Ultrahangos tartályszintmérő: 5 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:42

Figyelni kell a folyadékszintet egy nagy átmérőjű kútban, tartályban vagy nyitott tartályban? Ez az útmutató megmutatja, hogyan készíthet szonár érintés nélküli folyadékszintmérőt olcsó elektronika segítségével!

A fenti vázlat áttekintést nyújt arról, hogy mire törekedtünk ezzel a projekttel. A nyaralónk nagy átmérőjű kúttal rendelkezik, amely ivóvizet biztosít a házban való használatra. Egy napon a bátyámmal beszélgettünk arról, hogy nagyapánk manuálisan mérte a vízszintet, hogy nyomon kövesse a vízfogyasztást és a beáramlást egész nyáron, hogy elkerülje a folyószámlahitelet. Úgy gondoltuk, hogy a modern elektronikával fel kell újítanunk a hagyományt, de kevesebb fizikai munkával. Néhány programozási trükkel sikerült egy Arduino -t használni egy szonár modullal, hogy ésszerű megbízhatósággal és ± néhány milliméteres pontossággal megmérjük a vízfelszínig (l) mért távolságot. Ez azt jelentette, hogy az ismert D átmérő és L mélység segítségével körülbelül ± 1 liter pontossággal megbecsülhetjük a fennmaradó V térfogatot.

Mivel a kút körülbelül 25 méterre található a háztól, és a kijelzőt beltérben szerettük volna, úgy döntöttünk, hogy két Arduinót használunk, köztük adatkapcsolattal. Könnyedén módosíthatja a projektet, hogy csak egy Arduino -t használjon, ha ez nem az Ön esetében áll fenn. Miért nem használja a vezeték nélküli adatátvitelt? Részben az egyszerűség és a robusztusság miatt (kevésbé valószínű, hogy a vezetéket károsítja a nedvesség), részben pedig azért, mert el akartuk kerülni az elemek használatát az érzékelő oldalán. Egy vezetékkel az adatátvitelt és az áramot ugyanazon a kábelen keresztül vezethetjük.

1) Arduino modul a házban Ez a fő Arduino modul. Riasztási jelet küld a kútban lévő Arduino -nak, fogadja a mért távolságot, és megjeleníti a kijelzőn a számított maradék vízmennyiséget.

2) A kútoldali Arduino és szonár modul Ennek az Arduino -nak az a célja, hogy egyszerűen fogadjon egy trigger jelet a háztól, végezzen mérést és küldje vissza a távolságot a szonár modul és a vízszint között. Az elektronika egy (viszonylag légmentesen zárható) dobozba van beépítve, a szonár modul fogadóoldalához műanyag cső van rögzítve. A cső célja a mérési hibák csökkentése a látómező csökkentésével, hogy csak a vízfelületet "lássa" a vevő.

1. lépés: Alkatrészek, tesztelés és programozás

Ebben a projektben a következő részeket használtuk:

• 2 x Arduino (az egyik a folyadékszint mérésére, egy az eredmények megjelenítésére a kijelzőn)
• Alapvető 12V -os tápegység
• Ultrahang (szonár) modul HC-SR04
• MAX7219 LED kijelző modul
• 25 m -es telefonkábel (4 vezeték: tápellátás, földelés és 2 adatjel)
• Szerelő doboz
• Forró ragasztó
• Forrasztó

Alkatrész ára: kb 70 €

Annak érdekében, hogy minden megfelelően működjön, először forrasztást, huzalozást és egyszerű próbákat végeztünk. Rengeteg példaprogram létezik az ultrahang-érzékelőre és a LED-modulra az interneten, ezért csak arra használtuk őket, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy a mért távolságnak van értelme (1. kép), és hogy képesek vagyunk elfogni az ultrahangos visszaverődést a víz felszínéről. oldal (2. kép). Ezenkívül alaposan teszteltük az adatkapcsolatot, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy hosszú távon is működik, ami egyáltalán nem jelentett problémát.

Ne becsülje le az erre a lépésre fordított időt, mivel elengedhetetlen tudni, hogy a rendszer működik, mielőtt erőfeszítéseket tesz annak érdekében, hogy mindent szépen szereljen a dobozokba, leássa a kábeleket stb.

