Контроллер уровня воды в баке


В этой статье мастер-самодельщик расскажет нам, как сделать систему мониторинга и управления уровнем воды в емкости. Это простая и надежная система.

Её ключевые особенности следующие:
Мониторинг уровня воды в реальном времени.
Автоматическое включение / выключение насоса.
Аварийное выключение насоса.

Инструменты и материалы:
-Arduino Pro mini;
-Ультразвуковой датчик HC-SR04;
-Модуль MAX485;
-ЖК-модуль i2c;
-ЖК-дисплей 1602;
— Микроконтроллер ATTINY45 / 85;
-Регулятор напряжения LM7805;
-NPN-транзистор (2n3904);
-N-канальный МОП-транзистор IRFD024PBF;
-Диод 1N4007;
-5-контактный разъем;
-4-контактный разъем;
-2-контактный разъем;
-Клеммы с 2 контактами (синие) — 2 шт;
-Клемма с 2 контактами (зеленая);
-Гнездо постоянного тока (- 2 шт
-Аудио разъем (папа/мама) — 2 шт;
-Резистор 1 кОм.


вертка;
-Провода;

Шаг первый: блок датчиков
Этот блок измеряет уровень воды и отправляют данные на главный контроллер. Он имеет два датчика для измерения уровня воды. Один — ультразвуковой датчик расстояния HC-SR04, другой — два длинных винта, выступающих наружу, как показано на фото.

Для монтажа датчиков нужно выполнить следующие действия:
Поместите ультразвуковой датчик в перевернутом положении на переднюю сторону крышки рядом с верхней частью и отметьте два отверстия для ультразвукового передатчика и приемника.

Прорежьте отверстия и горячим клеем закрепите датчик на месте.

Затем просверлите два отверстия диаметром 3 мм с промежутком в 2-3 см в центре крышки.
Вставьте длинные болты M3 с проволочной клеммой, зажатой между двумя шайбами с задней стороны крышки, и затяните гайками M3 с другой стороны.

Блок датчиков использует ATTINY45 в качестве основного микроконтроллера. Как упоминалось ранее, для измерения уровня воды используется HC-SR04. Он работает путем измерения расстояния от верхней части бака.


Так же контроль ведется с помощью двух болтов в цепи, которых установлен транзистор. Микроконтроллер считывает данные с обоих этих датчиков и отправляет данные на Arduino, установленное в блоке контроллера.

Сначала мастер хотел отправить данные через радиочастотные модули HC-12. Но диапазон этих модулей не соответствует запросам. Мастер использовал преобразователь MAX485 TTL в RS485 и сделал небольшую переходную плату, чтобы установить ее вместо модулей HC-12.
Схему и ссылку на плату можно скачать по этому адресу.
Монтаж осуществляется следующим образом:
HC-SR04 к главной цепи:
Vcc — 5 В (CN1).
trig — trigPin (CN1).
echo — echoPin (CN1).
Gnd — GND (CN1).

Болты М3 к главной цепи:
Болт 1 — 5 В (CN1).
Болт 2 — 100 (CN1).

Модуль MAX485 (TX):
VCC — 5 В (разъем HC-12)
А — 1/4-дюймовый аудиоразъем.
B — 1/4-дюймовый аудиоразъем.
GND — GND (разъем HC-12)
R0 — RX (разъем HC-12)
RE — VCC (MAX485) или 5V.
DE — RE (сокращенно RE и DE).
DI — TX (разъем HC-12).

Гнездо постоянного тока (разъем P1):
Tip — 5V
Sleeve — GND

Шаг второй: контроллер
Работа контроллера проста. Arduino используется в качестве основного контроллера. Он получает данные датчика, отправленные с платы передатчика через модуль max485. Он имеет 1602 ЖК-дисплея, который отображает текущий уровень воды и работу насоса. Он использует реле 12 В в качестве переключателя для включения релейного контактора. Он имеет два переключателя, один для подсветки ЖК-дисплея и еще один для аварийного включения / выключения насоса.


Ссылка на принципиальную схему и конструкции печатной платы для передатчика и приемника находится здесь.

