Pengukur Level Tangki Ultrasound: 5 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

Perlu memantau level cairan di sumur berdiameter besar, tangki, atau wadah terbuka? Panduan ini akan menunjukkan cara membuat pengukur level cairan non-kontak sonar menggunakan elektronik murah!

Sketsa di atas menunjukkan gambaran umum tentang apa yang kami tuju dengan proyek ini. Pondok musim panas kami memiliki sumur berdiameter besar untuk memasok air minum untuk digunakan di rumah. Suatu hari, saya dan saudara lelaki saya berbicara tentang bagaimana kakek kami biasa mengukur ketinggian air secara manual untuk melacak konsumsi dan aliran air sepanjang musim panas untuk menghindari cerukan. Kami berpikir bahwa dengan elektronik modern, kami harus dapat menghidupkan kembali tradisi, tetapi dengan sedikit tenaga kerja manual yang terlibat. Dengan beberapa trik pemrograman, kami berhasil menggunakan Arduino dengan modul sonar untuk mengukur jarak hingga ke permukaan air (l) dengan keandalan yang wajar dan akurasi ± beberapa milimeter. Ini berarti bahwa kita dapat memperkirakan sisa volume V, dengan menggunakan diameter D dan kedalaman L yang diketahui, dengan akurasi sekitar ±1 liter.

Karena sumur terletak sekitar 25m dari rumah dan kami menginginkan tampilan di dalam ruangan, kami memilih untuk menggunakan dua Arduino dengan tautan data di antaranya. Anda dapat dengan mudah memodifikasi proyek untuk menggunakan hanya satu Arduino jika hal ini tidak terjadi pada Anda. Mengapa tidak menggunakan transfer data nirkabel? Sebagian karena kesederhanaan dan kekokohan (kabel cenderung tidak rusak oleh kelembaban) dan sebagian karena kami ingin menghindari penggunaan baterai di sisi sensor. Dengan kabel, kami dapat merutekan transfer data dan daya melalui kabel yang sama.

1) Modul Arduino di dalam rumahIni adalah modul Arduino utama. Ini akan mengirim sinyal pemicu ke Arduino di dalam sumur, menerima jarak yang diukur dan menampilkan volume air yang tersisa yang dihitung pada layar.

2) Modul Arduino dan Sonar Sisi Sumur Tujuan Arduino ini hanya untuk menerima sinyal pemicu dari rumah, melakukan pengukuran dan mengirim kembali jarak dari modul sonar ke permukaan air. Elektronik dibangun ke dalam kotak (relatif kedap udara), dengan pipa plastik terpasang ke sisi penerima modul sonar. Tujuan dari pipa adalah untuk mengurangi kesalahan pengukuran dengan mengurangi bidang pandang sehingga hanya permukaan air yang "dilihat" oleh penerima.

Langkah 1: Suku Cadang, Pengujian & Pemrograman

Kami menggunakan bagian berikut dalam proyek ini:

• 2 x Arduino (satu untuk mengukur level cairan, satu untuk menampilkan hasil di layar)
• Catu daya 12V dasar
• Modul ultrasonik (sonar) HC-SR04
• Modul tampilan LED MAX7219
• Kabel telepon 25 m (4 kabel: Power, ground dan 2 sinyal data)
• kotak pemasangan
• Lem panas
• Pateri

Biaya suku cadang: Sekitar €70

Untuk memastikan semuanya bekerja sebagaimana mestinya, kami melakukan semua penyolderan, pemasangan kabel, dan pengujian bangku sederhana terlebih dahulu. Ada banyak contoh program untuk sensor ultrasound dan modul LED secara online, jadi kami hanya menggunakannya untuk memastikan bahwa jarak yang diukur masuk akal (gambar 1) dan bahwa kami dapat menangkap pantulan ultrasonik dari permukaan air secara langsung. situs (gambar 2). Kami juga melakukan beberapa pengujian menyeluruh terhadap tautan data untuk memastikan bahwa tautan tersebut berfungsi untuk jarak jauh, yang terbukti tidak ada masalah sama sekali.

