UltraSonic kontroler razine tekućine: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

UvodKao što vjerojatno znate, Iran ima suho vrijeme, a u mojoj zemlji nedostaje vode. Ponekad se, osobito ljeti, može vidjeti da vlada reže vodu. Tako većina stanova ima spremnik za vodu. U našem stanu postoji spremnik od 1500 litara koji opskrbljuje vodom. Također, u našem stanu se nalazi 12 stambenih jedinica. Zbog toga se može očekivati da će se spremnik vrlo brzo isprazniti. Na spremnik je priključena pumpa za vodu koja šalje vodu u zgradu. Kad god je spremnik prazan, pumpa radi bez vode. Ova situacija uzrokuje povećanje temperature motora, a tijekom vremena može uzrokovati kvar pumpe. Prije nekog vremena ovaj kvar pumpe dogodio nam se drugi put, a nakon otvaranja motora vidjeli smo da su žice zavojnice izgorjele. Nakon što smo zamijenili pumpu, kako bih ponovno spriječio ovaj problem, odlučio sam napraviti regulator razine vode. Planirao sam napraviti krug za prekid napajanja pumpe kad god bi voda došla ispod donje granice u spremniku. Pumpa neće raditi sve dok voda ne naraste do visoke granice. Nakon prelaska gornje granice, krug će ponovno spojiti napajanje. U početku sam pretraživao internet da vidim mogu li pronaći odgovarajući krug. Međutim, nisam našao ništa prikladno. Bilo je nekih pokazatelja vode zasnovanih na Arduinu, ali moj problem nije mogao riješiti. Kao rezultat toga, odlučio sam dizajnirati svoj regulator razine vode. Sve-u-jednom paket s jednostavnim grafičkim korisničkim sučeljem za postavljanje parametara. Također sam pokušao uzeti u obzir EMC standarde kako bih bio siguran da uređaj radi valjano u različitim situacijama.

Korak 1: Princip

Vjerojatno već znate princip. Kada se ultrazvučni impulsni signal emitira prema objektu, objekt se reflektira i eho se vraća pošiljatelju. Ako izračunate vrijeme provedeno ultrazvučnim impulsom, možete pronaći udaljenost objekta. U našem slučaju, predmet je voda.

Imajte na umu da kada pronađete udaljenost do vode, izračunavate volumen praznog prostora u spremniku. Da biste dobili volumen vode, morate oduzeti izračunati volumen od ukupnog volumena spremnika.

Korak 2: Senzor, napajanje i kontroler

Hardver

Za senzor sam koristio vodootporni ultrazvučni senzor JSN-SR04T. Radna rutina je poput HC-SR04 (eho i trig pin).

Naočale:

• Udaljenost: 25 do 450 cm
• Radni napon: DC 3.0-5.5V
• Radna struja: ＜ 8mA
• Točnost: ± 1 cm
• Frekvencija: 40 kHz
• Radna temperatura: -20 ~ 70 ℃

Imajte na umu da ovaj kontroler ima neka ograničenja. na primjer: 1- JSN-SR04T ne može mjeriti udaljenost ispod 25 cm, pa morate postaviti senzor najmanje 25 cm iznad površine vode. Štoviše, najveća udaljenost je 4,5M. Dakle, ovaj senzor nije prikladan za velike spremnike. 2- točnost je 1 cm za ovaj senzor. Zbog toga se na temelju promjera spremnika može mijenjati razlučivost volumena koju će uređaj prikazati. 3- brzina zvuka može varirati ovisno o temperaturi. Zbog toga različite regije mogu utjecati na točnost. Međutim, ta ograničenja za mene nisu bila presudna, a točnost je bila prikladna.

Kontrolor

Koristio sam STM32F030K6T6 ARM Cortex M0 iz STMicroelectronics. Specifikacije ovog mikrokontrolera možete pronaći ovdje.

Napajanje

Prvi dio je pretvaranje 220V/50Hz (iranska električna energija) u 12VDC. U tu sam svrhu upotrijebio modul napajanja HLK-PM12 u obliku dolara prema dolje. Ovaj AC/DC pretvarač može pretvoriti 90 ~ 264 VAC u 12VDC s izlaznom strujom 0,25A.

