מד טנק אולטרסאונד: 5 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

צריך לפקח על מפלס הנוזלים בבאר בקוטר גדול, במיכל או במיכל פתוח? מדריך זה יראה לכם כיצד להכין מד מפלס נוזלים ללא מגע באמצעות אלקטרוניקה זולה!

המערכון לעיל מציג סקירה של מה שאליו כיוונו בפרויקט זה. בקוטג 'הקיץ שלנו יש באר בקוטר גדול לאספקת מי שתייה לשימוש בבית. יום אחד, אחי ואני דיברנו על איך סבא שלנו נוהג למדוד את מפלס המים באופן ידני כדי לעקוב אחר צריכת המים והזרם לאורך הקיץ כדי להימנע משיעור יתר. חשבנו שעם האלקטרוניקה המודרנית עלינו להיות מסוגלים להחיות את המסורת, אך עם פחות עבודת כפיים מעורבים. בעזרת כמה טריקי תכנות, הצלחנו להשתמש בארדואינו עם מודול סונאר כדי למדוד את המרחק עד לפני המים (l) באמינות סבירה ודיוק של כמה מילימטרים בודדים. המשמעות היא שנוכל להעריך את נפח הנותר V, באמצעות הקוטר D הידוע ועומק L, בערך ± 1 ליטר דיוק.

מכיוון שהבאר ממוקמת כ -25 מ 'מהבית ורצינו את התצוגה בתוך הבית, בחרנו להשתמש בשני ארדואינים עם קישור נתונים ביניהם. אתה יכול לשנות בקלות את הפרויקט כדי להשתמש בארדואינו אחד בלבד אם זה לא המקרה עבורך. מדוע לא להשתמש בהעברת נתונים אלחוטית? בין היתר בשל הפשטות והחוסן (הסיכוי שהחוט ייפגע מרטיבות) וחלקו מכיוון שרצינו להימנע משימוש בסוללות בצד החיישן. בעזרת חוט, נוכל לנתב הן העברת נתונים והן חשמל באמצעות אותו כבל.

1) מודול Arduino בבית זהו מודול Arduino הראשי. הוא ישלח אות טריגר לארדואינו בבאר, יקבל את המרחק הנמדד ויציג את נפח המים הנותר המחושב בתצוגה.

2) מודול צד ארדואינו וסונאר המטרה של ארדואינו זה פשוט לקבל אות טריגר מהבית, לבצע מדידה ולשלוח בחזרה את המרחק ממודול הסונאר לגובה המים. האלקטרוניקה מובנית בתוך קופסה (אטומה יחסית), כאשר צינור פלסטיק מחובר לצד המקבל של מודול הסונאר. מטרת הצינור היא להפחית טעויות מדידה על ידי הקטנת שדה הראייה כך שרק פני המים "יראו" על ידי המקלט.

שלב 1: חלקים, בדיקות ותכנות

השתמשנו בחלקים הבאים בפרויקט זה:

• 2 x ארדואינו (אחד למדידת רמת הנוזל, אחד להצגת התוצאות על גבי תצוגה)
• ספק כוח בסיסי של 12V
• מודול אולטרסאונד (סונאר) HC-SR04
• מודול תצוגת LED MAX7219
• כבל טלפון 25 מ '(4 חוטים: כוח, קרקע ושני אותות נתונים)
• תיבת הרכבה
• דבק חם
• לְרַתֵך

עלות חלקים: כ- € 70

כדי לוודא שהכל עובד כמו שצריך, עשינו קודם כל בדיקות הלחמה, חיווט ובדיקות ספסל פשוטות. ישנן המון תוכניות דוגמא לחיישן האולטרסאונד ולמודול ה- LED באינטרנט, כך שפשוט השתמשנו בהן כדי לוודא שהמרחק הנמדד הגיוני (תמונה 1) וכי הצלחנו לתפוס את ההשתקפות האולטראסאונד מפני המים על- האתר (תמונה 2). כמו כן, עשינו בדיקות יסודיות של קישור הנתונים על מנת לוודא שהוא פועל אי פעם למרחקים ארוכים, מה שהוכיח כי אין כל בעיה.

אל תזלזלו בזמן שהוקדש לשלב זה, מכיוון שחשוב לדעת שהמערכת עובדת לפני שתשקיע מאמץ בהרכבת הכל יפה לקופסאות, חפירת כבלים וכו '.

