Controlador de nivell de líquid UltraSonic: 6 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Introducció Com és probable que sàpigueu, l’Iran té temps sec i al meu país hi ha una manca d’aigua. De vegades, sobretot a l’estiu, es pot veure que el govern talla l’aigua. Així doncs, la majoria dels apartaments disposen d’un dipòsit d’aigua. Al nostre apartament hi ha un dipòsit de 1500 litres que proporciona aigua. A més, hi ha 12 unitats residencials al nostre apartament. Com a resultat, es pot esperar que el tanc es buidi ben aviat. Hi ha una bomba d’aigua connectada al tanc que envia aigua a l’edifici. Sempre que el dipòsit està buit, la bomba funciona sense aigua. Aquesta situació provoca un augment de la temperatura del motor i, durant el temps, pot provocar l’avaria de la bomba. Fa un temps, aquesta fallada de la bomba es va produir per segona vegada i, després d’obrir el motor, vam veure que es cremaven els cables de la bobina. Després de canviar la bomba, per evitar aquest problema de nou, vaig decidir fabricar un controlador de nivell d’aigua. Vaig planejar fer un circuit per tallar l’alimentació de la bomba sempre que l’aigua arribés per sota del límit baix del tanc. La bomba no funcionarà fins que l'aigua pugi fins a un límit elevat. Després de superar el límit màxim, el circuit tornarà a connectar la font d'alimentació. Al principi, vaig buscar per Internet per veure si trobava un circuit adequat. Tot i això, no he trobat res adequat. Hi havia alguns indicadors d’aigua basats en Arduino, però no va poder resoldre el meu problema. Com a resultat, vaig decidir dissenyar el meu controlador de nivell d’aigua. Un paquet tot en un amb una interfície gràfica d’usuari senzilla per definir paràmetres. A més, he intentat considerar les normes EMC per assegurar-me que el dispositiu funciona vàlid en diferents situacions.

Pas 1: Principi

Probablement coneixeu el principi abans. Quan el senyal de pols ultrasònic s’emet cap a un objecte, l’objecte el reflecteix i el ressò torna a l’emissor. Si calculeu el temps recorregut pel pols ultrasònic, podeu trobar la distància de l'objecte. En el nostre cas, l’element és l’aigua.

Tingueu en compte que quan trobeu la distància a l’aigua, esteu calculant el volum d’espai buit del dipòsit. Per obtenir el volum d'aigua, heu de restar el volum calculat del volum total del tanc.

Pas 2: sensor, alimentació i controlador

Maquinari

Per al sensor, he utilitzat un sensor d’ultrasons impermeable JSN-SR04T. La rutina de treball és com l'HC-SR04 (ressò i trig pin).

Especificacions:

• Distància: de 25 cm a 450 cm
• Voltatge de treball: CC 3.0-5.5V
• Corrent de treball: ＜ 8mA
• Precisió: ± 1cm
• Freqüència: 40 kHz
• Temperatura de treball: -20 ~ 70 ℃

Tingueu en compte que aquest controlador té algunes limitacions. per exemple: 1- El JSN-SR04T no pot mesurar una distància inferior a 25 cm, de manera que heu d’instal·lar el sensor almenys a 25 cm per sobre de la superfície de l’aigua. A més, la mesura de distància màxima és de 4,5M. Per tant, aquest sensor no és adequat per a tancs enormes. 2- la precisió és de 1 CM per a aquest sensor. Com a resultat, en funció del diàmetre del tanc, es pot variar la resolució de volum que mostrarà el dispositiu. 3- la velocitat del so pot variar en funció de la temperatura. Com a resultat, la precisió es pot veure afectada per diferents regions. Tot i això, aquestes limitacions no eren crucials per a mi i la precisió era adequada.

El controlador

He utilitzat STM32F030K6T6 ARM Cortex M0 de STMicroelectronics. Podeu trobar l’especificació d’aquest microcontrolador aquí.

La font d'alimentació

La primera part és convertir 220V / 50Hz (Iran Electricity) a 12VDC. Amb aquest propòsit, he utilitzat el mòdul de subministrament elèctric HLK-PM12. Aquest convertidor AC / DC pot convertir 90 ~ 264 VCA a 12VDC amb un corrent de sortida de 0,25A.

