Pengontrol Level Cairan UltraSonic: 6 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:53

PendahuluanSeperti yang mungkin Anda ketahui, Iran memiliki cuaca kering, dan negara saya kekurangan air. Kadang-kadang, terutama di musim panas, terlihat bahwa pemerintah memotong air. Jadi sebagian besar apartemen memiliki tangki air. Ada tangki 1500 liter di apartemen kami yang menyediakan air. Juga, ada 12 unit hunian di apartemen kami. Akibatnya, dapat diharapkan bahwa tangki akan segera kosong. Ada pompa air yang terpasang pada tangki yang mengirimkan air ke dalam gedung. Setiap kali tangki kosong, pompa bekerja tanpa air. Situasi ini menyebabkan kenaikan suhu motor, dan selama ini dapat menyebabkan kerusakan pompa. Beberapa waktu lalu, kegagalan pompa ini terjadi untuk kedua kalinya bagi kami, dan setelah membuka motor, kami melihat kabel koil terbakar. Setelah kami mengganti pompa, untuk mencegah masalah ini lagi, saya memutuskan untuk membuat pengontrol ketinggian air. Saya berencana untuk membuat sirkuit untuk memotong catu daya pompa setiap kali air berada di bawah batas bawah tangki. Pompa tidak akan bekerja sampai air naik ke batas yang tinggi. Setelah melewati batas atas, rangkaian akan menyambungkan kembali catu daya. Pada awalnya, saya mencari di internet untuk melihat apakah saya dapat menemukan sirkuit yang cocok. Namun, saya tidak menemukan sesuatu yang sesuai. Ada beberapa indikator air berbasis Arduino, tetapi tidak dapat menyelesaikan masalah saya. Akibatnya, saya memutuskan untuk merancang pengontrol ketinggian air saya. Paket all-in-one dengan antarmuka pengguna grafis langsung untuk mengatur parameter. Selain itu, saya mencoba mempertimbangkan standar EMC untuk memastikan bahwa perangkat berfungsi dengan benar dalam situasi yang berbeda.

Langkah 1: Prinsip

Anda mungkin tahu prinsip sebelumnya. Ketika sinyal pulsa ultrasonik dipancarkan ke suatu objek, itu dipantulkan oleh objek dan gema kembali ke pengirim. Jika Anda menghitung Waktu yang ditempuh oleh pulsa ultrasonik, Anda dapat menemukan jarak benda tersebut. Dalam kasus kami, itemnya adalah air.

Perhatikan bahwa ketika Anda menemukan jarak ke air, Anda menghitung volume ruang kosong di tangki. Untuk mendapatkan volume air, Anda harus mengurangi volume yang dihitung dari total volume tangki.

Langkah 2: Sensor, Catu Daya, dan Pengontrol

Perangkat keras

Untuk sensornya, saya menggunakan sensor ultrasonik tahan air JSN-SR04T. Rutinitas kerjanya seperti HC-SR04 (gema dan trigonometri).

Spesifikasi:

• Jarak: 25cm hingga 450 cm
• Tegangan kerja: DC 3.0-5.5V
• Bekerja saat ini: 8mA
• Akurasi: ±1cm
• Frekuensi: 40khz
• Suhu kerja: -20 ~ 70

Perhatikan bahwa pengontrol ini memiliki beberapa batasan. misalnya:1- JSN-SR04T tidak dapat mengukur jarak di bawah 25CM, jadi Anda harus memasang sensor minimal 25CM di atas permukaan air. Selain itu, pengukuran jarak maksimum adalah 4,5M. Jadi sensor ini tidak cocok untuk tangki besar. 2- akurasi 1CM untuk sensor ini. Akibatnya, berdasarkan diameter tangki, resolusi volume yang akan ditampilkan perangkat dapat bervariasi. 3- kecepatan suara dapat bervariasi berdasarkan suhu. Akibatnya, akurasi dapat dipengaruhi oleh wilayah yang berbeda. Namun, keterbatasan ini tidak penting bagi saya, dan akurasinya cocok.

Pengendali

Saya menggunakan STM32F030K6T6 ARM Cortex M0 dari STMicroelectronics. Anda dapat menemukan spesifikasi mikrokontroler ini di sini.

Catu Daya

Bagian pertama adalah mengubah 220V/50Hz (Listrik Iran) menjadi 12VDC. Untuk tujuan ini, saya menggunakan modul power supply step down HLK-PM12 buck. Konverter AC/DC ini dapat mengubah 90 ~ 264 VAC menjadi 12VDC dengan arus keluaran 0,25A.

