UltraSonic -nestetason säädin: 6 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 08:59

Johdanto Kuten luultavasti tiedät, Iranissa on kuiva sää, ja maassani on pulaa vedestä. Joskus, etenkin kesällä, voidaan nähdä, että hallitus leikkaa vettä. Joten useimmissa huoneistoissa on vesisäiliö. Asunnossamme on 1500 litran säiliö, joka tarjoaa vettä. Lisäksi asunnossamme on 12 asuntoa. Tämän seurauksena voidaan odottaa, että säiliö tyhjenee hyvin pian. Säiliöön on liitetty vesipumppu, joka lähettää vettä rakennukseen. Aina kun säiliö on tyhjä, pumppu toimii ilman vettä. Tämä tilanne nostaa moottorin lämpötilaa ja voi ajan kuluessa aiheuttaa pumpun rikkoutumisen. Jokin aika sitten tämä pumppuvika tapahtui meille toisen kerran, ja moottorin avaamisen jälkeen huomasimme, että kelajohdot olivat palanneet. Pumpun vaihdon jälkeen tämän ongelman estämiseksi päätin tehdä vedenpinnan säätimen. Ajattelin tehdä piirin pumpun virtalähteen katkaisemiseksi aina, kun vesi laskee säiliön alarajan alapuolelle. Pumppu ei toimi, ennen kuin vesi nousee ylärajaan. Ylärajan ylittämisen jälkeen piiri kytkee virtalähteen uudelleen. Aluksi etsin Internetistä, löydänkö sopivan piirin. Mitään sopivaa en kuitenkaan löytänyt. Siellä oli joitain Arduinoon perustuvia vesimittareita, mutta se ei voinut ratkaista ongelmaani. Tämän seurauksena päätin suunnitella vedenpinnan säätimen. All-in-one-paketti, jossa on yksinkertainen graafinen käyttöliittymä parametrien asettamiseen. Yritin myös pitää EMC -standardeja varmoina siitä, että laite toimii eri tilanteissa.

Vaihe 1: Periaate

Luultavasti tiedät periaatteen aiemmin. Kun ultraäänipulssisignaali lähetetään kohti objektia, objekti heijastaa sen ja kaiku palaa lähettäjälle. Jos lasket ultraäänipulssin kuluttaman ajan, löydät kohteen etäisyyden. Meidän tapauksessamme kohde on vesi.

Huomaa, että kun löydät etäisyyden veteen, lasket säiliön tyhjän tilan tilavuuden. Veden tilavuuden saamiseksi sinun on vähennettävä laskettu tilavuus säiliön kokonaistilavuudesta.

Vaihe 2: Anturi, virtalähde ja ohjain

Laitteisto

Anturissa käytin vedenpitävää ultraäänianturia JSN-SR04T. Työskentely on kuin HC-SR04 (kaiku ja liipaisin).

Tekniset tiedot:

• Etäisyys: 25-450 cm
• Käyttöjännite: DC 3.0-5.5V
• Käyttövirta: ＜ 8mA
• Tarkkuus: ± 1 cm
• Taajuus: 40 khz
• Käyttölämpötila: -20 ~ 70 ℃

Huomaa, että tällä ohjaimella on joitain rajoituksia. esimerkiksi: 1- JSN-SR04T ei voi mitata etäisyyttä alle 25 cm, joten sinun on asennettava anturi vähintään 25 cm vedenpinnan yläpuolelle. Lisäksi suurin etäisyysmitta on 4,5 M. Joten tämä anturi ei sovellu suuriin säiliöihin. 2- Tämän anturin tarkkuus on 1 cm. Tämän seurauksena säiliön halkaisijan perusteella laitteen näyttämää tilavuusresoluutiota voidaan vaihdella. 3- äänen nopeus voi vaihdella lämpötilan mukaan. Tämän seurauksena eri alueet voivat vaikuttaa tarkkuuteen. Nämä rajoitukset eivät kuitenkaan olleet minulle ratkaisevia, ja tarkkuus oli sopiva.

Ohjain

Käytin STM32F030K6T6 ARM Cortex M0: ta STMicroelectronicsilta. Löydät tämän mikro -ohjaimen tekniset tiedot täältä.

Virtalähde

Ensimmäinen osa on muuntaa 220V/50Hz (Iran Electricity) 12VDC: ksi. Tätä tarkoitusta varten käytin HLK-PM12 buck step down -virtalähdemoduulia. Tämä AC/DC -muunnin voi muuntaa 90-264 VAC: n 12VDC: ksi 0,25A lähtövirralla.

Kuten luultavasti tiedätte, releen induktiivinen kuormitus voi aiheuttaa useita ongelmia piirissä ja virtalähteessä, ja virtalähteen vaikeudet voivat johtaa epäjohdonmukaisuuteen, etenkin mikrokontrollerissa. Ratkaisu on eristää virtalähteet. Myös releiden koskettimissa on käytettävä snubberpiiriä. Virtalähteiden eristämiseen on useita tapoja. Voit esimerkiksi käyttää muuntajaa, jossa on kaksi lähtöä. Lisäksi siellä on pieniä, eristettyjä DC/DC -muuntimia, jotka voivat eristää lähdön tulosta. Käytin MINMAX MA03-12S09 tähän tarkoitukseen. Se on 3 W: n DC/DC -muunnin, jossa on eristys.

Vaihe 3: Valvoja IC

TI -sovelluksen huomautuksen mukaan: Jännitteenvalvoja (tunnetaan myös nimellä nollauspiiri [IC]) on eräänlainen jännitemonitori, joka valvoo järjestelmän virtalähdettä. Jännitteenvalvojia käytetään usein prosessorien, jännitesäätimien ja sekvensoijien kanssa - yleensä silloin, kun jännitteen tai virran tunnistusta tarvitaan. Valvojat valvovat jännitekiskoja virran kytkemiseksi, havaitsevat viat ja kommunikoivat sulautettujen prosessorien kanssa järjestelmän terveyden varmistamiseksi. löydät tämän sovelluksen huomautuksen täältä. Vaikka STM32-mikrokontrollereissa on sisäänrakennettu valvoja, kuten virtalähteen valvonta, käytin ulkoista valvojan sirua varmistaakseni, että kaikki toimii hyvin. Minun tapauksessani käytin TL7705: tä TI: ltä. Näet tämän IC: n kuvauksen Texas Instrumentsin verkkosivustolta: TL77xxA-integroidun piirin syöttöjännitevalvojien perhe on suunniteltu erityisesti käytettäväksi mikrotietokone- ja mikroprosessorijärjestelmien nollausohjaimina. Syöttöjännitteen valvoja valvoo jännitettä alijänniteolosuhteissa SENSE-tulossa. Käynnistyksen aikana RESET-lähtö aktivoituu (matala), kun VCC saavuttaa arvon, joka lähestyy 3,6 V. EI) mene passiiviseksi (korkea ja matala). Kun normaalijärjestelmän aikana ilmenee alijännite, RESET ja RESET (NOT) aktivoituvat.

Vaihe 4: Piirilevy (PCB)

Suunnittelin piirilevyn kahdessa osassa. Ensimmäinen on LCD -piirilevy, joka on liitetty emolevyyn nauhalla/litteällä kaapelilla. Toinen osa on ohjaimen piirilevy. Tämän PCB: n päälle asetin virtalähteen, mikro -ohjaimen, ultraäänianturin ja siihen liittyvät komponentit. Ja myös teho -osa, joka on rele, varistori ja snubber -piiri. Kuten luultavasti tiedätte, mekaaniset releet, kuten rele, jota käytin piirissäni, voivat hajota, jos ne toimivat aina. Tämän ongelman ratkaisemiseksi käytin releen normaalisti läheistä kosketinta (NC). Joten normaalitilanteessa rele ei ole aktiivinen ja normaalisti läheinen kosketin voi johtaa virtaa pumppuun. Aina kun vesi laskee alarajan alapuolelle, rele käynnistyy ja tämä katkaisee virran. Tämän sanottuaan tämä on syy siihen, että käytin snubberpiiriä NC- ja COM -koskettimissa. Mitä tulee siihen pumppuun, jolla oli suuri teho, käytin sitä varten toista 220 -relettä ja käytän sitä PCB -releen kanssa.

Voit ladata PCB -tiedostoja, kuten Altium PCB -tiedostoja ja Gerber -tiedostoja GitHub -sovelluksestani täältä.

Vaihe 5: Koodi

Käytin STM32Cube IDE: tä, joka on all-in-one-ratkaisu koodin kehittämiseen STMicroelectronicsilta. Se perustuu Eclipse IDE: hen, jossa on GCC ARM -kääntäjä. Lisäksi siinä on STM32CubeMX. Löydät lisätietoja täältä. Aluksi kirjoitin koodin, joka sisälsi säiliömäärityksemme (korkeus ja halkaisija). Päätin kuitenkin muuttaa sen GUI: ksi parametrien asettamiseksi eri määritysten perusteella.

Vaihe 6: Asennus säiliöön

Lopulta tein sille yksinkertaisen laatikon PCB: n suojaamiseksi vedeltä. Lisäksi tein reiän säiliön yläosaan anturin kiinnittämiseksi siihen.