Jangan meremehkan waktu yang dihabiskan untuk langkah ini, karena penting untuk mengetahui bahwa sistem berfungsi sebelum berupaya memasang semuanya dengan baik ke dalam kotak, menggali kabel, dll.

Selama pengujian, kami menyadari bahwa modul sonar terkadang menangkap pantulan suara dari bagian lain sumur, seperti dinding samping dan tabung pasokan air, dan bukan dari permukaan air. Ini berarti bahwa jarak yang diukur tiba-tiba akan jauh lebih pendek daripada jarak sebenarnya ke permukaan air. Karena kami tidak bisa begitu saja menggunakan rata-rata untuk menghaluskan jenis kesalahan pengukuran ini, kami memutuskan untuk membuang jarak terukur baru yang terlalu berbeda dari perkiraan jarak saat ini. Ini tidak bermasalah karena kami memperkirakan ketinggian air akan berubah agak lambat. Saat startup, modul ini akan melakukan serangkaian pengukuran dan memilih nilai terbesar yang diterima (yaitu level air terendah) sebagai titik awal yang paling memungkinkan. Setelah itu, selain keputusan "simpan/buang", pembaruan sebagian dari tingkat perkiraan digunakan untuk memuluskan kesalahan pengukuran acak. Penting juga untuk membiarkan semua gema padam sebelum melakukan pengukuran baru - setidaknya dalam kasus kami di mana dinding terbuat dari beton dan karena itu sangat bergema.

Versi terakhir dari kode yang kami gunakan untuk dua Arduino dapat ditemukan di sini:

github.com/kelindqv/arduinoUltrasonicTank

Langkah 2: Pekerjaan Sipil

Karena sumur kami terletak agak jauh dari rumah, kami harus membuat parit kecil di halaman untuk meletakkan kabel.

Langkah 3: Menghubungkan dan Memasang Semua Komponen

Hubungkan semuanya seperti saat pengujian, dan semoga masih berfungsi! Ingatlah untuk memeriksa bahwa pin TX pada satu Arduino masuk ke RX yang lain, dan sebaliknya. Seperti terlihat pada gambar 1, kami menggunakan kabel telepon untuk mensuplai daya ke Arduino di dalam sumur, untuk menghindari penggunaan baterai.

Gambar kedua dan ketiga menunjukkan susunan pipa plastik, dengan pemancar ditempatkan di luar pipa dan penerima ditempatkan di dalam (ya, ini adalah posisi pemotretan yang tidak nyaman…)

Langkah 4: Kalibrasi

Setelah memastikan bahwa jarak dari sensor ke ketinggian air dihitung dengan benar, kalibrasi hanya mengukur diameter sumur dan kedalaman total sehingga volume cairan dapat dihitung. Kami juga menyesuaikan parameter algoritme (waktu antar pengukuran, parameter pembaruan parsial, jumlah pengukuran awal) untuk memberikan pengukuran yang kuat dan akurat.

Jadi seberapa baik sensor melacak level cairan?

Kami dapat dengan mudah melihat efek menyiram keran selama beberapa menit, atau menyiram toilet, yang kami inginkan. Kami bahkan dapat melihat bahwa sumur itu terisi kembali dengan kecepatan yang relatif dapat diprediksi dalam semalam - semuanya hanya dengan melihat sekilas pada layar. Kesuksesan!

Catatan:- Konversi waktu-jarak saat ini tidak mengoreksi perubahan kecepatan suara karena variasi suhu. Ini bisa menjadi tambahan yang bagus di masa depan, karena suhu di dalam sumur akan sedikit berbeda!

Langkah 5: Penggunaan Jangka Panjang

Pembaruan 1 tahun: Sensor bekerja dengan sempurna tanpa tanda-tanda korosi atau kerusakan meskipun lingkungan lembab! Satu-satunya masalah sepanjang tahun adalah kondensasi menumpuk pada sensor selama cuaca dingin (di musim dingin), yang jelas menghalangi sensor. Ini bukan masalah dalam kasus kami karena kami hanya membutuhkan bacaan selama musim panas, tetapi pengguna lain mungkin harus menjadi kreatif!:) Isolasi atau ventilasi mungkin merupakan solusi yang layak. Selamat menciptakan!