Bộ điều khiển mức chất lỏng UltraSonic: 6 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Giới thiệu Có thể bạn đã biết, Iran có thời tiết khô hạn và nước tôi thiếu nước. Đôi khi, đặc biệt là vào mùa hè, có thể thấy rằng chính phủ cắt nước. Vì vậy hầu hết các căn hộ đều có bể nước. Có một bể chứa 1500 lít trong căn hộ của chúng tôi để cung cấp nước. Ngoài ra, có 12 đơn vị ở trong căn hộ của chúng tôi. Kết quả là, có thể mong đợi rằng xe tăng sẽ hết sạch rất sớm. Có một máy bơm nước gắn vào bể để đưa nước vào tòa nhà. Bất cứ khi nào bồn chứa rỗng, máy bơm hoạt động mà không có nước. Tình trạng này làm tăng nhiệt độ động cơ và trong thời gian đó, nó có thể gây ra sự cố máy bơm. Cách đây ít lâu, sự cố máy bơm này xảy ra lần thứ hai đối với chúng tôi, sau khi mở động cơ ra, chúng tôi thấy cuộn dây bị cháy. Sau khi chúng tôi thay thế máy bơm, để ngăn chặn sự cố này một lần nữa, tôi quyết định làm một bộ điều khiển mực nước. Tôi dự định làm một mạch để cắt nguồn điện của máy bơm bất cứ khi nào nước xuống dưới mức giới hạn thấp trong bể. Máy bơm sẽ không hoạt động cho đến khi nước tăng đến giới hạn cao. Sau khi vượt qua giới hạn cao, mạch sẽ kết nối nguồn điện trở lại. Lúc đầu, tôi đã tìm kiếm trên mạng để xem liệu tôi có thể tìm thấy một mạch phù hợp. Tuy nhiên, tôi không tìm thấy bất cứ điều gì thích hợp. Có một số chỉ báo nước dựa trên Arduino, nhưng không thể giải quyết vấn đề của tôi. Kết quả là, tôi quyết định thiết kế bộ điều khiển mực nước của mình. Một gói tất cả trong một với giao diện người dùng đồ họa đơn giản để thiết lập các tham số. Ngoài ra, tôi đã cố gắng xem xét các tiêu chuẩn EMC để đảm bảo rằng thiết bị hoạt động hợp lệ trong các tình huống khác nhau.

Bước 1: Nguyên tắc

Bạn có thể biết nguyên tắc trước đây. Khi tín hiệu xung siêu âm được phát ra về phía một đối tượng, nó sẽ bị phản xạ bởi đối tượng và tiếng vọng trở lại người gửi. Nếu bạn tính toán Thời gian di chuyển của xung siêu âm, bạn có thể tìm thấy khoảng cách của vật thể. Trong trường hợp của chúng tôi, mục là nước.

Lưu ý rằng khi bạn tìm được khoảng cách đến mặt nước, bạn đang tính thể tích phần trống trong bể. Để có được thể tích của nước, bạn phải lấy tổng thể tích bể trừ đi thể tích đã tính.

Bước 2: Cảm biến, Nguồn cung cấp và Bộ điều khiển

Phần cứng

Đối với cảm biến, tôi đã sử dụng cảm biến siêu âm chống nước JSN-SR04T. Quy trình làm việc giống như HC-SR04 (pin echo và trig).

Thông số kỹ thuật:

• Khoảng cách: 25cm đến 450 cm
• Điện áp làm việc: DC 3.0-5.5V
• Làm việc hiện tại: ＜ 8mA
• Độ chính xác: ± 1 cm
• Tần số: 40khz
• Nhiệt độ làm việc: -20 ~ 70 ℃

Lưu ý rằng bộ điều khiển này có một số hạn chế. ví dụ: 1- JSN-SR04T không thể đo khoảng cách dưới 25cm, vì vậy bạn phải lắp đặt cảm biến trên bề mặt nước ít nhất 25cm. Hơn nữa, phép đo khoảng cách tối đa là 4,5M. Vì vậy, cảm biến này không thích hợp cho các xe tăng lớn. 2- độ chính xác là 1CM cho cảm biến này. Do đó, dựa trên đường kính của bể, độ phân giải thể tích mà thiết bị sẽ hiển thị có thể khác nhau. 3- tốc độ của âm thanh có thể thay đổi tùy theo nhiệt độ. Do đó, độ chính xác có thể bị ảnh hưởng bởi các khu vực khác nhau. Tuy nhiên, những hạn chế này không quá quan trọng đối với tôi, và độ chính xác là phù hợp.

Bộ điều khiển

Tôi đã sử dụng STM32F030K6T6 ARM Cortex M0 của STMicroelectronics. Bạn có thể tìm thấy thông số kỹ thuật của bộ vi điều khiển này tại đây.

Nguồn cung cấp năng lượng

Phần đầu tiên là chuyển đổi 220V / 50Hz (Điện Iran) thành 12VDC. Với mục đích này, tôi đã sử dụng mô-đun cấp nguồn bước xuống HLK-PM12. Bộ chuyển đổi AC / DC này có thể chuyển đổi 90 ~ 264 VAC thành 12VDC với dòng điện đầu ra 0,25A.

