Krmilnik nivoja tekočine UltraSonic: 6 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:02

Uvod Kot verjetno veste, ima Iran suho vreme in v moji državi primanjkuje vode. Včasih je mogoče, zlasti poleti, videti, da vlada reže vodo. Tako ima večina stanovanj rezervoar za vodo. V našem stanovanju je 1500 -litrski rezervoar za vodo. Prav tako je v našem stanovanju 12 stanovanjskih enot. Posledično je mogoče pričakovati, da se bo rezervoar kmalu izpraznil. Na rezervoar je pritrjena vodna črpalka, ki pošilja vodo v stavbo. Kadar je rezervoar prazen, črpalka deluje brez vode. Ta položaj povzroči zvišanje temperature motorja in v tem času lahko povzroči okvaro črpalke. Pred časom se nam je ta okvara črpalke zgodila že drugič in po odprtju motorja smo videli, da so žice tuljave pogorele. Ko smo zamenjali črpalko, sem se za preprečitev te težave ponovno odločil narediti regulator vode. Načrtoval sem, da bom naredil vezje za prekinitev napajanja črpalke, kadar koli bo voda prišla pod spodnjo mejo v rezervoarju. Črpalka ne bo delovala, dokler voda ne naraste do visoke meje. Po prehodu zgornje meje bo vezje ponovno priključilo napajanje. Na začetku sem po internetu iskal, ali lahko najdem primerno vezje. Vendar nisem našel nič ustreznega. Bilo je nekaj indikatorjev vode na osnovi Arduina, vendar moje težave ni bilo mogoče rešiti. Zato sem se odločil oblikovati svoj regulator nivoja vode. Paket vse v enem z enostavnim grafičnim uporabniškim vmesnikom za nastavitev parametrov. Prav tako sem poskušal upoštevati standarde EMC, da bi bil prepričan, da naprava deluje v različnih situacijah.

1. korak: Načelo

Verjetno že poznate načelo. Ko ultrazvočni impulzni signal oddaja proti predmetu, ga predmet odbije in odmev se vrne k pošiljatelju. Če izračunate čas, ki ga prevozi ultrazvočni impulz, lahko ugotovite razdaljo predmeta. V našem primeru je predmet voda.

Upoštevajte, da ko ugotovite razdaljo do vode, izračunate prostornino praznega prostora v rezervoarju. Če želite dobiti količino vode, morate odšteti izračunano količino od skupne prostornine rezervoarja.

2. korak: Senzor, napajanje in krmilnik

Strojna oprema

Za senzor sem uporabil vodotesni ultrazvočni senzor JSN-SR04T. Delovna rutina je kot HC-SR04 (odmev in sprožilec).

Specifikacije:

• Razdalja: 25 do 450 cm
• Delovna napetost: DC 3.0-5.5V
• Delovni tok: ＜ 8mA
• Natančnost: ± 1 cm
• Frekvenca: 40 kHz
• Delovna temperatura: -20 ~ 70 ℃

Upoštevajte, da ima ta krmilnik nekatere omejitve. na primer: 1- JSN-SR04T ne more izmeriti razdalje pod 25 cm, zato morate senzor namestiti najmanj 25 cm nad površino vode. Poleg tega je največja razdalja 4,5 m. Zato ta senzor ni primeren za velike rezervoarje. 2- natančnost je 1 cm za ta senzor. Posledično se lahko glede na premer rezervoarja spreminja ločljivost prostornine, ki jo bo prikazala naprava. 3- hitrost zvoka se lahko spreminja glede na temperaturo. Posledično lahko na natančnost vplivajo različne regije. Vendar te omejitve zame niso bile ključne in natančnost je bila primerna.

Krmilnik

Uporabil sem STM32F030K6T6 ARM Cortex M0 podjetja STMicroelectronics. Specifikacije tega mikrokrmilnika najdete tukaj.

Napajalnik

Prvi del je pretvorba 220V/50Hz (iranska elektrika) v 12VDC. V ta namen sem uporabil HLK-PM12 buck step down modul za napajanje. Ta pretvornik AC/DC lahko pretvori 90 ~ 264 VAC v 12VDC z izhodnim tokom 0,25A.

