בקר רמה נוזלית UltraSonic: 6 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

כפי שאתה בוודאי יודע, לאיראן יש מזג אוויר יבש, ומחסור במים במדינה שלי. לפעמים, במיוחד בקיץ, אפשר לראות שהממשלה חותכת את המים. אז ברוב הדירות יש מיכל מים. בדירה שלנו יש מיכל של 1500 ליטר המספק מים. כמו כן, ישנן 12 יחידות דיור בדירה שלנו. כתוצאה מכך, ניתן לצפות שהמיכל יתרוקן בקרוב מאוד. יש מיכל מים המחובר למיכל ששולח מים לתוך הבניין. בכל פעם שהמיכל ריק, המשאבה עובדת ללא מים. מצב זה גורם לעלייה בטמפרטורת המנוע, ובמהלך הזמן הוא עלול לגרום להתמוטטות המשאבה. לפני זמן מה, כשל המשאבה הזה קרה לנו בפעם השנייה, ולאחר שפתחנו את המנוע, ראינו שחוטי סליל נשרפים. לאחר שהחלפנו את המשאבה, כדי למנוע בעיה זו שוב, החלטתי להכין בקר מפלס מים. תכננתי לעשות מעגל לנתק את אספקת החשמל של המשאבה בכל פעם שהמים יורדים מתחת לגבול התחתון במיכל. המשאבה לא תפעל עד שהמים יעלו לגבול גבוה. לאחר שעבר את הגבול הגבוה, המעגל יחבר שוב את ספק הכוח. בהתחלה חיפשתי באינטרנט כדי לבדוק אם אני יכול למצוא מעגל מתאים. עם זאת, לא מצאתי שום דבר מתאים. היו כמה מחווני מים מבוססי Arduino, אך לא הצליחו לפתור את הבעיה שלי. כתוצאה מכך, החלטתי לעצב את בקר מפלס המים שלי. חבילת All-in-One עם ממשק משתמש גרפי פשוט לקביעת פרמטרים. כמו כן, ניסיתי לשקול את תקני EMC כדי להיות בטוח שהמכשיר פועל בתוקף במצבים שונים.

שלב 1: עקרון

אתה בטח מכיר את העיקרון לפני. כאשר אות הדופק הקולי נפלט לעבר אובייקט, הוא משתקף על ידי האובייקט והד חוזר לשולח. אם מחשבים את הזמן שעבר הדופק הקולי, תוכלו למצוא את מרחק האובייקט. במקרה שלנו, הפריט הוא המים.

שים לב שכאשר אתה מוצא את המרחק למים, אתה מחשב את נפח השטח הריק במיכל. כדי לקבל את נפח המים, עליך להפחית את הנפח המחושב מנפח הטנק הכולל.

שלב 2: חיישן, ספק כוח ובקר

חוּמרָה

עבור החיישן השתמשתי בחיישן קולי JSN-SR04T עמיד למים. שגרת העבודה היא כמו HC-SR04 (הד וסיכת טריג).

מפרט:

• מרחק: 25 ס"מ עד 450 ס"מ
• מתח עבודה: DC 3.0-5.5V
• זרם עבודה: m 8mA
• דיוק: ± 1 ס"מ
• תדר: 40khz
• טמפרטורת עבודה: -20 ~ 70 ℃

שים לב שלבקר זה יש כמה מגבלות. לדוגמה: 1- JSN-SR04T לא יכול למדוד מרחק מתחת ל -25 ס"מ, לכן עליך להתקין את החיישן לפחות 25 ס"מ מעל פני המים. יתר על כן, מדידת המרחק המרבית היא 4.5M. כך שחיישן זה אינו מתאים לטנקים ענקיים. 2- הדיוק הוא 1 ס"מ לחיישן זה. כתוצאה מכך, בהתבסס על קוטר המיכל, רזולוציית הנפח שהמכשיר יראה יכולה להיות מגוונת. 3- מהירות הקול יכולה להשתנות בהתאם לטמפרטורה. כתוצאה מכך, הדיוק יכול להיות מושפע מאזורים שונים. עם זאת, מגבלות אלה לא היו קריטיות עבורי, והדיוק היה מתאים.

הבקר

השתמשתי ב- STM32F030K6T6 ARM Cortex M0 מבית STMicroelectronics. תוכל למצוא את המפרט של המיקרו -בקר הזה כאן.

ספק הכוח

החלק הראשון הוא להמיר 220V/50Hz (חשמל איראני) ל- 12VDC. למטרה זו השתמשתי במודול אספקת חשמל HLK-PM12 באק. ממיר AC/DC זה יכול להמיר 90 ~ 264 VAC ל 12 VDC עם זרם פלט 0.25A.

