UltraSonic šķidruma līmeņa kontrolieris: 6 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:51

Kā jūs droši vien zināt, Irānā ir sauss laiks, un manā valstī trūkst ūdens. Dažreiz, it īpaši vasarā, var redzēt, ka valdība samazina ūdeni. Tātad lielākajā daļā dzīvokļu ir ūdens tvertne. Mūsu dzīvoklī ir 1500 litru tvertne, kas nodrošina ūdeni. Turklāt mūsu dzīvoklī ir 12 dzīvojamās vienības. Tā rezultātā var sagaidīt, ka tvertne iztukšosies ļoti drīz. Pie tvertnes ir piestiprināts ūdens sūknis, kas sūta ūdeni ēkā. Ikreiz, kad tvertne ir tukša, sūknis darbojas bez ūdens. Šī situācija izraisa motora temperatūras paaugstināšanos, un laika gaitā tas var izraisīt sūkņa sabrukumu. Pirms kāda laika šī sūkņa kļūme mums notika otro reizi, un pēc motora atvēršanas mēs redzējām, ka spoles vadi ir sadedzināti. Pēc sūkņa nomaiņas, lai atkal novērstu šo problēmu, es nolēmu izveidot ūdens līmeņa regulatoru. Es plānoju izveidot ķēdi, lai pārtrauktu sūkņa barošanu, kad ūdens nokrītas zem zemākās robežas tvertnē. Sūknis nedarbosies, kamēr ūdens nebūs sasniedzis augstu robežu. Pēc augstākās robežas pārsniegšanas ķēde atkal pievienos barošanas avotu. Sākumā es internetā meklēju, vai varu atrast piemērotu ķēdi. Tomēr es neatradu neko piemērotu. Bija daži uz Arduino balstīti ūdens indikatori, taču tie nevarēja atrisināt manu problēmu. Tā rezultātā es nolēmu izveidot savu ūdens līmeņa regulatoru. Viss vienā iepakojums ar vienkāršu grafisko lietotāja interfeisu parametru iestatīšanai. Es arī mēģināju uzskatīt EMC standartus, lai pārliecinātos, ka ierīce darbojas pareizi dažādās situācijās.

1. darbība. Princips

Jūs droši vien zināt principu iepriekš. Kad ultraskaņas impulsa signāls tiek izstarots objekta virzienā, objekts to atspoguļo un atbalss atgriežas sūtītājam. Ja jūs aprēķināt laiku, ko veic ultraskaņas impulss, jūs varat atrast objekta attālumu. Mūsu gadījumā priekšmets ir ūdens.

Ņemiet vērā, ka, atrodot attālumu līdz ūdenim, tiek aprēķināts tukšās vietas tilpums tvertnē. Lai iegūtu ūdens daudzumu, no kopējā tvertnes tilpuma ir jāatņem aprēķinātais tilpums.

2. darbība: sensors, barošanas avots un kontrolieris

Aparatūra

Sensoram es izmantoju JSN-SR04T ūdensizturīgu ultraskaņas sensoru. Darba kārtība ir līdzīga HC-SR04 (atbalss un sprūda tapa).

Specifikācijas:

• Attālums: no 25 līdz 450 cm
• Darba spriegums: DC 3.0-5.5V
• Darba strāva: ＜ 8mA
• Precizitāte: ± 1 cm
• Frekvence: 40 khz
• Darba temperatūra: -20 ~ 70 ℃

Ņemiet vērā, ka šim kontrolierim ir daži ierobežojumi. piemēram: 1- JSN-SR04T nevar izmērīt attālumu zem 25 cm, tāpēc jums ir jāuzstāda sensors vismaz 25 cm virs ūdens virsmas. Turklāt maksimālais attāluma mērījums ir 4,5M. Tātad šis sensors nav piemērots milzīgām tvertnēm. 2- šī sensora precizitāte ir 1 cm. Tā rezultātā, pamatojoties uz tvertnes diametru, ierīces rādītā tilpuma izšķirtspēja var mainīties. 3- skaņas ātrums var mainīties atkarībā no temperatūras. Rezultātā precizitāti var ietekmēt dažādi reģioni. Tomēr šie ierobežojumi man nebija izšķiroši, un precizitāte bija piemērota.

Kontrolieris

Es izmantoju STM32F030K6T6 ARM Cortex M0 no STMicroelectronics. Šī mikrokontrollera specifikāciju varat atrast šeit.

Barošanas avots

Pirmā daļa ir 220V/50Hz (Irānas elektrība) pārveidošana par 12VDC. Šim nolūkam es izmantoju HLK-PM12 strāvas padeves moduli. Šis maiņstrāvas/līdzstrāvas pārveidotājs var pārveidot 90 ~ 264 VAC uz 12VDC ar 0,25A izejas strāvu.

