0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как сделать индикатор уровня воды с помощью Arduino

Представим ситуацию, когда у вас на дачном участке есть душ, основу которого составляет бак с водой, который наполняется либо через насос либо дождевой водой.

Часто узнать количество воды в резервуаре может быть утомительной задачей. Обычно вы поднимаетесь по лестнице и проверяете уровень вручную или вы услышите что вода переполняется сверху.

В наши дни появилось много разных электронных индикаторов уровня воды, но они часто имеют высокую цену и обычно сложны в установке. Большинство доступных систем используют электроды или поплавковые переключатели, которые могут быть головной болью в долгосрочной перспективе.

Мы решим эту задачу с совершенно другим подходом к знанию уровня воды — с использованием ультразвукового модуля и Ардуино. Преимущество этого метода заключается в том, что он бесконтактный, поэтому такие проблемы, как коррозия электродов, не будут влиять на эту систему. Кроме того, этот индикатор уровня воды Arduino намного проще устанавливать, чем обычные системы.

Основные разновидности приборов

Датчики контроля уровня воды классифицируются в соответствии с их назначением. Устройства применяются для решения следующих задач:

  • контроля над изменением уровня жидкости в емкости и сигнализации при превышении допустимого значения;
  • запуска сигнализирующего звукового или светового реле в центральном управляющем блоке;
  • передачи замеров на дисплей блока управления с определением используемых емкостей;
  • поддержания замкнутого цикла контроля над уровнем жидкости в емкости при помощи контроллера и электрического насосного двигателя.

По конструктивным особенностям прибор бывает:

  • Бесконтактного типа. Подобные устройства применяются для веществ в вязкой, сыпучей, жидкой или твердой форме. К этой категории относятся дискретные и ультразвуковые датчики.
  • Контактного типа. Устройства, предназначенные для установки в резервуаре на внутренней стенке на соответствующей высоте. При достижении водой установленной отметки происходит активация прибора с передачей сигнала. В этой категории представлены поплавковые и гидростатические датчики.

По механизму воздействия регулятор уровня воды в баке бывает:

  • поплавковым;
  • гидростатическим;
  • дискретным;
  • радарным;
  • ультразвуковым.

Материалы для изготовления датчика уровня воды

  1. муфта соединительная д. 50 мм, 2 шт.;
  2. заглушка д. 50 мм, 2 шт.;
  3. хомуты пластиковые, 2 шт.;
  4. профили пластиковые мебельные;
  5. кембрик термоусадочный д.30-40 мм;
  6. пластмассовая пластина т. 4-6 мм;
  7. заклепки 10 шт.;
  8. магнит неодимовый 1 шт.;
  9. герконы 3 контакта, 2 шт.;
  10. кнопка (выключатель) низковольтный 1 шт.;
  11. резистор 680-1,5к. 1 шт.;
  12. светодиоды, 3 шт.;
  13. провода низковольтные 5-и жильные;
  14. штекер 4 ножки;
  15. термоклей, силикон;
  16. питание 12В, батарейка на 3В.

Из инструментов понадобятся:

  • электродрель;
  • термопистолет;
  • строительный фен;
  • паяльник;
  • отвертки, пассатижи и т.д.

Уровнемеры для непрерывного измерения уровня воды

Эти приборы непрерывно показывают степень заполнения ёмкости. Уровнемеры могут использоваться для:

  • мониторинга количества воды в различных резервуарах,
  • дозирования,
  • управления технологическими процессами.

Большинство уровнемеров (за исключением микроволновых, акустических и радарных) используют для измерения зонд, погружённый в жидкость. Именно здесь начинаются различия принципов действия. В нашем каталоге представлены уровнемеры paзличнoгo назначения. Выбор нужного зависит от многих факторов, таких как: тип емкости, условия и место эксплуатации и т.д.

Изготовление звукового поплавкового датчика уровня воды

Для оповещения достижения заданного уровня воды при наполнении ванны я за пару часов переделал звуковой охранный сигнализатор для дверей под эту задачу.

Как разобрать сигнализатор

Сначала надо снять крышку батарейного отсека, сдвинув его вдоль корпуса сигнализатора. Далее нужно снять вторую часть крышки, в которой установлен звуковой излучатель.