כפי שאתה בוודאי יודע, העומס האינדוקטיבי על ממסר יכול לגרום למספר בעיות במעגל ובאספקת החשמל, וקושי באספקת החשמל יכול להוביל לחוסר יציבות, במיוחד במיקרו -בקר. הפתרון הוא בידוד ספקי כוח. כמו כן, עליך להשתמש במעגל ריחוף על אנשי קשר ממסר. ישנן מספר שיטות לבידוד ספקי כוח. לדוגמה, אתה יכול להשתמש בשנאי עם שני יציאות. יתר על כן, ישנם ממירים DC/DC מבודדים בגודל זעיר שיכולים לבודד את הפלט מהקלט. השתמשתי לשם כך ב- MINMAX MA03-12S09. זהו ממיר DC/DC 3W עם בידוד.

שלב 3: IC המפקח

על פי הערת אפליקציית TI: מפקח מתח (הידוע גם בשם איפוס מעגל משולב [IC]) הוא סוג של צג מתח המפקח על אספקת החשמל של המערכת. מפקחי מתח משמשים לעתים קרובות עם מעבדים, וויסות מתח ורצפים - באופן כללי, כאשר נדרשת חישת מתח או זרם. מפקחים עוקבים אחר מסילות המתח כדי להבטיח את ההפעלה, לזהות תקלות ולתקשר עם מעבדים משובצים כדי להבטיח את תקינות המערכת. אתה יכול למצוא את הערת האפליקציה הזו כאן. למרות שבקרוני STM32 כוללים מפקחים מובנים כגון צג אספקת חשמל, השתמשתי בשבב מפקח חיצוני כדי להבטיח שהכל יעבוד כשורה. במקרה שלי, השתמשתי ב- TL7705 מ- TI. תוכל לראות את התיאור מאתר טקסס אינסטרומנטס עבור IC זה להלן: משפחת TL77xxA של מפקחי מתח אספקה משולבים של מעגלים מיועדים במיוחד לשימוש כבקרי איפוס במערכות מיקרו-מחשבים ומיקרו-מעבדים. מפקח מתח האספקה עוקב אחר האספקה לתנאי מתח תחת כניסת SENSE. במהלך ההפעלה, יציאת RESET הופכת לפעילה (נמוכה) כאשר VCC משיג ערך המתקרב ל -3.6 V. בשלב זה (בהנחה ש- SENSE עולה על VIT+), פונקציית טיימר העיכוב מפעילה עיכוב זמן, ולאחר מכן יוצא פלט RESET ו- RESET (NOT) אינם פעילים (גבוה ונמוך, בהתאמה). כאשר מתרחש מצב תחת מתח במהלך פעולה רגילה, RESET ו- RESET (NOT) הופכים לפעילים.

שלב 4: לוח המעגלים המודפסים (PCB)

עיצבתי את ה- PCB בשני חלקים. הראשון הוא לוח הלוח הלוח המחובר ללוח המרכזי בעזרת סרט/כבל שטוח. החלק השני הוא הלוח הבקר. על הלוח הזה, הנחתי ספק כוח, מיקרו -בקר, חיישן קולי ורכיבים קשורים. וגם חלק ההספק שהוא מעגל ממסר, וריסטור וסנובר. כפי שאתה בוודאי יודע, ממסרים מכניים כגון ממסר בו השתמשתי במעגל שלי יכולים להישבר אם הם תמיד עובדים. כדי להתגבר על בעיה זו השתמשתי במגע קרוב (בדרך כלל) של הממסר. אז במצב רגיל, הממסר אינו פעיל ובדרך כלל מגע קרוב יכול להוביל כוח לשאיבה. בכל פעם שהמים יורדים מתחת לגבול הנמוך, הממסר יופעל, וזה ינתק את החשמל. אחרי שאמרתי את זה, זו הסיבה שהשתמשתי במעגל ה- snubber במגעי NC ו- COM. בנוגע לעובדה שלמשאבה הייתה הספק גבוה, השתמשתי בשבילה לממסר 220 השני, ואני מניע אותה עם הממסר על PCB.

אתה יכול להוריד קבצי PCB כגון קבצי PCB Altium וקבצי Gerber מה- GitHub שלי כאן.

שלב 5: קוד

השתמשתי ב- STM32Cube IDE, שהוא פתרון הכל-לאחד לפיתוח קוד מ- STMicroelectronics. הוא מבוסס על Eclipse IDE עם מהדר GCC ARM. כמו כן, יש בו STM32CubeMX. תוכל למצוא מידע נוסף כאן. בהתחלה כתבתי קוד שכלל את מפרט הטנק שלנו (גובה וקוטר). עם זאת, החלטתי לשנות אותו ל- GUI להגדרת פרמטרים המבוססים על מפרטים שונים.

שלב 6: התקנה על טנק

בסופו של דבר הכנתי לה קופסה פשוטה להגנה על הלוח הפנימי מפני מים. כמו כן, עשיתי חור בחלק העליון של הטנק כדי לשים עליו את החיישן.