 2: schema di principio per il test della conducibilità dell'acqua

Figura 2: schema di principio per il test della conducibilità dell'acqua

Come si nota, la porta d'ingresso GPIO34 è collegata a massa attraverso una resistenza di alto valore (compresa tra 100kohm e 1 Megaohm). Questa componente assicura un potenziale basso a riposo (resistenza di pull-down) quando i due puntali non sono collegati tra loro e non scorre alcuna corrente tra essi. La presenza dell'acqua, invece, chiude il circuito, causando un debole passaggio di elettroni e la porta GPIO34 commuta nettamente e decisamente il suo stato a livello logico alto, grazie alla sua alta impedenza. Per aumentare ancor di più la sensibilità della porta è sufficiente alzare il valore della resistenza anche a 3-4 Mohm. Cos'è che fornisce la tensione positiva per alimentare il circuito di rilevazione? Lo stesso ESPertino, tramite il suo pin di alimentazione etichettato con 3.3V. Senza la resistenza di pull-down le rilevazioni potrebbero risultare casuali e impreviste, per cui la sua presenza è obbligatoria.

Il seguente sketch di prova serve per effettuare il test. E' sufficiente riempire un bicchiere d'acqua dal rubinetto. Se i due terminali non sono immersi, il diodo Led onboard, collegato alla porta 13 di ESPertino, resta spento. Non appena i puntali sono sommersi dal liquido, si otterrà la netta e immediata illuminazione del semiconduttore. Si ricorda altresì che in presenza di acqua salata il passaggio degli elettroni è di gran lunga superiore. Il diodo Led onboard ha un funzionamento "al contrario". Per illuminarlo, infatti, occorre portare il suo catodo a livello logico basso.

 

void setup() {
  pinMode(34,INPUT);     // Ingresso digitale per il sensore (1/0)
  pinMode(13,OUTPUT);    // Uscita per il diodo Led
}
void loop() {
  bool stato=digitalRead(34);    // Legge l'ingresso digitale
  digitalWrite(13,!stato);       // Visualizza lo stato in negazione
  delay(100);                    // Pausa di attesa
}

 

Il listato è semplicissimo. La porta 34 è posta in ingresso mentre la porta 13 è configurata in uscita per il pilotaggio del diodo Led. La funzione loop() legge ciclicamente lo stato logico della porta 34. Il relativo stato è "riversato" e assegnato alla porta 13 per la relativa illuminazione. Questa operazione è effettuata in forma negata poiché il catodo del Led è collegato alla porta di uscita dell'ESP32 (vedi schema elettrico ufficiale di ESPertino).

Il prototipo

Bene, dopo che la teoria è stata esaminata e che il funzionamento di principio è stato ben compreso, si può passare a descrivere il prototipo definitivo, assieme alle sue funzionalità. In caso di rilevazione di perdita d'acqua da parte del sensore, il prototipo eseguirà i seguenti compiti d'informazione, come mostrato in figura 3:

  • Illumina il diodo Led presente sulla scheda ESPertino;
  • Attiva il relè a bordo della scheda. Esso può pilotare piccoli carichi come sirene, avvisatori acustici e luminosi, elettrovalvole o elettroserrature oppure ulteriori relè per comandare utilizzatori ancora più grossi;
  • Invia un messaggio SMS a uno o più numeri di telefono programmati;
Figura 3: le attivazioni del sistema, in caso di allagamento

Figura 3: le attivazioni del sistema, in caso di allagamento

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4 Commenti

  1. Giovanni Di Maria Giovanni Di Maria 23 novembre 2017
  2. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio Di Paolo Emilio 23 novembre 2017
  3. Antonio 30 novembre 2017
    • Giovanni Di Maria Giovanni Di Maria 1 dicembre 2017

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