Ultraäänisäiliön tasomittari: 5 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Tarvitseeko seurata nestetasoa halkaisijaltaan suuressa kuopassa, säiliössä tai avoimessa astiassa? Tässä oppaassa kerrotaan, miten voit tehdä kosketuksettoman luotaimen nestetasomittarin halvalla elektroniikalla!

Yllä oleva luonnos näyttää yleiskatsauksen siitä, mitä halusimme tällä projektilla. Kesämökillämme on halkaisijaltaan suuri kaivo juomaveden toimittamiseksi taloon. Eräänä päivänä veljeni ja minä puhuimme siitä, kuinka isoisällämme oli tapana mitata vedenpinta manuaalisesti seuratakseen veden kulutusta ja tulvimista koko kesän, jotta vältyttäisiin tilinylitykseltä. Ajattelimme, että nykyaikaisen elektroniikan avulla meidän pitäisi pystyä elvyttämään perinne, mutta vähemmän käsityötä. Muutaman ohjelmointitempin avulla onnistuimme käyttämään luotainmoduulilla varustettua Arduinoa mittaamaan etäisyyden vedenpintaan (l) kohtuullisella luotettavuudella ja ± muutaman millimetrin tarkkuudella. Tämä tarkoitti sitä, että voisimme arvioida jäljellä olevan tilavuuden V käyttämällä tunnettua halkaisijaa D ja syvyyttä L noin ± 1 litran tarkkuudella.

Koska kaivo sijaitsee noin 25 metrin päässä talosta ja halusimme näytön sisätiloihin, päätimme käyttää kahta Arduinoa, joiden välissä on datayhteys. Voit helposti muokata projektia käyttämään vain yhtä Arduinoa, jos tämä ei pidä paikkaansa. Miksi et käytä langatonta tiedonsiirtoa? Osittain yksinkertaisuuden ja kestävyyden vuoksi (lanka ei todennäköisesti vaurioidu kosteudesta) ja osittain siksi, että halusimme välttää paristojen käyttöä anturipuolella. Johdolla voisimme reitittää sekä tiedonsiirron että virran saman kaapelin kautta.

1) Arduino -moduuli talossa Tämä on tärkein Arduino -moduuli. Se lähettää liipaisusignaalin kaivon Arduinolle, vastaanottaa mitatun etäisyyden ja näyttää lasketun jäljellä olevan vesimäärän näytöllä.

2) Kaivonpuoleiset Arduino- ja kaikuluotainmoduulit Tämän Arduinon tarkoituksena on yksinkertaisesti vastaanottaa talolta liipaisusignaali, suorittaa mittaus ja lähettää takaisin etäisyys luotainmoduulista vedenpintaan. Elektroniikka on rakennettu (suhteellisen ilmatiiviiseen) laatikkoon, ja luotainmoduulin vastaanottopuolelle on kiinnitetty muoviputki. Putken tarkoitus on vähentää mittausvirheitä vähentämällä näkökenttää niin, että vastaanotin "näkee" vain veden pinnan.

Vaihe 1: Osat, testaus ja ohjelmointi

Tässä projektissa käytimme seuraavia osia:

• 2 x Arduino (yksi nesteen tason mittaamiseen, toinen tulosten näyttämiseen näytöllä)
• Perus 12V virtalähde
• Ultraäänimoduuli HC-SR04
• LED -näyttömoduuli MAX7219
• 25 m puhelinjohto (4 johtoa: virta-, maadoitus- ja 2 datasignaalia)
• Asennuslaatikko
• Kuuma liima
• Juottaa

Osien hinta: noin 70 €

Varmistaaksemme, että kaikki toimi niin kuin pitäisi, teimme ensin kaikki juotos-, johdotus- ja yksinkertaiset penkkitestit. Verkossa on runsaasti esimerkkiohjelmia ultraäänianturille ja LED-moduulille, joten vain käytimme niitä varmistaaksemme, että mitattu etäisyys oli järkevä (kuva 1) ja pystyimme sieppaamaan ultraäänen heijastuksen veden pinnasta. sivusto (kuva 2). Testasimme myös datalinkkiä perusteellisesti varmistaaksemme, että se toimii aina pitkillä matkoilla, mikä ei osoittautunut lainkaan ongelmaksi.

Älä aliarvioi tähän vaiheeseen käytettyä aikaa, koska on tärkeää tietää, että järjestelmä toimii, ennen kuin yrität asentaa kaikki kauniisti laatikoihin, kaivaa kaapeleita jne.