Kot verjetno veste, lahko induktivna obremenitev releja povzroči več težav v vezju in napajanju, težave z napajanjem pa lahko povzročijo nestabilnost, zlasti v mikrokrmilniku. Rešitev je v izolaciji napajalnikov. Prav tako morate uporabiti stikalo za blaženje stikov releja. Obstaja več načinov za izolacijo napajalnikov. Na primer, lahko uporabite transformator z dvema izhodoma. Poleg tega obstajajo izolirani DC/DC pretvorniki v majhni velikosti, ki lahko ločijo izhod od vhoda. V ta namen sem uporabil MINMAX MA03-12S09. Gre za 3W DC/DC pretvornik z izolacijo.

3. korak: IC nadzornika

Glede na opombo aplikacije TI: Nadzornik napetosti (znan tudi kot ponastavljeno integrirano vezje [IC]) je vrsta monitorja napetosti, ki spremlja napajanje sistema. Nadzorniki napetosti se pogosto uporabljajo pri procesorjih, regulatorjih napetosti in sekvenčnikih - na splošno, kjer je potrebno zaznavanje napetosti ali toka. Nadzorniki spremljajo napetostne tirnice, da zagotovijo vklop, odkrijejo napake in komunicirajo z vgrajenimi procesorji, da zagotovijo zdravje sistema. to opombo o aplikaciji najdete tukaj. Čeprav imajo mikrokrmilniki STM32 vgrajene nadzornike, kot je monitor za napajanje, sem uporabil zunanji nadzorni čip, da sem zagotovil vse v redu. V mojem primeru sem uporabil TL7705 podjetja TI. Opis spletnega mesta Texas Instruments si lahko ogledate spodaj: Družina nadzornikov napajalne napetosti integriranih vezij TL77xxA je zasnovana posebej za uporabo kot krmilniki za ponastavitev v mikroračunalniških in mikroprocesorskih sistemih. Nadzornik napajalne napetosti nadzira napajanje pod napetostjo na vhodu SENSE. Med vklopom izhod RESET postane aktiven (nizek), ko VCC doseže vrednost, ki se približuje 3,6 V. Na tej točki (ob predpostavki, da je SENSE nad VIT+), funkcija časovnika zakasnitve aktivira časovno zakasnitev, po kateri se prikaže RESET in RESET (NE) ne delujejo (visoko oziroma nizko). Ko med normalnim delovanjem pride do podnapetosti, se RESET in RESET (NOT) aktivirata.

4. korak: tiskana vezja (PCB)

PCB sem oblikoval v dveh delih. Prvi je tiskano vezje LCD, ki je s trakom/ploskim kablom priključeno na matično ploščo, drugi del pa je tiskano vezje krmilnika. Na to tiskano vezje sem postavil napajalnik, mikrokrmilnik, ultrazvočni senzor in povezane komponente. In tudi napajalni del, ki je rele, varistor in vezje. Kot verjetno veste, se lahko mehanski releji, kot je rele, ki sem ga uporabil v svojem vezju, pokvarijo, če vedno delujejo. Za premagovanje te težave sem uporabil običajno blizu stik (NC) releja. Torej v normalnih razmerah rele ni aktiven in običajno lahko tesen stik vodi črpalko. Kadar koli voda pade pod spodnjo mejo, se rele vklopi in to prekine moč. To je razlog, da sem uporabil vezje vezja na NC in COM stikih. Glede na to, da je imela črpalka veliko moč, sem zanjo uporabil drugi rele 220 in ga poganjam z relejem na tiskanem vezju.

Datoteke PCB, kot so datoteke Altium PCB in datoteke Gerber, lahko prenesete z mojega GitHub -a tukaj.

5. korak: Koda

Uporabil sem STM32Cube IDE, ki je rešitev "vse v enem" za razvoj kode iz STMicroelectronics. Temelji na Eclipse IDE s prevajalnikom GCC ARM. V njem je tudi STM32CubeMX. Več informacij najdete tukaj. Sprva sem napisal kodo, ki je vključevala našo specifikacijo rezervoarja (višina in premer). Za nastavitev parametrov na podlagi različnih specifikacij sem se odločil spremeniti v grafični vmesnik.

6. korak: Namestitev na rezervoar

Na koncu sem zanj naredil preprosto škatlo za zaščito tiskanega vezja pred vodo. Prav tako sem naredil luknjo na vrhu rezervoarja, da sem namestil senzor.