ЖК-модуль i2c напрямую припаивается к 1602 LCD. Перемычка подсветки на модуле i2c подключена к тумблеру для включения / выключения. Аварийная кнопка (большая) подключается к главной цепи через разъем P4.
ЖК-модуль i2c к главной цепи (CN4):
GND — CN4-1 (GND1).
VCC — CN4-2 (5V).
SCL — CN4-3 (А5).
SDA — CN4-4(A4).

Соединения релейных контакторов:
A1 — 230 VAC1 (ноль).
A2 — NO (контакт реле).
S1 — 230 VAC1 (ноль).
S2 — 230 VAC2 (фаза)
L1 — Провод двигателя насоса 1
L2 — Провод двигателя насоса 2.
Подключите контакт COM реле к 230 VAC2 (линия).

Шаг третий: программное обеспечение и программирование
Теперь нужно запрограммировать контроллеры на обеих устройствах.

Для загрузки кода на ATTINY45 загружает библиотеку «SoftwareSerial.h».
В функции Loop,
> Сначала проверяется, заполнен бак или нет.
> Если он полон, он отправляет «255» .
> Если он не заполнен, он проверяет уровень воды с помощью ультразвукового датчика звука и передает данные через последовательную связь.
Эта программа использует подфункцию getwtrLvl () для получения текущего уровня воды.


ачала она измеряет время, необходимое датчику для передачи и приема ультразвуковых волн. Затем время преобразуется в расстояние, используя скорость звука.
dist = pulseIn (echoPin, HIGH); // время, затраченное звуковой волной.
dist = dist / 28/2; // переводим время в расстояние в см
dist = dist * 1.25; // здесь 1.25 — поправочный коэффициент для преодоления ошибки измерения
вернуть dist; // возвращает расстояние до вызывающей функции
Теперь для Ардуино.
В функции Loop:
> Сначала проверяется, нажата ли аварийная кнопка или нет.
> Проверка датчика. Часть программы проверяет ошибку датчика. т. е. если полученные данные недействительны (<= 1) 5 раз, тогда на дисплее отображается ошибка датчика и насос отключается.
> Следующая часть отображает текущий уровень воды и дает команду для насоса 1, если уровень воды маленький, или 0, если он равен 100% (полный).
Эта программа использует две подфункции updtMotor () и getWaterLvl (). Функция updtMotor () показывает работу насоса на ЖК-дисплее, а также подает сигнал на реле.
Функция getWaterLvl сначала проверяет, есть ли какая-либо ошибка соединения. Если связь между передатчиком и приемником не установлена в течение времени ожидания (3000 мс). Она показывает ошибку датчика и выключает насос.
Когда соединение восстанавливается, работа возобновляется.

Все готово, спасибо мастеру за интересную самоделку.

Источник: USamodelkina.ru

Область применения датчиков уровня воды


  • Продвинутые дачные и фермерские хозяйства, занимающиеся выращиванием плодоовощной продукции, в своей работе используют системы полива наподобие капельной. Для обеспечения автоматической работы поливочного оборудования конструкция требует наличия большой емкости для сбора и хранения воды. Ее заполнение обычно производят погружными водяными насосами в скважине, при этом требуется отслеживать уровень давления воды для насоса и ее количество в водосборном баке. В этом случае необходимо управлять работой насоса, то есть включать его при достижении определенного уровня воды в накопительной емкости и отключать в случае полного заполнения водяного бака. Эти функции можно реализовать с помощью поплавковых датчиков.
Принцип действия поплавкового датчика уровня (ПДУ)
Рис. 1 Принцип действия поплавкового датчика уровня (ПДУ)

  • Большой накопительный бак для воды может потребоваться и для водоснабжения дома, если дебит водозаборной емкости очень мал или производительность самого насоса не может обеспечить потребление воды, соответствующее необходимому уровню. В этом случае устройства контроля уровня жидкости для автоматической работы системы водоснабжения также необходимы.
  • Систему контроля за уровнем жидкости можно использовать и при работе с устройствами, в которых отсутствует защита от сухого хода скважинного насоса, датчик давления воды или поплавковый выключатель при откачивании грунтовых вод из подвалов и помещений с уровнем ниже поверхности земли.

Виды датчиков уровня воды

Все датчики уровня воды для управления насосом можно разделить на две большие группы: контактные и бесконтактные. Бесконтактные способы в основном используются в промышленном производстве и делятся на оптические, магнитные, емкостные, ультразвуковые и т.п. виды. Датчики устанавливаются на стенки водяных баков или непосредственно погружаются в контролируемые жидкости, электронные компоненты помещены в шкаф управления.