Như bạn có thể biết, tải cảm ứng trên rơ le có thể gây ra một số vấn đề trên mạch và nguồn điện, và khó khăn trong việc cung cấp điện có thể dẫn đến sự không đồng bộ, đặc biệt là trong vi điều khiển. Giải pháp là cách ly các nguồn cung cấp điện. Ngoài ra, bạn phải sử dụng một mạch snubber trên các tiếp điểm rơle. Có một số phương pháp để cách ly nguồn điện. Ví dụ, bạn có thể sử dụng một máy biến áp có hai đầu ra. Hơn nữa, có những bộ chuyển đổi DC / DC bị cô lập ở ngoài kia với kích thước siêu nhỏ có thể cách ly đầu ra khỏi đầu vào. Tôi đã sử dụng MINMAX MA03-12S09 cho mục đích này. Nó là một bộ chuyển đổi DC / DC 3W có cách ly.

Bước 3: IC giám sát

Theo ghi chú của TI App: Bộ giám sát điện áp (còn được gọi là mạch tích hợp đặt lại [IC]) là một loại bộ theo dõi điện áp giám sát nguồn điện của hệ thống. Bộ giám sát điện áp thường được sử dụng với bộ xử lý, bộ điều chỉnh điện áp và bộ tuần tự - nói chung, khi yêu cầu cảm biến điện áp hoặc dòng điện. Người giám sát giám sát đường ray điện áp để đảm bảo bật nguồn, phát hiện lỗi và giao tiếp với bộ xử lý nhúng để đảm bảo sức khỏe hệ thống. bạn có thể tìm thấy ghi chú ứng dụng này ở đây. Mặc dù Bộ vi điều khiển STM32 có bộ giám sát tích hợp như bộ giám sát nguồn, tôi đã sử dụng một chip giám sát bên ngoài để đảm bảo mọi thứ sẽ hoạt động tốt. Trong trường hợp của tôi, tôi đã sử dụng TL7705 từ TI. Bạn có thể xem mô tả từ trang web Texas Instruments cho vi mạch này bên dưới: Họ TL77xxA của bộ giám sát điện áp cung cấp mạch tích hợp được thiết kế đặc biệt để sử dụng làm bộ điều khiển thiết lập lại trong hệ thống vi máy tính và vi xử lý. Người giám sát nguồn cung cấp điện áp giám sát việc cung cấp cho các điều kiện điện áp thấp ở đầu vào SENSE. Trong quá trình bật nguồn, đầu ra RESET trở nên hoạt động (thấp) khi VCC đạt được giá trị gần đến 3,6 V. Tại thời điểm này (giả sử rằng SENSE trên VIT +), chức năng hẹn giờ trễ sẽ kích hoạt thời gian trễ, sau đó xuất ra RESET và RESET (KHÔNG) không hoạt động (tương ứng cao và thấp). Khi tình trạng điện áp thấp xảy ra trong quá trình hoạt động bình thường, ĐẶT LẠI và ĐẶT LẠI (KHÔNG) sẽ hoạt động.

Bước 4: Bảng mạch in (PCB)

Tôi thiết kế PCB thành hai mảnh. Phần đầu tiên là PCB LCD được kết nối với bo mạch chủ bằng ribbon / cáp dẹt, phần thứ hai là PCB bộ điều khiển. Trên PCB này, tôi đã đặt bộ nguồn, vi điều khiển, cảm biến siêu âm và các thành phần liên quan. Và cả phần nguồn là rơle, varistor và mạch snubber. Như bạn có thể biết, các rơ le cơ học như rơ le mà tôi đã sử dụng trong mạch điện của mình có thể bị đứt nếu chúng luôn hoạt động. Để khắc phục sự cố này, tôi đã sử dụng tiếp điểm thường đóng (NC) của rơ le. Vì vậy trong trường hợp bình thường, rơ le không hoạt động và tiếp điểm thường đóng có thể dẫn điện cho máy bơm. Bất cứ khi nào nước xuống dưới giới hạn Thấp, rơ le sẽ bật và điều này sẽ cắt điện. Phải nói rằng, Đây là lý do mà tôi đã sử dụng mạch snubber trên các tiếp điểm NC và COM. Về thực tế là máy bơm có công suất cao, tôi đã sử dụng rơ le 220 thứ hai cho nó, và tôi lái nó với rơ le trên PCB.

Bạn có thể tải xuống các tệp PCB như tệp Altium PCB và tệp Gerber từ GitHub của tôi tại đây.

Bước 5: Mã

Tôi đã sử dụng STM32Cube IDE, là giải pháp tất cả trong một để phát triển mã từ STMicroelectronics. Nó dựa trên Eclipse IDE với trình biên dịch GCC ARM. Ngoài ra, nó có STM32CubeMX trong đó. Bạn có thể tìm thêm thông tin ở đây. Lúc đầu, tôi đã viết một đoạn mã bao gồm thông số kỹ thuật xe tăng của chúng tôi (Chiều cao và Đường kính). Tuy nhiên, tôi quyết định thay đổi nó thành GUI để thiết lập các thông số dựa trên các thông số kỹ thuật khác nhau.

Bước 6: Cài đặt trên xe tăng

Cuối cùng, tôi đã làm một chiếc hộp đơn giản để bảo vệ PCB khỏi nước. Ngoài ra, tôi đã tạo một lỗ trên đỉnh của chiếc xe tăng để đặt cảm biến trên đó.