Medidor de nível do tanque de ultrassom: 5 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Precisa monitorar o nível de fluido em um poço de grande diâmetro, um tanque ou um recipiente aberto? Este guia mostrará como fazer um medidor de nível de fluido sem contato com sonar usando eletrônicos baratos!

O esboço acima mostra uma visão geral do que almejamos com este projeto. Nossa casa de verão tem um poço de grande diâmetro para fornecer água potável para uso doméstico. Um dia, meu irmão e eu conversamos sobre como nosso avô costumava medir o nível da água manualmente para acompanhar o consumo e o influxo de água durante o verão para evitar o cheque especial. Pensamos que com a eletrônica moderna deveríamos ser capazes de reviver a tradição, mas com menos trabalho manual envolvido. Com alguns truques de programação, conseguimos usar um Arduino com um módulo de sonar para medir a distância até a superfície da água (l) com confiabilidade razoável e uma precisão de ± alguns milímetros. Isso significa que poderíamos estimar o volume restante V, usando o diâmetro D conhecido e a profundidade L, com precisão de cerca de ± 1 litro.

Como o poço está localizado a cerca de 25m da casa e queríamos o display dentro de casa, optamos por usar dois Arduinos com um link de dados entre eles. Você pode facilmente modificar o projeto para usar apenas um Arduino, se este não for o seu caso. Por que não usar a transferência de dados sem fio? Em parte devido à simplicidade e robustez (o fio tem menos probabilidade de ser danificado pela umidade) e em parte porque queríamos evitar o uso de baterias no lado do sensor. Com um fio, poderíamos encaminhar a transferência de dados e a alimentação pelo mesmo cabo.

1) Módulo Arduino na casa Este é o módulo principal do Arduino. Ele enviará um sinal de disparo para o Arduino no poço, receberá a distância medida e exibirá o volume de água restante calculado em um display.

2) Módulo de sonar e Arduino do lado do poço O objetivo deste Arduino é simplesmente receber um sinal de gatilho da casa, realizar uma medição e enviar de volta a distância do módulo de sonar até o nível da água. Os componentes eletrônicos são embutidos em uma caixa (relativamente hermética), com um tubo de plástico conectado ao lado receptor do módulo de sonar. O objetivo do tubo é reduzir os erros de medição, reduzindo o campo de visão de forma que apenas a superfície da água seja "vista" pelo receptor.

Etapa 1: peças, teste e programação

Usamos as seguintes partes neste projeto:

• 2 x Arduino (um para medir o nível de fluido, um para mostrar os resultados em um display)
• Uma fonte de alimentação básica de 12 V
• Módulo de ultrassom (sonar) HC-SR04
• Módulo de display LED MAX7219
• Cabo telefônico de 25 m (4 fios: energia, terra e 2 sinais de dados)
• Caixa de montagem
• Cola quente
• Solda

Custo das peças: cerca de € 70

Para ter certeza de que tudo funcionou como deveria, primeiro fizemos toda a solda, fiação e testes simples de bancada. Existem muitos programas de exemplo para o sensor de ultrassom e módulo de LED online, então apenas os usamos para nos certificarmos de que a distância medida fazia sentido (imagem 1) e que fomos capazes de capturar o reflexo ultrassônico da superfície da água em site (foto 2). Também fizemos alguns testes completos no link de dados para garantir que ele funcione em longas distâncias, o que não foi um problema.

Não subestime o tempo gasto nesta etapa, pois é vital saber que o sistema funciona antes de se esforçar para montar tudo em caixas, cavar cabos, etc.

Durante o teste, percebemos que o módulo de sonar às vezes capta um reflexo de som de outras partes do poço, como as paredes laterais e o tubo de abastecimento de água, e não da superfície da água. Isso significava que a distância medida repentinamente seria muito menor do que a distância real ao nível da água. Como não podemos simplesmente usar a média para suavizar esse tipo de erro de medição, decidimos descartar quaisquer novas distâncias medidas que fossem muito diferentes da estimativa de distância atual. Isso não é problemático, pois esperamos que o nível da água mude bem devagar de qualquer maneira. Na inicialização, este módulo fará uma série de medições e selecionará o maior valor recebido (ou seja, o nível de água mais baixo) como o ponto de partida mais provável. Depois disso, além da decisão de "manter / descartar", uma atualização parcial do nível estimado é usada para suavizar os erros de medição aleatórios. Também é importante permitir que todos os ecos morram antes de realizar uma nova medição - pelo menos em nosso caso onde as paredes são feitas de concreto e, portanto, muito eco-y.

A versão final do código que usamos para os dois Arduinos pode ser encontrada aqui:

github.com/kelindqv/arduinoUltrasonicTank

Etapa 2: Obras Civis

Como nosso poço ficava longe da casa, tivemos que fazer uma pequena trincheira no gramado para colocar o cabo.

Etapa 3: Conectando e montando todos os componentes

Conecte tudo como estava durante o teste e espere que ainda funcione! Lembre-se de verificar se o pino TX de um Arduino vai para o RX do outro e vice-versa. Conforme mostrado na figura 1, usamos o cabo telefônico para alimentar o Arduino do poço, evitando o uso de baterias.

A segunda e terceira fotos mostram o arranjo do tubo de plástico, com o transmissor colocado fora do tubo e o receptor colocado dentro (sim, esta foi uma posição de tiro desconfortável …)

Etapa 4: Calibração

Tendo a certeza de que a distância do sensor ao nível da água está calculada corretamente, a calibração era apenas uma questão de medir o diâmetro do poço e a profundidade total para que o volume do fluido pudesse ser calculado. Também ajustamos os parâmetros do algoritmo (tempo entre as medições, os parâmetros de atualização parcial, número de medições iniciais) para fornecer uma medição robusta e precisa.

Então, quão bem o sensor rastreou o nível de fluido?

Poderíamos ver facilmente o efeito de dar a descarga por alguns minutos, ou dar descarga, que é o que queríamos. Pudemos até ver que o poço estava sendo reabastecido a uma taxa relativamente previsível durante a noite - tudo com apenas uma olhada na tela. Sucesso!

Nota: - A conversão de tempo-distância não está corrigindo as mudanças na velocidade do som devido às variações de temperatura. Esta pode ser uma boa adição futura, já que as temperaturas no poço irão variar um pouco!

Etapa 5: uso de longo prazo

Atualização de 1 ano: O sensor funciona perfeitamente, sem sinais de corrosão ou danos, apesar do ambiente úmido! O único problema durante o ano foi que a condensação se acumula no sensor durante o tempo frio (no inverno), o que obviamente bloqueia o sensor. Isso não é um problema em nosso caso, pois só precisamos de leituras durante o verão, mas outros usuários podem ter que ser criativos!:) Isolamento ou ventilação são provavelmente soluções viáveis. Boas invenções!