جهاز التحكم بمستوى السائل UltraSonic: 6 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

مقدمة كما تعلمون ، إيران لديها طقس جاف ، وهناك نقص في المياه في بلدي. في بعض الأحيان ، خاصة في فصل الصيف ، يمكن ملاحظة أن الحكومة تقطع المياه. لذلك تحتوي معظم الشقق على خزان مياه. يوجد خزان سعة 1500 لتر في شقتنا يوفر المياه. أيضا ، هناك 12 وحدة سكنية في شقتنا. نتيجة لذلك ، من المتوقع أن يفرغ الخزان قريبًا جدًا. هناك مضخة مياه ملحقة بالخزان والتي ترسل الماء إلى المبنى. عندما يكون الخزان فارغًا ، تعمل المضخة بدون ماء. يتسبب هذا الموقف في زيادة درجة حرارة المحرك ، وخلال الوقت ، يمكن أن يتسبب في تعطل المضخة. منذ بعض الوقت ، حدث فشل المضخة هذا للمرة الثانية بالنسبة لنا ، وبعد فتح المحرك ، رأينا أن أسلاك الملف قد احترقت. بعد أن استبدلنا المضخة ، لمنع حدوث هذه المشكلة مرة أخرى ، قررت إنشاء جهاز تحكم في مستوى المياه. لقد خططت لعمل دائرة لقطع إمداد طاقة المضخة كلما انخفض الماء عن الحد المنخفض في الخزان. لن تعمل المضخة حتى يرتفع الماء إلى الحد الأقصى. بعد تجاوز الحد الأقصى ، ستقوم الدائرة بتوصيل مصدر الطاقة مرة أخرى. في البداية ، بحثت عبر الإنترنت لمعرفة ما إذا كان بإمكاني العثور على دائرة مناسبة. ومع ذلك ، لم أجد أي شيء مناسب. كانت هناك بعض مؤشرات المياه القائمة على Arduino ، لكن لم يكن هناك حل لمشكلتي. نتيجة لذلك ، قررت تصميم جهاز التحكم في مستوى المياه الخاص بي. حزمة الكل في واحد بواجهة مستخدم رسومية مباشرة لتعيين المعلمات. أيضًا ، حاولت مراعاة معايير EMC للتأكد من أن الجهاز يعمل صالحًا في مواقف مختلفة.

الخطوة 1: المبدأ

ربما تعرف المبدأ من قبل. عندما تنبعث إشارة النبض بالموجات فوق الصوتية تجاه كائن ما ، فإنها تنعكس من خلال الكائن ويعود الصدى إلى المرسل. إذا قمت بحساب الوقت الذي تقطعه النبضات فوق الصوتية ، يمكنك إيجاد مسافة الجسم. في حالتنا ، العنصر هو الماء.

لاحظ أنه عندما تجد المسافة إلى الماء ، فإنك تحسب حجم المساحة الفارغة في الخزان. للحصول على حجم الماء ، عليك طرح الحجم المحسوب من إجمالي حجم الخزان.

الخطوة 2: جهاز الاستشعار وإمداد الطاقة والتحكم

المعدات

بالنسبة للمستشعر ، استخدمت مستشعر الموجات فوق الصوتية المقاوم للماء JSN-SR04T. روتين العمل مثل HC-SR04 (صدى ودبوس مثلث).

المواصفات:

• المسافة: 25 سم إلى 450 سم
• جهد العمل: تيار مستمر 3.0-5.5 فولت
• العمل الحالي: ＜ 8mA
• الدقة: ± 1 سم
• التردد: 40 كيلو هرتز
• درجة حرارة العمل: -20 ~ 70 درجة مئوية

لاحظ أن وحدة التحكم هذه لها بعض القيود. على سبيل المثال: 1- لا يمكن لـ JSN-SR04T قياس المسافة التي تقل عن 25 سم ، لذلك عليك تثبيت المستشعر على الأقل 25 سم فوق سطح الماء. علاوة على ذلك ، فإن أقصى قياس للمسافة هو 4.5 متر. لذلك هذا المستشعر غير مناسب للخزانات الضخمة. 2- الدقة 1 سم لهذا المستشعر. نتيجة لذلك ، بناءً على قطر الخزان ، يمكن أن تختلف دقة الحجم الذي سيظهره الجهاز. 3- يمكن أن تختلف سرعة الصوت حسب درجة الحرارة. نتيجة لذلك ، يمكن أن تتأثر الدقة باختلاف المناطق. ومع ذلك ، لم تكن هذه القيود حاسمة بالنسبة لي ، وكانت الدقة مناسبة.

المتحكم

لقد استخدمت STM32F030K6T6 ARM Cortex M0 من STMicroelectronics. يمكنك العثور على مواصفات هذا المتحكم الدقيق هنا.

إمدادات الطاقة

الجزء الأول هو تحويل 220 فولت / 50 هرتز (كهرباء إيران) إلى 12VDC. لهذا الغرض ، استخدمت وحدة إمداد الطاقة HLK-PM12 باك تنحى. يمكن لمحول التيار المتردد / التيار المتردد تحويل 90 ~ 264 فولت تيار متردد إلى 12 فولت تيار مستمر بتيار خرج 0.25 أمبير.