Виды датчиков уровня воды
Рис. 2 Виды датчиков уровня

В быту наибольшее применение нашли недорогие контактные устройства поплавкового типа, отслеживающий элемент которых выполнен на герконах. В зависимости от расположения в емкости с водой подобные устройства делятся на две группы.

Вертикальные. В подобном устройстве в вертикальном штоке расположены герконовые элементы, а сам поплавок с кольцевым магнитом перемещается вдоль трубки и включает или отключает герконы.

Горизонтальные. Крепятся за верхний край сбоку стены резервуара, при наполнении емкости поплавок с магнитом поднимается на шарнирном рычаге и подходит к геркону. Устройство срабатывает и коммутирует электрическую цепь, помещенную в шкаф управления, она отключает питание электронасоса.

Вертикальные и горизонтальные герконовые датчики
Рис. 3 Вертикальные и горизонтальные герконовые датчики

Устройство герконового  переключателя


Основной исполнительный элемент  герконового датчика — герконовый выключатель. Устройство представляет собой маленький стеклянный баллон, наполненный инертным газом или с откачанным воздухом. Газ или вакуум препятствуют образованию искр и окислению контактной группы. Внутри  колбы находятся замкнутые контакты из ферромагнитного сплава прямоугольного сечения (пермаллоевая проволока) с золотым или серебряным напылением. При попадании в магнитный поток  контакты  герконового переключателя намагничиваются и отталкиваются друг от друга — происходит размыкание цепи, по которой течет электрический ток.

Внешний вид герконовых переключателей
Рис. 4 Внешний вид герконовых переключателей

Самые распространенное виды герконовых  выключателей действует на замыкание, то есть при намагничивании их контакты соединяются друг с другом и электрическая цепь замыкается. Герконовые переключатели могут иметь два вывода для замыкания размыкания цепи или три, если работают с переключением цепей электрического тока. Низковольтная схема, коммутирующая электропитание насоса, обычно помещается в шкаф управления.

Схема подключения герконового датчика уровня воды


Герконовые переключатели являются маломощными устройствами и неспособны коммутировать большие токи, поэтому они не могут быть использованы непосредственно для отключения и включения насоса. Обычно они задействованы в низковольтной схеме коммутации работы мощного реле насоса, помещенной в шкаф управления.

Электрическая схема управления электронасосом с помощью герконового поплавкового датчика
Рис. 5 Электрическая схема управления электронасосом с помощью герконового поплавкового датчика

На рисунке представлена простейшая схема с датчиком, реализующая управление дренажным насосом в зависимости от водного уровня при откачке, состоящая из двух герконов SV1 и SV2.

При достижении жидкостью верхнего уровня магнит с поплавком включает верхний геркон SV1 и на катушку реле P1 подается напряжение. Ее контакты замыкаются, происходит параллельное подключение к геркону и реле самозахватывается.

Функция самозахватывания не дает возможность отключиться питанию катушки реле при размыкании контактов включающей кнопки (в нашем случае это геркон SV1). Это происходит в том случае, если нагрузка реле и его катушка подключены в одну цепь.


Напряжение поступает на катушку мощного реле в цепи электропитания насоса, его контакты замыкаются и электронасос начинает работать. При падении уровня воды и достижении поплавка с магнитом нижнего геркона SV2 он включается и на катушку реле P1 с другой стороны также подается положительный потенциал, ток перестает течь и реле P1 отключается. Это вызывает отсутствие тока в катушке силового реле P2 и как следствие прекращение подачи напряжения питания на электронасос.

Поплавковые вертикальные датчики уровня воды
Рис. 6 Поплавковые вертикальные датчики уровня воды

Аналогичная схема управления насосом, помещенная в шкаф управления, может быть использована при отслеживании уровня в емкости с жидкостью, если герконы поменять местами, то есть SV2 будет находиться вверху и отключать насос, а SV1 в глубине бака с водой его включать.

Датчики уровня могут быть использованы в быту для автоматизации процесса при заполнении больших емкостей водой при помощи водяных электронасосов. Наиболее просты в установке и эксплуатации герконовые виды, выпускаемые промышленностью в виде вертикальных поплавков на штангах и горизонтальных конструкций.