Kao što vjerojatno znate, induktivno opterećenje releja može uzrokovati nekoliko problema u krugu i napajanju, a poteškoće u napajanju mogu dovesti do nedosljednosti, osobito u mikrokontroleru. Rješenje je izolirati napajanje. Također, morate koristiti prigušni krug na kontaktima releja. Postoji nekoliko metoda za izolaciju napajanja. Na primjer, možete koristiti transformator s dva izlaza. Štoviše, postoje izolirani DC/DC pretvarači u sićušnoj veličini koji mogu izolirati izlaz od ulaza. U tu sam svrhu koristio MINMAX MA03-12S09. To je DC/DC pretvarač snage 3W s izolacijom.

Korak 3: IC nadzornika

Prema napomeni TI App: Nadzor napona (također poznat kao resetirani integrirani krug [IC]) je vrsta monitora napona koji nadzire napajanje sustava. Nadzorni naponi često se koriste s procesorima, regulatorima napona i sekvencijalima - općenito, tamo gdje je potrebno mjerenje napona ili struje. Nadzornici prate naponske vodilice kako bi osigurali uključivanje, otkrili kvarove i komunicirali s ugrađenim procesorima kako bi osigurali ispravnost sustava. ovu bilješku o aplikaciji možete pronaći ovdje. Iako mikrokontroleri STM32 imaju ugrađene supervizore, poput monitora za napajanje, koristio sam vanjski nadzorni čip kako bih osigurao da će sve raditi dobro. U mom slučaju koristio sam TL7705 iz TI -a. Opis sa ove web stranice Texas Instruments za ovaj IC možete vidjeti u nastavku: Obitelj nadzornika opskrbnog napona integriranih krugova TL77xxA dizajnirana je posebno za upotrebu kao kontroleri za resetiranje u mikroračunalima i mikroprocesorskim sustavima. Nadzor napona napajanja prati stanje opskrbe naponom na ulazu SENSE. Tijekom uključivanja, RESET izlaz postaje aktivan (nizak) kada VCC dosegne vrijednost koja se približava 3,6 V. U ovom trenutku (pod pretpostavkom da je SENSE iznad VIT+), funkcija mjerača vremena odgode aktivira vremensko kašnjenje, nakon čega se izlazi RESET i RESET (NE) postaju neaktivni (visoki, odnosno niski). Kad se tijekom normalnog rada pojavi stanje pod naponom, RESET i RESET (NOT) postaju aktivni.

Korak 4: Tiskana ploča (PCB)

PCB sam dizajnirao u dva dijela. Prvi je LCD PCB koji je spojen na matičnu ploču vrpcom/ravnim kabelom. Drugi dio je PCB upravljačkog sklopa. Na ovu PCB postavio sam napajanje, mikrokontroler, ultrazvučni senzor i povezane komponente. Također i dio napajanja koji je relejni, varistorski i prigušivački krug. Kao što vjerojatno znate, mehanički releji poput releja koje sam koristio u svom krugu mogu se pokvariti ako uvijek rade. Da bih prevladao ovaj problem, koristio sam normalno bliski kontakt (NC) releja. Dakle, u normalnoj situaciji relej nije aktivan i normalno bliski kontakt može voditi napajanje crpke. Kad god voda padne ispod donje granice, relej će se uključiti, a to će prekinuti napajanje. Rekavši to, Ovo je razlog zašto sam koristio sklop prigušivača na NC i COM kontaktima. S obzirom na činjenicu da je pumpa imala veliku snagu, za nju sam koristio drugi relej 220 i vozim ga s relejem na PCB -u.

Ovdje možete preuzeti datoteke PCB -a kao što su Altium PCB datoteke i Gerber datoteke s mog GitHub -a.

Korak 5: Kodirajte

Koristio sam STM32Cube IDE, koji je sve-u-jednom rješenje za razvoj koda iz STMicroelectronics. Temelji se na Eclipse IDE -u s GCC ARM kompajlerom. Također, u sebi ima STM32CubeMX. Više informacija možete pronaći ovdje. Isprva sam napisao kod koji je uključivao naše specifikacije spremnika (visina i promjer). Međutim, odlučio sam ga promijeniti u GUI za postavljanje parametara na temelju različitih specifikacija.

Korak 6: Instalacija na spremnik

Na kraju sam za njega napravio jednostavnu kutiju za zaštitu PCB -a od vode. Također, napravio sam rupu na vrhu spremnika za postavljanje senzora.