Pengawal Tahap Cecair UltraSonic: 6 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:07

PengenalanSeperti yang anda ketahui, Iran mengalami cuaca kering, dan kekurangan air di negara saya. Kadang-kadang, terutama pada musim panas, dapat dilihat bahawa pemerintah memotong air. Oleh itu, kebanyakan pangsapuri mempunyai tangki air. Terdapat tangki 1500 liter di apartmen kami yang menyediakan air. Juga, terdapat 12 unit kediaman di apartmen kami. Hasilnya, tangki akan segera habis. Terdapat pam air yang melekat pada tangki yang menghantar air ke dalam bangunan. Apabila tangki kosong, pam berfungsi tanpa air. Keadaan ini menyebabkan kenaikan suhu motor, dan selama ini, ia boleh menyebabkan kerosakan pam. Beberapa waktu yang lalu, kegagalan pam ini berlaku buat kali kedua bagi kami, dan setelah membuka motor, kami melihat wayar gegelung terbakar. Setelah kami mengganti pam, untuk mengelakkan masalah ini lagi, saya memutuskan untuk membuat pengawal paras air. Saya merancang untuk membuat litar untuk memotong bekalan kuasa pam setiap kali air berada di bawah had rendah di tangki. Pam tidak akan berfungsi sehingga air naik ke had tinggi. Setelah melepasi had tinggi, litar akan menyambungkan semula bekalan kuasa. Pada mulanya, saya mencari melalui internet untuk mengetahui sama ada saya dapat mencari litar yang sesuai. Walau bagaimanapun, saya tidak menemui sesuatu yang sesuai. Terdapat beberapa petunjuk air berdasarkan Arduino, tetapi tidak dapat menyelesaikan masalah saya. Hasilnya, saya memutuskan untuk merancang pengawal paras air saya. Pakej all-in-one dengan antara muka pengguna grafik langsung untuk menetapkan parameter. Juga, saya cuba mempertimbangkan piawaian EMC untuk memastikan bahawa peranti berfungsi dengan betul dalam situasi yang berbeza.

Langkah 1: Prinsip

Anda mungkin tahu prinsipnya sebelum ini. Apabila isyarat denyut ultrasonik dipancarkan ke arah objek, ia dipantulkan oleh objek dan gema kembali ke pengirim. Sekiranya anda mengira Masa yang dilalui oleh denyutan ultrasonik, anda dapat mencari jarak objek. Dalam kes kami, barangnya adalah air.

Perhatikan bahawa apabila anda menemui jarak ke air, anda mengira jumlah ruang kosong di tangki. Untuk mendapatkan isipadu air, anda harus mengurangkan isipadu yang dikira dari jumlah isi tangki.

Langkah 2: Sensor, bekalan kuasa dan pengawal

Perkakasan

Untuk sensor, saya menggunakan sensor ultrasonik kalis air JSN-SR04T. Rutin kerja adalah seperti HC-SR04 (gema dan pin trig).

Spesifikasi:

• Jarak: 25cm hingga 450 cm
• Voltan kerja: DC 3.0-5.5V
• Semasa bekerja: ＜ 8mA
• Ketepatan: ± 1cm
• Kekerapan: 40khz
• Suhu kerja: -20 ~ 70 ℃

Perhatikan bahawa pengawal ini mempunyai beberapa batasan. sebagai contoh: 1- JSN-SR04T tidak dapat mengukur jarak di bawah 25 CM, jadi anda harus memasang sensor sekurang-kurangnya 25 CM di atas permukaan air. Lebih-lebih lagi, pengukuran jarak maksimum ialah 4.5M. Jadi sensor ini tidak sesuai untuk tangki besar. 2- ketepatan adalah 1CM untuk sensor ini. Akibatnya, berdasarkan diameter tangki, resolusi kelantangan yang akan ditunjukkan oleh peranti dapat bervariasi. 3- kelajuan suara boleh berbeza-beza berdasarkan suhu. Akibatnya, ketepatan dapat dipengaruhi oleh wilayah yang berlainan. Walau bagaimanapun, batasan ini tidak penting bagi saya, dan ketepatannya sesuai.

Pengawal

Saya menggunakan STM32F030K6T6 ARM Cortex M0 dari STMicroelectronics. Anda boleh mendapatkan spesifikasi mikrokontroler ini di sini.

Bekalan Kuasa

Bahagian pertama adalah menukar 220V / 50Hz (Iran Electricity) ke 12VDC. Untuk tujuan ini, saya menggunakan modul bekalan kuasa turun HLK-PM12. Penukar AC / DC ini boleh menukar 90 ~ 264 VAC ke 12VDC dengan arus keluaran 0.25A.