Советуем почитать: Автоматика для насоса

Источник: oburenie.ru

Герконовый датчик уровня представляет собой отличное решение для автоматизации процесса контроля уровня. Данный тип датчиков уровня воды сочетает в себе простоту устройства и надежность работы, являясь при этом достаточно экономичным решением.

Герконовый датчик уровня может работать автономно при использовании в небольших системах управления, или же быть интегрированным в уже имеющуюся систему АСУ ТП, при автоматизации больших технологических процессов.

Что представляют собой герконовые датчики для контроля уровня воды?

Герконовые датчики для контроля уровня являются усовершенствованной версией простого механического датчика уровня. Различие лишь в том, что механический переключатель заменен на геркон. Тем самым повышается надежность и долговечность датчика.

Герконовые датчики уровня состоят из двух основных элементов – это, непосредственно, геркон и поплавок, в котором находится магнит. Геркон представляет собой стеклянную колбу, внутри которой расположена контактная группа, замыкающаяся при приближении магнита.

Конструкция герконовых датчиков

При отсутствии жидкости магнит не действует на геркон, выходная цепь находится в исходном состоянии. Уровень жидкости при увеличении поднимет поплавок, тем самым магнит замкнет геркон, и состояние выходной цепи изменится. Это один из самых простых конструкций поплавковых датчиков уровня.

Отличным представителем данного исполнения сигнализаторов уровня является модельный ряд серии FineTekFC. Наименование моделей и их основные технические характеристики приведены далее:

Наименование моделей и их основные технические характеристики серии FineTekFC

Контроль нескольких уровней

Для решения более сложных задач, где требуется контролировать уровень в нескольких точках, могут применяться датчики уровня зондового исполнения с магнитными переключателями. В таких датчиках основным элементом является трубка (зонд), в которой на разных уровнях расположены магниты с обратной полярностью.

Их количество при этом может быть одинаковым. Также есть такое исполнение, что вдоль зонда расположены несколько магнитов, а поплавок при этом один.

Примером сигнализаторов данного типа являются датчики Nivopoint. В них может быть до 5 магнитных выключателей, что позволяет контролировать до 5 точек уровня при этом максимальная длина зонда может составлять 4 метра. Что является более чем достаточным для большинства задач, решаемых данным типом датчиков.

Технические характеристики датчиков Nivopoint представлены ниже:

Сравнительная таблица Технических характеристик датчиков Nivopoint

Применение герконовых датчиков контроля уровня

Контроль уровня с помощью герконовых и магнитных датчиков осуществляется во всех отраслях промышленности, где используются жидкие продукты, такие как: 

  • Вода – напитки, водные растворы, сточные воды и т.д.;
  • Топливо, масла и некоторые нефтепродукты;
  • Химические растворы, кислота, спирты и т.д.
1. Поплавок; 2. Ось; 3.Фланец; 4. Рычаг; 5. Корпус; 6. Геркон; 7. Клеммник; 8. Уплотнитель; 9. Кабельный ввод; 10. Магнит.

Возможность применения в средах с определенными условиями (коррозийность, высокая температура, высокое давление, химическая стойкость и т.д.) определяется конструкционными особенностями отдельных моделей датчиков. Например:

  • Для агрессивных сред с высокой температурой отличным решением будут магнитные датчики уровня FineTekFF, способные работать при температуре до +350°C и выполненные в Ex-исполнении;
  • При высоком давлении процесса и отрицательных температурах решением будут являться датчики FineTekFD, которые выдерживают давление до 30 бар и способны работать при температуре до -20°C.
Многоуровневое измерение жидкости в резервуаре с помощью магнитного датчика

Данный тип датчиков может работать как автономное устройство (которому не требуется питание), так и быть интегрированным в систему автоматики. При этом герконовые сигнализаторы уровня решают следующие задачи: 

  • Контроль предельного уровня (максимум, минимум);
  • Мониторинг уровня в емкости (датчики Nivopoint контролируют до 5 точек);
  • Защита насосного оборудования от сухого хода;
  • Управление исполнительными механизмами для автоматизации процесса наполнения/опустошения емкостей.

При этом коммутационные возможности некоторых датчиков (например, Nivomag) достигают 10А, что позволяет использовать данные сигнализаторы непосредственно без промежуточного реле.

Источник: zen.yandex.ru


Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.