במהלך הבדיקה הבנו שמודול הסונאר לפעמים קולט השתקפות קול מחלקים אחרים של הבאר, כגון דפנות הצד וצינור אספקת המים, ולא משטח המים. המשמעות היא שהמרחק הנמדד לפתע יהיה קצר בהרבה מהמרחק בפועל למפלס המים. מכיוון שאיננו יכולים פשוט להשתמש בממוצע כדי להחליק שגיאת מדידה מסוג זה, החלטנו למחוק כל מרחקים חדשים שנמדדו השונים מדי מהערכת המרחק הנוכחית. זה לא בעייתי מכיוון שאנו מצפים שמפלס המים ישתנה די לאט בכל מקרה. בעת ההפעלה, מודול זה יבצע סדרת מדידות ויבחר את הערך הגדול ביותר המתקבל (כלומר מפלס המים הנמוך ביותר) כנקודת ההתחלה הסבירה ביותר. לאחר מכן, בנוסף להחלטת "שמור/מחק", נעשה עדכון חלקי של הרמה המשוערת להחלקת טעויות מדידה אקראיות. כמו כן, חשוב לאפשר לכל ההדים למות לפני ביצוע מדידה חדשה - לפחות במקרה שלנו שבו הקירות עשויים בטון ולכן מהדהדים מאוד.

את הגרסה הסופית של הקוד בו השתמשנו עבור שני הארדואינים ניתן למצוא כאן:

github.com/kelindqv/arduinoUltrasonicTank

שלב 2: עבודות אזרחיות

מכיוון שהבאר שלנו הייתה ממוקמת במרחק מהבית, היינו צריכים ליצור תעלה קטנה במדשאה שבה אפשר לשים את הכבל.

שלב 3: חיבור והרכבה של כל הרכיבים

חבר הכל כפי שהיה בזמן הבדיקה, ומקווה שזה עדיין עובד! זכור לבדוק כי סיכת TX באחד הארדואינו עוברת ל- RX של השני, ולהיפך. כפי שמוצג בתמונה 1, השתמשנו בכבל הטלפון כדי לספק כוח לארדואינו בבאר, כדי להימנע משימוש בסוללות.

התמונה השנייה והשלישית מציגה את סידור צינור הפלסטיק, כשהמשדר ממוקם מחוץ לצינור והמקלט ממוקם בפנים (כן, זו הייתה תנוחת ירי לא נוחה …)

שלב 4: כיול

לאחר שוודא שהמרחק מהחיישן למפלס המים מחושב נכון, הכיול היה רק עניין של מדידת קוטר הבאר והעומק הכולל כך שניתן לחשב את נפח הנוזל. כמו כן, התאמנו את פרמטרי האלגוריתם (זמן בין מדידות, פרמטרי העדכון החלקי, מספר המדידות הראשוניות) כדי לתת מדידה חזקה ומדויקת.

אז עד כמה החיישן עקב אחר מפלס הנוזלים?

בקלות יכולנו לראות השפעה של שטיפת הברז לכמה דקות, או שטיפת האסלה, וזה מה שרצינו. יכולנו אפילו לראות שהבאר מתמלאת בקצב צפוי יחסית בין לילה - והכל רק בהצצה לתצוגה. הַצלָחָה!

הערה:- ההמרה למרחק הזמן לא מתוקנת כרגע לשינויים במהירות הקול עקב שינויי טמפרטורה. זו יכולה להיות תוספת עתידית נחמדה, מכיוון שהטמפרטורות בבאר ישתנו לא מעט!

שלב 5: שימוש לטווח ארוך

עדכון לשנה: החיישן פועל ללא רבב ללא סימני קורוזיה או נזק למרות הסביבה הלחה! הבעיה היחידה במהלך השנה הייתה שהעבה מצטבר על החיישן במהלך מזג אוויר קר (בחורף), מה שחושב כמובן את החיישן. אין זו בעיה במקרה שלנו מכיוון שאנו זקוקים לקריאות רק במהלך הקיץ, אך ייתכן שמשתמשים אחרים יצטרכו להיות יצירתיים!:) בידוד או אוורור הם כנראה פתרונות אפשריים. המצאה שמחה!