Seperti yang mungkin anda ketahui, beban induktif pada relay boleh menyebabkan beberapa masalah pada litar dan bekalan kuasa, dan kesukaran dalam bekalan kuasa boleh menyebabkan ketidakstabilan, terutama pada mikrokontroler. Penyelesaiannya adalah dengan mengasingkan bekalan kuasa. Anda juga mesti menggunakan litar snubber pada kenalan relay. Terdapat beberapa kaedah untuk mengasingkan bekalan kuasa. Sebagai contoh, anda boleh menggunakan pengubah dengan dua output. Lebih-lebih lagi, terdapat penukar DC / DC terpencil di luar sana dalam ukuran kecil yang dapat mengasingkan output dari input. Saya menggunakan MINMAX MA03-12S09 untuk tujuan ini. Ia adalah penukar DC / DC 3W dengan pengasingan.

Langkah 3: IC Penyelia

Menurut nota Aplikasi TI: Penyelia voltan (juga dikenali sebagai litar bersepadu semula [IC]) adalah sejenis monitor voltan yang memantau bekalan kuasa sistem. Penyelia voltan sering digunakan dengan pemproses, pengatur voltan dan penjujukan - secara umum, di mana penginderaan voltan atau arus diperlukan. Penyelia memantau rel voltan untuk memastikan daya hidup, mengesan kerosakan dan berkomunikasi dengan pemproses tertanam untuk memastikan kesihatan sistem. anda boleh mendapatkan nota aplikasi ini di sini. Walaupun Pengawal Mikro STM32 mempunyai penyelia terbina dalam seperti monitor bekalan kuasa, saya menggunakan cip penyelia luar untuk memastikan semuanya berfungsi dengan baik. Dalam kes saya, saya menggunakan TL7705 dari TI. Anda dapat melihat keterangan dari laman web Texas Instruments untuk IC ini di bawah: Keluarga pengawas voltan bekalan litar bersepadu TL77xxA direka khusus untuk digunakan sebagai pengatur tetapan semula dalam sistem komputer mikro dan mikropemproses. Penyelia voltan bekalan memantau bekalan untuk keadaan di bawah voltan pada input SENSE. Semasa power-up, output RESET menjadi aktif (rendah) ketika VCC mencapai nilai mendekati 3.6 V. Pada ketika ini (dengan anggapan SENSE berada di atas VIT +), fungsi timer tunda mengaktifkan penundaan waktu, setelah itu mengeluarkan RESET dan RESET (TIDAK) tidak aktif (masing-masing tinggi dan rendah). Apabila keadaan di bawah voltan berlaku semasa operasi biasa, RESET dan RESET (BUKAN) aktif.

Langkah 4: Papan Litar Bercetak (PCB)

Saya merancang PCB dalam dua bahagian. Yang pertama adalah PCB LCD yang disambungkan ke papan utama dengan kabel pita / rata. Bahagian kedua adalah PCB pengawal. Pada PCB ini, saya meletakkan bekalan kuasa, mikrokontroler, sensor ultrasonik dan komponen yang berkaitan. Dan juga bahagian kuasa yang merupakan rangkaian relay, varistor dan snubber. Seperti yang mungkin anda ketahui, relay mekanikal seperti relay yang saya gunakan di litar saya boleh pecah sekiranya ia selalu berfungsi. Untuk mengatasi masalah ini, saya menggunakan kenalan rapat (NC) relay. Oleh itu, dalam keadaan biasa, geganti tidak aktif dan hubungan yang rapat biasanya boleh mengalirkan kuasa untuk mengepam. Apabila air berada di bawah had Rendah, relay akan menyala, dan ini akan mengurangkan kuasa. Setelah itu, inilah sebab saya menggunakan rangkaian snubber pada kenalan NC dan COM. Mengenai fakta bahawa pam mempunyai kuasa tinggi, saya menggunakan relay 220 kedua untuknya, dan saya menggerakkannya dengan geganti pada PCB.

Anda boleh memuat turun fail PCB seperti fail Altium PCB dan fail Gerber dari GitHub saya di sini.

Langkah 5: Kod

Saya menggunakan STM32Cube IDE, yang merupakan penyelesaian all-in-one untuk pengembangan kod dari STMicroelectronics. Ia berdasarkan Eclipse IDE dengan penyusun GCC ARM. Ia juga mempunyai STM32CubeMX di dalamnya. Anda boleh mendapatkan lebih banyak maklumat di sini. Pada mulanya, saya menulis kod yang merangkumi spesifikasi tangki kami (Tinggi dan Diameter). Namun, saya memutuskan untuk mengubahnya menjadi GUI untuk menetapkan parameter berdasarkan spesifikasi yang berbeza.

Langkah 6: Pemasangan pada Tangki

Pada akhirnya, saya membuat kotak sederhana untuk melindungi PCB daripada air. Juga, saya membuat lubang di bahagian atas tangki untuk meletakkan sensor di atasnya.