A tesztelés során rájöttünk, hogy a szonármodul néha hangvisszaverődést vesz fel a kút más részeiről, például az oldalfalakról és a vízvezetékről, és nem a vízfelületről. Ez azt jelentette, hogy a mért távolság hirtelen sokkal rövidebb lesz, mint a tényleges vízszint. Mivel nem használhatjuk egyszerűen az átlagolást az ilyen típusú mérési hibák kiegyenlítésére, úgy döntöttünk, hogy elvetünk minden olyan új mért távolságot, amely túlságosan eltér a jelenlegi becsült távolságtól. Ez nem jelent problémát, mivel a vízszint amúgy is meglehetősen lassú változására számítunk. Indításkor ez a modul méréssorozatot végez, és a legnagyobb kapott értéket (azaz a legalacsonyabb vízszintet) választja a legvalószínűbb kiindulópontnak. Ezt követően a "megtartás/elvetés" döntés mellett a becsült szint részleges frissítését használják a véletlenszerű mérési hibák kiegyenlítésére. Az is fontos, hogy az új mérések elvégzése előtt minden visszhang kihaljon - legalábbis a mi esetünkben, amikor a falak betonból vannak, és ezért nagyon visszhangzanak.

A két Arduino esetében használt kód végleges verziója itt található:

github.com/kelindqv/arduinoUltrasonicTank

2. lépés: Építési munkák

Mivel a kútunk a háztól távol helyezkedett el, a gyepen egy kis árokat kellett létrehoznunk, ahová a kábelt tehetjük.

3. lépés: Az összes alkatrész csatlakoztatása és felszerelése

Csatlakoztasson mindent a tesztelés során, és remélje, hogy továbbra is működik! Ne felejtse el ellenőrizni, hogy az egyik Arduino TX csapja a másik RX -hez megy, és fordítva. Amint az az 1. ábrán látható, a telefonkábelt használtuk az áramellátáshoz a kútban lévő Arduino -hoz, hogy elkerüljük az elemek használatát.

A második és a harmadik képen a műanyag csőelrendezés látható, az adó a csövön kívül, a vevő pedig belül (igen, ez kényelmetlen felvételi helyzet volt …)

4. lépés: Kalibrálás

Miután meggyőződtünk arról, hogy az érzékelő és a vízszint közötti távolságot helyesen számítják ki, a kalibrálás csak a kút átmérőjének és a teljes mélységnek a mérése volt, hogy a folyadék térfogata kiszámítható legyen. Az algoritmus paramétereit (mérések közötti idő, részleges frissítési paraméterek, kezdeti mérések száma) is módosítottuk, hogy robusztus és pontos mérést kapjunk.

Tehát mennyire jól követte az érzékelő a folyadékszintet?

Könnyen láthattuk azt a hatást, hogy néhány percig öblítjük a csapot, vagy öblítjük a vécét, amit mi akartunk. Azt is láthattuk, hogy a kút egy éjszaka alatt viszonylag kiszámítható ütemben újratöltődik - mindezt csak a kijelzőre pillantva. Siker!

Megjegyzés:- Az idő-távolság konverzió jelenleg nem korrigálja a hangsebesség hőmérsékletváltozások miatti változásait. Ez szép jövőbeli kiegészítés lehet, mivel a kút hőmérséklete meglehetősen változik!

5. lépés: Hosszú távú használat

1 év frissítés: Az érzékelő hibátlanul működik korrózió vagy sérülés jelei nélkül, a nedves környezet ellenére! Az év egyetlen problémája az volt, hogy a hideg időben (télen) páralecsapódás halmozódik fel az érzékelőn, ami nyilvánvalóan blokkolja az érzékelőt. A mi esetünkben ez nem jelent problémát, mivel csak nyáron kell olvasnunk, de előfordulhat, hogy más felhasználóknak kreatívnak kell lenniük!:) A szigetelés vagy a szellőzés valószínűleg megvalósítható megoldás. Boldog feltalálást!