При внешнем осмотре крепежных элементов не наблюдалось. Предположил, что крышка держится на защелках. Но попытка снять ее, освободив защелки, не увенчалась успехом. Оказалось, что крышка закреплена саморезом.

С обратной стороны сигнализатора был наклеен двухсторонний скотч. С помощью иголки было найдено место нахождения самореза, и он выкручен крестовой отверткой.

На фотоснимке показана снятая крышка с громкоговорителем пьезоэлектрического типа. Слева от него видна стойка для самореза. Выводы излучателя были отпаяны и обозначена полярность.

Звуковой сигнализатор разобран и теперь стало понятно, как его переделать под сигнализатор уровня воды. В качестве датчика использовался геркон, представляющий собой герметичную стеклянную ампулу, в которой размещены два контакта. При воздействии магнитного поля, контакты служат магнитопроводом и, притягиваясь, друг к другу, замыкают электрическую цепь. Ведут себя как включатель.

Доработка сигнализатора двери

Решено было вместо штатного магнита с большими размерами, разместить в корпусе небольшой неодимовый магнит. Но мешал геркон и резистор, которые были установлены сверху на печатной плате.

Читать еще:  Корона своими руками. Схемы, идеи и мастер-классы

После снятия печатной платы оказалось, что под ней в корпусе имелось достаточно места, для переноса мешающих элементов на сторону с печатными проводниками.

При выпайке резистора у него отвалился один из выводов, пришлось заменить другим. Заодно выяснил, что резистор задает частоту излучения пьезоэлектрического излучателя. Геркон был установлен таким образом, чтобы, магнит замыкал его контакты, находясь в нижнем положении, то есть звука не было.

Неодимовый магнит был взят от отказавшего жесткого диска компьютера. От него с помощью зубила был отколот небольшой кусочек. Острые края закруглены на наждачной бумаге.

Для закрепления магнита на капроновом шнурке на нее был надет отрезок полихлорвиниловой трубки подходящего диаметра и в нее с усилием вставлен магнит. При желании можно трубку опустить на десяток минут в ацетон, тогда она увеличится в диаметре в два раза, а после испарения ацетона уменьшиться до исходного размера.

Пружина растяжения была закреплена в корпусе сигнализатора с помощью, вплавленной в него паяльником металлической скобки. Шнурок был привязан на узел к противоположному ее концу.

Крепление магнита с помощью трубки позволило определить оптимальное место его расположения относительно геркона и заодно ограничить свободу перемещения. После регулировки магнит был приклеен с помощью клея «Момент». На фотографии показан магнит в положении, когда уровень воды не поднял поплавок.

Проверка работы системы показала стабильную ее работу. При натяжении шнурка звук отсутствовал, а при отпускании ее раздавалась сирена большой громкости.

Поплавок был сделан из пластиковой банки подходящего размера. Для крепления нити в крышке банки было установлено ушко, сделанное из полоски нержавеющего металла. Можно использовать и отрезок алюминиевого провода для электропроводки.

Полоска с отверстием была с помощью паяльника вплавлена в крышку банки и загнута, как показано на фотографии.

Для исключения попадания воды внутрь поплавка место вхождения ушка в крышку с внутренней стороны было залито силиконом.

Для того чтобы поплавок при попадании в воду принимал вертикальное положение внутрь банки был помещен груз в виде кусков припоя. Общий вес поплавка составил 50 гр.

Для получения оптимального погружения поплавка в воду, в него добавлялся очередной кусок припоя, пока поплавок не начал плавать в воде, как показано на фотографии.

Для сигнализатора уровня воды над ванной было решено использовать проволочную полку, имевшуюся в углу стены. Поэтому в корпус сигнализатора был вплавлен крючок, сделанный из такой же полоски металла, как и ушко поплавка. Можно было закрепить на кафеле с помощью присоски, но они часто отваливаются, а датчик не герметичный. Поэтому я предпочел этот способ крепления не применять.

В сигнализатор были установлены батарейки ААА, и осталось только отрегулировать длину шнурка на требуемый уровень воды. Поэтому шнурок не был привязан к поплавку, а зафиксирован с помощью зажима.