كما تعلم على الأرجح ، يمكن أن يتسبب الحمل الاستقرائي على المرحل في حدوث العديد من المشكلات في الدائرة ومصدر الطاقة ، ويمكن أن تؤدي الصعوبة في مصدر الطاقة إلى عدم الثبات ، خاصة في وحدة التحكم الدقيقة. الحل هو عزل مصادر الطاقة. أيضًا ، يجب عليك استخدام دائرة snubber على جهات اتصال الترحيل. هناك عدة طرق لعزل مصادر الطاقة. على سبيل المثال ، يمكنك استخدام محول بمخرجين. علاوة على ذلك ، هناك محولات DC / DC معزولة في حجم صغير يمكنها عزل الإخراج من المدخلات. لقد استخدمت MINMAX MA03-12S09 لهذا الغرض. إنه محول 3W DC / DC مع العزلة.

الخطوة 3: المشرف IC

وفقًا لتطبيق TI ، فإن مشرف الجهد (المعروف أيضًا باسم إعادة تعيين الدائرة المتكاملة [IC]) هو نوع من أجهزة مراقبة الجهد التي تراقب مصدر طاقة النظام. غالبًا ما يتم استخدام المشرفين على الجهد مع المعالجات ومنظمات الجهد وأجهزة التسلسل - بشكل عام ، حيث يكون استشعار الجهد أو التيار مطلوبًا. يراقب المشرفون قضبان الجهد لضمان التشغيل واكتشاف الأعطال والتواصل مع المعالجات المضمنة لضمان صحة النظام. يمكنك العثور على ملاحظة التطبيق هذه هنا. على الرغم من أن وحدات التحكم الدقيقة STM32 تحتوي على مشرفين مدمجين مثل الطاقة على شاشة العرض ، فقد استخدمت شريحة مشرف خارجي للتأكد من أن كل شيء سيعمل بشكل جيد. في حالتي ، استخدمت TL7705 من TI. يمكنك الاطلاع على الوصف من موقع Texas Instruments لهذا IC أدناه: تم تصميم عائلة TL77xxA لمشرفي جهد إمداد الدائرة المتكاملة خصيصًا لاستخدامها كوحدات تحكم لإعادة الضبط في أنظمة الحواسيب الصغيرة والمعالجات الدقيقة. يراقب مشرف الإمداد والجهد الإمداد لظروف الجهد المنخفض عند إدخال SENSE. أثناء زيادة الطاقة ، يصبح خرج RESET نشطًا (منخفض) عندما يصل VCC إلى قيمة تقترب من 3.6 V. في هذه المرحلة (بافتراض أن SENSE أعلى من VIT +) ، تنشط وظيفة مؤقت التأخير تأخيرًا زمنيًا ، وبعد ذلك يخرج RESET و RESET (إعادة تعيين) NOT) غير نشط (مرتفع ومنخفض ، على التوالي). عندما تحدث حالة انخفاض الجهد أثناء التشغيل العادي ، يتم تنشيط RESET و RESET (NOT).

الخطوة 4: لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)

لقد صممت ثنائي الفينيل متعدد الكلور في قطعتين. الأول هو LCD PCB الذي يتم توصيله باللوحة الرئيسية بواسطة كابل الشريط / المسطح ، والجزء الثاني هو وحدة التحكم PCB. على ثنائي الفينيل متعدد الكلور هذا ، قمت بوضع مصدر طاقة ، متحكم دقيق ، مستشعر بالموجات فوق الصوتية والمكونات ذات الصلة. وأيضًا جزء الطاقة الذي يمثل دائرة الترحيل والمكثف والنافذة. كما تعلم على الأرجح ، يمكن أن تتعطل المرحلات الميكانيكية مثل المرحل الذي استخدمته في دائري إذا كانت تعمل دائمًا. للتغلب على هذه المشكلة ، كنت أستخدم عادة الاتصال الوثيق (NC) للترحيل. لذلك في الوضع الطبيعي ، لا يكون التتابع نشطًا ويمكن أن يقوم الاتصال الوثيق عادةً بتوصيل الطاقة للمضخة. عندما تنخفض المياه عن الحد الأدنى ، سيتم تشغيل التتابع ، وسيؤدي ذلك إلى قطع الطاقة. بعد قولي هذا ، هذا هو السبب في أنني استخدمت دائرة snubber على جهات اتصال NC و COM. فيما يتعلق بحقيقة أن المضخة لديها طاقة عالية ، فقد استخدمت التتابع 220 الثاني لها ، وأنا أقودها مع التتابع على ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

يمكنك تنزيل ملفات PCB مثل ملفات Altium PCB وملفات Gerber من GitHub هنا.

الخطوة 5: الكود

لقد استخدمت STM32Cube IDE ، وهو حل شامل لتطوير الكود من STMicroelectronics. وهو يعتمد على Eclipse IDE مع مترجم GCC ARM. أيضا ، لديها STM32CubeMX بداخلها. يمكنك العثور على مزيد من المعلومات هنا. في البداية ، كتبت رمزًا يتضمن مواصفات الخزان لدينا (الارتفاع والقطر). ومع ذلك ، قررت تغييره إلى واجهة المستخدم الرسومية لإعداد المعلمات بناءً على المواصفات المختلفة.

الخطوة 6: التثبيت على الخزان

في النهاية ، صنعت صندوقًا بسيطًا لحماية ثنائي الفينيل متعدد الكلور من الماء. أيضًا ، قمت بعمل ثقب في الجزء العلوي من الخزان لوضع المستشعر عليه.