Seperti yang mungkin Anda ketahui, beban induktif pada relai dapat menyebabkan beberapa masalah pada rangkaian dan catu daya, dan kesulitan dalam catu daya dapat menyebabkan ketidakkonstanan, terutama pada mikrokontroler. Solusinya adalah mengisolasi catu daya. Juga, Anda harus menggunakan sirkuit snubber pada kontak relai. Ada beberapa metode untuk mengisolasi catu daya. Misalnya, Anda dapat menggunakan transformator dengan dua output. Selain itu, ada konverter DC/DC terisolasi di luar sana dalam ukuran kecil yang dapat mengisolasi output dari input. Saya menggunakan MINMAX MA03-12S09 untuk tujuan ini. Ini adalah konverter DC/DC 3W dengan isolasi.

Langkah 3: IC Pengawas

Menurut catatan Aplikasi TI: Pengawas tegangan (juga dikenal sebagai sirkuit terpadu reset [IC]) adalah jenis monitor tegangan yang memantau catu daya sistem. Pengawas tegangan sering digunakan dengan prosesor, pengatur tegangan dan sequencer - secara umum, di mana penginderaan tegangan atau arus diperlukan. Supervisor memantau rel tegangan untuk memastikan daya menyala, mendeteksi kesalahan, dan berkomunikasi dengan prosesor tertanam untuk memastikan kesehatan sistem. Anda dapat menemukan catatan aplikasi ini di sini. Meskipun Mikrokontroler STM32 memiliki pengawas built-in seperti power on supply monitor, saya menggunakan chip pengawas eksternal untuk memastikan semuanya akan bekerja dengan baik. Dalam kasus saya, saya menggunakan TL7705 dari TI. Anda dapat melihat deskripsi dari situs web Texas Instruments untuk IC ini di bawah ini: Keluarga pengawas tegangan suplai sirkuit terpadu TL77xxA dirancang khusus untuk digunakan sebagai pengontrol reset di komputer mikro dan sistem mikroprosesor. Pengawas tegangan suplai memantau suplai untuk kondisi tegangan rendah pada input SENSE. Selama power-up, output RESET menjadi aktif (rendah) ketika VCC mencapai nilai mendekati 3,6 V. Pada titik ini (dengan asumsi bahwa SENSE di atas VIT+), fungsi pengatur waktu tunda mengaktifkan waktu tunda, setelah itu mengeluarkan RESET dan RESET(TIDAK) menjadi tidak aktif (masing-masing tinggi dan rendah). Ketika kondisi tegangan rendah terjadi selama operasi normal, RESET dan RESET(NOT) menjadi aktif.

Langkah 4: Papan Sirkuit Cetak (PCB)

Saya mendesain PCB menjadi dua bagian. Yang pertama adalah PCB LCD yang terhubung ke mainboard dengan pita/kabel datar. Bagian kedua adalah PCB pengontrol. Pada PCB ini, saya menempatkan power supply, mikrokontroler, sensor ultrasonik dan komponen terkait. Dan juga bagian power yaitu rangkaian relay, varistor dan snubber. Seperti yang mungkin Anda ketahui, relai mekanis seperti relai yang saya gunakan di sirkuit saya dapat putus jika selalu berfungsi. Untuk mengatasi masalah ini, saya menggunakan kontak biasanya dekat (NC) dari relai. Jadi dalam situasi normal, relai tidak aktif dan kontak yang biasanya dekat dapat mengalirkan daya ke pompa. Setiap kali air turun di bawah batas Rendah, relai akan menyala, dan ini akan memutus aliran listrik. Karena itu, Inilah alasan saya menggunakan sirkuit snubber pada kontak NC dan COM. Mengenai fakta bahwa pompa memiliki daya tinggi, saya menggunakan relai 220 kedua untuk itu, dan saya mengendarainya dengan relai pada PCB.

Anda dapat mengunduh file PCB seperti file Altium PCB dan file Gerber dari GitHub saya di sini.

Langkah 5: Kode

Saya menggunakan IDE STM32Cube, yang merupakan solusi lengkap untuk pengembangan kode dari STMicroelectronics. Hal ini didasarkan pada Eclipse IDE dengan GCC ARM compiler. Juga, ia memiliki STM32CubeMX di dalamnya. Anda dapat menemukan informasi lebih lanjut di sini. Pada awalnya, saya menulis kode yang menyertakan spesifikasi tangki kami (Tinggi dan Diameter). Namun, saya memutuskan untuk mengubahnya ke GUI untuk mengatur parameter berdasarkan spesifikasi yang berbeda.

Langkah 6: Instalasi di Tangki

Pada akhirnya, saya membuat kotak sederhana untuk melindungi PCB dari air. Juga, saya membuat lubang di bagian atas tangki untuk meletakkan sensor di atasnya.