Многократное использование звукового сигнализатора уровня воды в ванной при наполнении ее водой подтвердило эффективность самоделки. При возникновении сирены, сигнализатор выключается с помощью имеющегося штатного выключателя. С тех пор бесполезный расход воды при наборе ванны был исключен.

Электроника своими руками

В вашем домашнем хозяйстве может возникнуть необходимость в различного рода датчиках уровня воды или другой жидкости, каковые можно без особых сложностей сделать своими умелыми руками. Поискал в сети и предлагаю вам для использования несколько вариантов схем для разного рода нужд, связанных с уровнем жидкости, их отслеживанием, контролем, регулированием и прочим.

Варианты схем таковы: светодиодная индикация шести уровней жидкости, автоматическое управление насосом и пару простых схем просто звуковой индикации при наполнении емкости водой.

Для включения и выключения насоса, более удобно использовать при согласовании с управляющей схемой, исполнительное реле на электромагните. Все найденные схемы, используют такую коммутацию. И это логично, так как электронные ключи в случае с двигателями вещь менее надежная. Важно только подобрать реле, подходящее по параметрам к двигателю насоса, чтобы потом не пришлось искать замену при порче его контактов.

Индикатор шести уровней жидкости со световой индикацией

При кажущемся обилии проводов и элементов на приведенной схеме, на самом деле, она до смешного проста. Поскольку из активных элементов лишь одна логическая микросхема, остальные элементы все пассивны, к тому же схема абсолютно не требует никакой наладки, поскольку это «логика» в чистом виде. А все номиналы элементов каждого из шести каналов при каждом логическом элементе одинаковы, так что требуется просто подключить вход и выход каждого и повторить это шесть раз. Далее понятно: контакт 7 общий, а 1-6 это уровни, каждый их них можно расположить на нужной высоте непосредственно в емкости для световой индикации. Светодиоды можно расположить в ряд (либо на другой манер), которые и будут индицировать уровень жидкости в наполняемой емкости: светится от 1 до 2 штук одновременно. При желании можно конечно же применить светодиоды разных цветов.

Читать еще:  Небольшая полка своими руками

Разумеется, при сегодняшнем обилии светодиодов, можете применить любые, которые вас устроят. Возможно, для подгона рабочего тока для них, потребуется подбор резистора R13.

Автоматическое управление водяным насосом

Приведенная схема тоже в общем-то не так и сложна, также основа ее логическая микросхема К561ЛЕ5 она состоит из четырех элементов логики 2ИЛИ-НЕ. Собрав и используя данную схему, можно либо наполнять, либо опустошать необходимый резервуар водой. Для передачи исполнения включения/выключения насоса добавлен лишь транзистор и реле.

В качестве датчиков используются два прута — длинный и короткий. Длинный – для минимального уровня, короткий – для максимального уровня воды. Берется за данность, что резервуар в нашем случае металлический. Если у вас не из металла, то в таком случае нужно добавить еще один прут, опустив его до самого дна.

Принцип схемы таков: при соприкосновении воды одновременно с длинным, а также с коротким датчиком, логический уровень на выводах 9 и 1,2 микросхемы DD1 изменяется с высокого на низкий, чем вызывает изменение режима насоса.

При уровне воды ниже обоих датчиков, в микросхеме DD1 на выводе 10 — логический ноль. При повышении уровня воды, даже при соприкосновении воды с длинным датчиком — на выводе 10, также логический ноль. Но при достижении уровня воды короткого датчика, на 10-м выводе появится логическая единица, тогда транзистор VT1 включает реле, а оно — управление насосом, который начинает откачивать воду из резервуара.

Уровень воды начинает уменьшаться, короткий стержень не контактирует с водой, но на выводе 10 все же остается логическая единица, поэтому насос продолжает работать. А вот по достижении уровня воды ниже длинного стержня, на выводе 10 уже появится логический ноль, вот тогда насос остановит работу.

Переключатель же S1 позволяет переключить всю логику схемы и, соответственно, работы насоса на обратную.