Kā jūs droši vien zināt, releja induktīvā slodze var izraisīt vairākas ķēdes un barošanas avota problēmas, un barošanas avota grūtības var izraisīt nepastāvību, īpaši mikrokontrollerī. Risinājums ir izolēt barošanas avotus. Turklāt releju kontaktiem ir jāizmanto ķēde. Barošanas avotu izolēšanai ir vairākas metodes. Piemēram, jūs varat izmantot transformatoru ar divām izejām. Turklāt tur ir atsevišķi izolēti līdzstrāvas/līdzstrāvas pārveidotāji, kas var izolēt izeju no ieejas. Šim nolūkam es izmantoju MINMAX MA03-12S09. Tas ir 3W DC/DC pārveidotājs ar izolāciju.

3. solis: supervizora IC

Saskaņā ar TI lietotnes piezīmi: Sprieguma uzraugs (pazīstams arī kā atiestatītā integrālā shēma [IC]) ir sprieguma monitora veids, kas uzrauga sistēmas barošanas avotu. Sprieguma uzraugi bieži tiek izmantoti kopā ar procesoriem, sprieguma regulatoriem un sekvencētājiem - parasti tur, kur nepieciešama sprieguma vai strāvas noteikšana. Uzraugi uzrauga sprieguma sliedes, lai nodrošinātu strāvas padevi, atklātu kļūdas un sazinātos ar iegultiem procesoriem, lai nodrošinātu sistēmas veselību. šo lietotnes piezīmi varat atrast šeit. Lai gan STM32 mikrokontrolleros ir iebūvēti uzraugi, piemēram, strāvas padeves monitors, es izmantoju ārēju uzraudzības mikroshēmu, lai nodrošinātu, ka viss darbosies labi. Manā gadījumā es izmantoju TL7705 no TI. Jūs varat redzēt šīs IC aprakstu no Texas Instruments tīmekļa vietnes: TL77xxA integrētās shēmas barošanas sprieguma uzraugu saime ir īpaši izstrādāta izmantošanai kā atiestatīšanas kontrolleri mikrodatoru un mikroprocesoru sistēmās. Barošanas sprieguma uzraugs uzrauga barošanu zem sprieguma apstākļiem pie SENSE ieejas. Ieslēgšanas laikā RESET izeja kļūst aktīva (zema), kad VCC sasniedz vērtību, kas tuvojas 3,6 V. NAV) neaktīvs (attiecīgi augsts un zems). Ja normālas darbības laikā rodas zemsprieguma stāvoklis, RESET un RESET (NOT) aktivizējas.

4. solis: iespiedshēmas plate (PCB)

Es izveidoju PCB divos gabalos. Pirmais ir LCD PCB, kas ir savienots ar mātesplati ar lenti/plakanu kabeli. Otrā daļa ir kontroliera PCB. Šajā PCB es ievietoju barošanas avotu, mikrokontrolleru, ultraskaņas sensoru un saistītos komponentus. Un arī strāvas daļa, kas ir relejs, varistors un smēķētāja ķēde. Kā jūs droši vien zināt, mehāniskie releji, piemēram, relejs, ko izmantoju savā ķēdē, var sabojāties, ja tie vienmēr darbojas. Lai pārvarētu šo problēmu, es izmantoju releja normāli tuvu kontaktu (NC). Tātad normālā situācijā relejs nav aktīvs, un parasti tuvs kontakts var vadīt sūkni. Ikreiz, kad ūdens nokrītas zem zemākās robežas, relejs ieslēgsies, un tas samazinās strāvu. To sakot, tas ir iemesls, kāpēc es izmantoju snubber ķēdi NC un COM kontaktos. Attiecībā uz to, ka sūknim bija liela jauda, es tam izmantoju otro 220 releju, un es to vadu ar releju uz PCB.

Šeit varat lejupielādēt PCB failus, piemēram, Altium PCB failus un Gerber failus no mana GitHub.

5. darbība: kods

Es izmantoju STM32Cube IDE, kas ir universāls risinājums koda izstrādei no STMicroelectronics. Tā pamatā ir Eclipse IDE ar GCC ARM kompilatoru. Turklāt tajā ir STM32CubeMX. Plašāku informāciju varat atrast šeit. Sākumā es uzrakstīju kodu, kas ietvēra mūsu tvertnes specifikāciju (augstums un diametrs). Tomēr es nolēmu to mainīt uz GUI, lai iestatītu parametrus, pamatojoties uz dažādām specifikācijām.

6. darbība: uzstādīšana tvertnē

Galu galā es izveidoju vienkāršu kastīti, lai aizsargātu PCB no ūdens. Turklāt es izveidoju caurumu tvertnes augšpusē, lai uz tā uzliktu sensoru.