Testauksen aikana huomasimme, että luotainmoduuli havaitsee joskus äänen heijastuksen muista kaivon osista, kuten sivuseinistä ja vesijohtoputkesta, ei veden pinnasta. Tämä tarkoitti sitä, että mitattu etäisyys olisi yhtäkkiä paljon lyhyempi kuin todellinen etäisyys vedenpinnasta. Koska emme voi yksinkertaisesti käyttää keskiarvoa tasoittamaan tämän tyyppistä mittausvirhettä, päätimme hylätä kaikki uudet mitatut etäisyydet, jotka olivat liian erilaisia kuin nykyinen etäisyysarvio. Tämä ei ole ongelmallista, koska odotamme vedenpinnan muuttuvan joka tapauksessa melko hitaasti. Käynnistyksen yhteydessä tämä moduuli tekee sarjan mittauksia ja valitsee suurimman vastaanotetun arvon (eli alimman vedenpinnan) todennäköisimmäksi lähtökohdaksi. Tämän jälkeen "säilytä/hylkää" -päätöksen lisäksi arvioitua tasoa päivitetään osittain satunnaisten mittausvirheiden tasoittamiseksi. On myös tärkeää antaa kaikkien kaikujen sammua ennen uuden mittauksen suorittamista - ainakin meidän tapauksessamme, kun seinät ovat betonia ja siksi erittäin kaikuisia.

Kahdelle Arduinolle käyttämämme koodin lopullinen versio löytyy täältä:

github.com/kelindqv/arduinoUltrasonicTank

Vaihe 2: Rakennustyöt

Koska kaivomme sijaitsi kaukana talosta, meidän piti luoda nurmikolle pieni kaivanto, johon kaapeli asetettiin.

Vaihe 3: Kaikkien komponenttien liittäminen ja asentaminen

Yhdistä kaikki testin aikana ja toivon, että se toimii edelleen! Muista tarkistaa, että yhden Arduinon TX -nasta menee toisen vastaanottimeen ja päinvastoin. Kuten kuvassa 1 näytettiin, käytimme puhelinkaapelia virran syöttämiseen kaivon Arduinoon välttäen paristojen käyttöä.

Toisessa ja kolmannessa kuvassa on muoviputki, jossa lähetin on sijoitettu putken ulkopuolelle ja vastaanotin sijoitettu sisään (kyllä, tämä oli epämiellyttävä kuvausasento …)

Vaihe 4: Kalibrointi

Kun kalibrointi oli varmistettu siitä, että etäisyys anturista vesitasoon on laskettu oikein, kalibrointi riitti vain mittaamaan kaivon halkaisija ja kokonaissyvyys, jotta nesteen tilavuus voidaan laskea. Säädimme myös algoritmin parametreja (aika mittausten välillä, osittaiset päivitysparametrit, alkumittausten lukumäärä), jotta saataisiin vankka ja tarkka mittaus.

Kuinka hyvin anturi seurasi nesteen tasoa?

Voisimme helposti nähdä vaikutuksen huuhtelemalla hana muutaman minuutin ajan tai huuhtelemalla wc, mitä halusimme. Voimme jopa nähdä, että kaivo täyttyi suhteellisen ennustettavissa olevalla nopeudella yön aikana - kaikki vain vilkaisemalla näyttöä. Menestys!

Huomaa:- Aika-etäisyys-muunnos ei tällä hetkellä korjaa äänen nopeuden muutoksia lämpötilan vaihtelujen vuoksi. Tämä voi olla mukava lisä tulevaisuudessa, koska kaivon lämpötilat vaihtelevat melkoisesti!

Vaihe 5: Pitkäaikainen käyttö

1 vuoden päivitys: Anturi toimii moitteettomasti ilman merkkejä korroosiosta tai vaurioista kosteasta ympäristöstä huolimatta! Ainoa ongelma vuoden aikana on ollut, että anturiin kerääntyy kosteutta kylmällä säällä (talvella), mikä ilmeisesti estää anturin. Tämä ei ole ongelma meidän tapauksessamme, koska tarvitsemme lukemia vain kesällä, mutta muiden käyttäjien on ehkä oltava luovia!:) Eristys tai ilmanvaihto ovat luultavasti toteutettavissa olevia ratkaisuja. Onnea keksimiseen!