Схема датчика влажности



Данная схема также предполагает два контакта: при погружении их в воду, запускается работа звукового генератора, звук излучает динамик ВА1. При указанных на схеме номиналах, частота генерируемого звукового сигнала около 1кГц.

Интегральная микросхема К561ЛА7 состоит их четырех элементов логики «И-НЕ». Чувствительность схемы датчика очень высокая, это обеспечивается использованием в логической микросхеме К561ЛА7 униполярных (полевых) транзисторов с изолированным затвором (КМОП).


Транзистор КТ972, примененный в схеме, составной. Но его можно заменить, соединив два транзистора (КТ3102 и КТ815) как на схеме слева.

Питается схема напряжением 3-15 В. При напряжении питания выше 6-ти Вольт, можно ограничить ток динамика и транзистора, включив последовательно динамической головке резистор.

Могу добавить, что именно такую схему лет 20 назад собрал и использовал мой товарищ, когда его сын был еще грудным — для подачи сигнала при описывании дитяти. Если из молодых кто-то не в курсе: тогда памперсов на нашем постсоветском пространстве еще не было. Очень полезным оказался для него сей девайс!

Это я к тому, что схема действительно очень чувствительна: соприкосновения контактов с влажной тканью достаточно для срабатывании логики данной схемы.

Вы еще не видели мой электромагнитный маятник?

Виды датчиков уровня

В зависимости от принципа действия, сигнализаторы принято делить на следующие виды:

  • поплавочного типа;
  • использующие ультразвуковые волны;
  • устройства с емкостным принципом определения уровня;
  • электродные;
  • радарного типа;
  • работающие по гидростатическому принципу.

Поскольку эти типы наиболее распространены, рассмотрим каждый из них в отдельности.

Поплавковый

Это наиболее простой, но, тем не менее, действенный и надежный способ измерения жидкости в баке или другой емкости. С примером реализации можно ознакомиться на рисунке 2.

Рис. 2. Поплавковый датчик для управления насосом

Конструкция состоит из поплавка с магнитом и двух герконов, установленных в контрольных точках. Кратко опишем принцип действия:

  • Емкость опустошается до критического минимума (А на рис. 2), при этом поплавок опускается до уровня, где расположен геркон 2, он включает реле, подающее питание на насос, закачивающий воду из скважины.
  • Вода доходит до максимальной отметки, поплавок поднимается до места расположения геркона 1, он срабатывает и реле отключается, соответственно, двигатель насоса прекращает работать.

Такой герконовый сигнализатор сделать самостоятельно довольно просто, а его настройка сводится к установке уровней включения-выключения.

Заметим, что если правильно выбрать материал для поплавка, датчик уровня воды будет работать, даже при наличии слоя пены в резервуаре.

Ультразвуковой

Этот тип измерителей может использоваться как для жидкой, так и сухой среды, при этом у него может быть аналоговый или дискретный выход. То есть, датчик может ограничивать заполнение по достижению определенной точки или отслеживать его постоянно. Устройство включает в себя ультразвуковой излучатель, приемник и контроллер обработки сигнала. Принцип работы сигнализатора продемонстрирован на рисунке 3.

Читать еще:  Петушок из картона своими руками. Шаблон и мастер-класс

Рис. 3. Принцип работы ультразвукового датчика уровня

Работает система следующим образом:

  • излучается ультразвуковой импульс;
  • принимается отраженный сигнал;
  • анализируется длительность затухания сигнала. Если бак полный, она будет короткой (А рис. 3), а по мере опустошения начнет увеличиваться (В рис. 3).

Ультразвуковой сигнализатор бесконтактный и беспроводной, поэтому он может использоваться даже в агрессивных и взрывоопасных средах. После первичной настройки, такой датчик не требует никакого специализированного обслуживания, а отсутствие подвижных частей существенно продлевает срок эксплуатации.

Электродный

Электродные (кондуктометрические) сигнализаторы позволяют контролировать один или несколько уровней электропроводящей среды (то есть, для измерения наполнения бака дистиллированной водой они не подходят). Пример использования устройства приведен на рисунке 4.

Рисунок 4. Измерение уровня жидкости кондуктометрическими датчиками

В приведенном примере задействован трехуровневый сигнализатор, в котором два электрода контролируют заполнение емкости, а третий является аварийным, для включения режима интенсивной откачки.