Com probablement sabreu, la càrrega inductiva del relé pot causar diversos problemes al circuit i a la font d'alimentació, i la dificultat en la font d'alimentació pot provocar inconstàncies, especialment al microcontrolador. La solució és aïllar les fonts d’alimentació. A més, haureu d’utilitzar un circuit snubber als contactes de relés. Hi ha diversos mètodes per aïllar les fonts d’alimentació. Per exemple, podeu utilitzar un transformador amb dues sortides. A més, hi ha convertidors CC / CC aïllats en una mida petita que pot aïllar la sortida de l'entrada. He utilitzat MINMAX MA03-12S09 per a aquest propòsit. És un convertidor de 3W CC / CC amb aïllament.

Pas 3: IC del supervisor

Segons la nota de l’aplicació TI: un supervisor de tensió (també conegut com a circuit integrat de reinici [CI]) és un tipus de monitor de tensió que controla la font d’alimentació d’un sistema. Els supervisors de tensió s'utilitzen sovint amb processadors, reguladors de tensió i seqüenciadors, en general, on es requereix la detecció de tensió o corrent. Els supervisors supervisen els rails de tensió per assegurar l’encesa, detectar falles i comunicar-se amb processadors incrustats per garantir la salut del sistema. podeu trobar aquesta nota de l'aplicació aquí. Tot i que els microcontroladors STM32 tenen supervisors incorporats com el monitor d’alimentació, he utilitzat un xip de supervisor extern per assegurar-me que tot funcionarà bé. En el meu cas, he utilitzat TL7705 de TI. Podeu veure la descripció del lloc web de Texas Instruments per a aquest IC a continuació: La família TL77xxA de supervisors de voltatge de subministrament de circuits integrats està dissenyada específicament per utilitzar-se com a controladors de restabliment en sistemes de microordinadors i microprocessadors. El supervisor de la tensió d’alimentació supervisa l’alimentació per a condicions de baixa tensió a l’entrada SENSE. Durant l’engegada, la sortida RESET es torna activa (baixa) quan VCC aconsegueix un valor que s’aproxima a 3,6 V. En aquest punt (suposant que SENSE és superior a VIT +), la funció de temporitzador de retard activa un retard de temps, després del qual surt RESET i RESET (NO) es queda inactiu (alt i baix, respectivament). Quan es produeix una condició de baixa tensió durant el funcionament normal, RESET i RESET (NOT) es posen en marxa.

Pas 4: la placa de circuit imprès (PCB)

Vaig dissenyar el PCB en dues peces. El primer és el PCB LCD que es connecta a la placa principal amb un cable pla de cinta i la segona part és el PCB del controlador. En aquest PCB, vaig col·locar font d'alimentació, microcontrolador, sensor d'ultrasons i components relacionats. I també la part de potència que és el circuit de relés, varistor i snubber. Com probablement sabreu, els relés mecànics com un relé que he utilitzat al meu circuit es poden trencar si sempre funcionen. Per superar aquest problema, he utilitzat normalment el contacte proper (NC) del relé. Per tant, en una situació normal, el relé no està actiu i normalment un contacte proper pot conduir l’energia a la bomba. Sempre que l’aigua es troba per sota del límit baix, el relé s’encén i això tallarà l’energia. Dit això, aquesta és la raó per la qual he utilitzat el circuit snubber als contactes NC i COM. Respecte al fet que la bomba tenia una potència elevada, vaig utilitzar el segon relé 220 per a ella i el condueixo amb el relé a la PCB.

Podeu descarregar fitxers PCB com ara fitxers PCB Altium i fitxers Gerber del meu GitHub aquí.

Pas 5: Codi

He utilitzat el STM32Cube IDE, que és una solució tot-en-un per al desenvolupament de codi de STMicroelectronics. Es basa en Eclipse IDE amb compilador GCC ARM. A més, té STM32CubeMX. Podeu trobar més informació aquí. Al principi, vaig escriure un codi que incloïa les nostres especificacions del tanc (alçada i diàmetre). Tot i això, vaig decidir canviar-lo a GUI per establir paràmetres basats en diferents especificacions.

Pas 6: Instal·lació al tanc

Al final, he fet una senzilla caixa per protegir el PCB de l’aigua. A més, vaig fer un forat a la part superior del tanc per posar-hi el sensor.