Емкостной

При помощи этих сигнализаторов можно определять максимальное заполнение емкости, причем, в качестве технологической среды могут выступать как жидкость, так и сыпучие вещества смешанного состава (см. рис. 5).

Рис. 5. Емкостной датчик уровня

Принцип работы сигнализатора такой же, как у конденсатора: проводится измерение емкости между пластинами чувствительного элемента. Когда она достигнет порогового значения, подается сигнал на контроллер. В некоторых случаях задействовано исполнение «сухой контакт», то есть уровнемер работает через стенку бака в изоляции от технологической среды.

Данные устройства могут функционировать в широком температурном диапазоне, на них не влияют электромагнитные поля, а срабатывание возможно на большом расстоянии. Такие характеристики существенно расширяют сферу применения вплоть до тяжелых условий эксплуатации.

Радарный

Этот вид сигнализаторов можно действительно назвать универсальным, поскольку он может работать с любой технологической средой, включая агрессивную и взрывоопасную, причем, давление и температура не будут влиять на показания. Пример работы устройства приведен на рисунке ниже.

Измерение уровня радарным датчиком

Устройство излучает радиоволны в узком диапазоне (несколько гигагерц), приемник ловит отраженный сигнал и по времени его задержки определяет наполняемость емкости. На измеряющий датчик не влияет давление, температура или характер технологической среды. Запыленность также не отражается на показаниях, чего не скажешь о лазерных сигнализаторах. Также необходимо отметить высокую точность приборов данного типа, их погрешность составляет не более одного миллиметра.

Гидростатический

Эти сигнализаторы могут измерять как предельное, так и текущее заполнение резервуаров. Их принцип действия продемонстрирован на рисунке 7.

Рисунок 7. Измерение заполнения гиростатическим датчиком

Устройство построено по принципу измерения уровня давления, произведенного столбом жидкости. Приемлемая точность и небольшая стоимость сделали данный вид довольно популярным.

В рамках статьи мы не можем осмотреть все типы сигнализаторов, например, ротационно-флажковых, для определения сыпучих веществ (идет сигнал, когда лепесток вентилятора застрянет в сыпучей среде, предварительно вырыв приямок). Так же нет смысла рассматривать принцип действия радиоизотопных измерителей, тем более рекомендовать их для проверки уровня питьевой воды.

Обзор датчика уровня воды

Arduino Датчик уровня воды предназначен для определения уровня воды в различных емкостях, где недоступен визуальный контроль, с целью предупреждения перенаполнения емкости водой через критическую отметку.

Конструкции датчиков уровня воды могут быть различными – поплавковые, погруженные, врезные. Данный датчик воды – погруженный. Чем больше погружение датчика в воду, тем меньше сопротивление между двумя соседними проводами. Датчик имеет три контакта для подключения к контроллеру.

  • + – питание датчика;
  • — – земля;
  • S — аналоговое значение.

На вывод S подается аналоговое значение, которое можно передавать в контроллер для дальнейшей обработки, анализа и принятия решений. Датчик имеет красный светодиод, сигнализирующих о наличие поступающего на датчик питания.

Изготовить датчик уровня воды в баке или скважине можно самостоятельно. Для того чтобы сделать простой вариант понадобится следующее:

  • Выпрямительные диоды. У деталей необходимо спилить верхнюю колбу. Должно получиться трубчатое соединение;
  • Просверлить отверстие в корпусе вывода элемента. Отверстие должно иметь диаметр 1,5 мм. В трубочку, которая изготовлена из фторопласта, нужно продеть тонкую проволоку. Вдеть проволоку в отверстие в диоде, которое заранее просверлили. Нижний конец проволоки необходимо завернуть в петлю и укрепить клеем, а нижний конец запаять;
  • Далее можно соединить деталь со схемой системы и подключить к реле сигнального индикатора.

Сделать модель более удобной и современной можно, установив монитор или циферблат.

Изготовив такой прибор, вы сможете регулировать и контролировать воду в баке, насосе или скважине. Отрегулировать схему системы контроля воды также можно самостоятельно.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector