Схема сборки своими руками датчика-измерителя уровня воды в емкостях, баках и резервуарах
Для сборки измерителя уровня воды я стоял перед выбором метода измерения – контактный или бесконтактный. К контактным относятся резистивный, конденсаторный и индуктивный методы, из бесконтактных способов наибольшее распространение получили визуальный, радарный и ультразвуковой. Чтобы не повлиять на качество воды в емкости мы прибегнем к одному из бесконтактных методов измерения уровня жидкости.
Все бесконтактные методы основаны на одном принципе: сигнал уходит, проходит определенное время, сигнал возвращается. Визуальный метод использует оптический сигнал, он достаточно точный, но если датчик загрязнится, то он вообще перестанет работать.
При использовании радарного метода измерения уровня используются высокочастотные радиоволновые сигналы, из-за этого метод не подходит для использования в домашних условиях. Ультразвуковой метод аналогичен радарному, только вместо радиоволн используются ультразвуковые волны. Этот способ подходит нам как нельзя лучше, из-за того, что ультразвуковые сенсоры легко найти и они недороги.
Измеритель уровня жидкости я сделал на базе микроконтроллера Arduino Mega2560 (можно взять любой контроллер Arduino).
За любые повреждения, полученные в процессе сборки автор статьи ответственности не несет.
Шаг 1: Материалы
Материалы для датчика уровня воды в резервуаре:
- Arduino (Uno, Mega 2560,…)
- ультразвуковой датчик измерения расстояния HC SR04
- провода для подключения датчика к контроллеру
- оргстекло для корпуса (опционально)
Шаг 2: Немного теории
Для начала я расскажу вам немного об ультразвуковом способе измерения уровня жидкости. Смысл все бесконтактных приборов измерения уровней заключается измерении расстояния между трансивером и поверхностью жидкости. Трансивер посылает короткий ультразвуковой импульс и измеряется время, за которое сигнал идет до поверхности жидкости и обратно до трансивера. Из-за того, что плотность жидкости выше, чем плотность воды, ее поверхность отразит ультразвуковой импульс.
У ультразвукового метода измерения есть свои минусы:
- Из-за длины импульса остается маленькое окно для приема отраженного сигнала, потому что трансивер продолжает испускать сигнал. Проблема решается достаточно просто: сенсор размещается на несколько сантиметров выше максимального уровня жидкости, позволяя приемнику начать прием сигнала.
- Из-за ширины луча имеются ограничения в диаметре используемой емкости. Если диаметр будет слишком мал, отраженный от поверхности жидкости сигнал будет отражаться и от стенок емкости, тогда данные могут быть ложными.
- Прежде чем установить счетчик в бак на постоянное место, его протестировали на эти два момента. Стабильные данные получены на расстоянии минимум 5 см от сенсора. Это значит, что сенсор нужно установить не ниже 5 см над уровнем жидкости. Также не было отраженных от стен бака сигналов при диаметре сосуда 7,5 см (высота 0,5 м). Эти результаты были учтены при установке сенсора в бак.
Шаг 3: Водяной бак
Вода в систему полива будет поступать самотеком. Поэтому бак должен быть установлен выше уровня пола. Бак сделан из метровой канализационной трубы диаметром 16 см. Труба разделена на две секции. В нижней секции располагаются клапана, верхняя будет собственно резервуаром с водой. В качестве крышки резервуара используется заглушка. К заглушке крепится ультразвуковой датчик измерения расстояния. Для устойчивости бак установлен в деревянный короб, в котором установлена электроника и аккумулятор.
Высоту столба жидкости кодируем в процентах, точкой отсчета будут показания счетчика от 6 см (100%), и до 56 см (0%), 6 см – удаление от поверхности воды.
Бак сделан из трубы для простоты вычислений объема (цилиндиреская форма без изменений диаметра).
Шаг 4: Схема соединения ультразвукового датчика и контроллера
Сначала припаиваем к ультразвуковому датчику провода (витая пара, без экранирующего покрытия или фольгированная). Потом помещаем датчик в самодельный корпус из оргстекла. Корпус герметизируем и крепим на крышку бака. Корпус сделан по ходу дела и не является обязательной деталью, поэтому его нет на фото и нет инструкций по изготовлению, так что импровизируйте, если решили сделать его.
Следуя приложенной схеме, подключите датчик к контроллеру.
Шаг 5: Программа
Программа по измерению расстояния конвертирована в программу по определению уровня воды.
Сначала посылается сигнал, затем он возвращается, измеряется время между передачей и приемом сигнала, а полученные данные преобразуются в сантиметры. Сантиметры, в свою очередь, преобразуются в проценты и через последовательное соединение эти данные передаются на компьютер. Также можно подсчитать оставшийся в резервуаре объем воды.
Шаг 6: Проверка
Так как потом этот водяной бак будет использоваться в автоматической системе полива с двухступенчатым регулятором, необходимо измерить показатели потока. Выходной поток из бака зависит от гидростатического давления внутри него.
Любой человек, знакомый с основами гидродинамики, знает, что гидростатическое давление уменьшается при снижении уровня воды. Чтобы полив растений осуществлялся одинаковым объемом воды, нужно иметь возможность контролировать время, в течение которого клапан остается открытым. Зная показатели потока, можно подсчитать, какой объем воды может вытечь из бака за определённое время, и таким образом определить время, в течение которого клапан должен быть открытым.
Чтобы проверить точность работы нашего измерителя уровня воды наполните резервуар водой до максимального уровня. Затем откройте клапан, чтобы вся вода вытекла. Бак опустел до 2% из-за того, что конструкция сделана таким образом, чтобы предотвратить вытекание остатков. На картинке приложена диаграмма ступенчатой функции, по этой диаграмме мы можем приблизительно оценить на каком уровне воды происходит изменение (с помощью Excel, Matlab или другой вычислительной программы).
Датчик уровня воды, собранный своими руками работает в соответствии с ожиданиями.
Шаг 7: Применение в проектах
Собранный измеритель уровня воды с ультразвуковым датчиком является образцом. Если мы хотим применять измеритель в проектах, как самодельных, так и полупромышленных, нужно провести испытания на износостойкость и водостойкость. После проведения испытания будет ясно, подходит ли измеритель для использования в каких-либо проектах. Прямо сейчас я могу лишь сказать, что датчик работает нормально то время, которое прошло после сборки.
Из-за того, что метод измерения уровня воды бесконтактный, вода не загрязняется. Сам датчик вышел совсем недорогим по себестоимости, а это значит, что его можно использовать в самодельных проектах.
Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.
Источник
Простейший датчик уровня воды, затопления (со звуковой сигнализацией) своими руками
Звуковой сигнал будет издавать активный звуковой зуммер (пищалка) , рассчитанная на питание 3В.
Отрицательный вывод пищалки припаивается к коллектору транзистора.
Все элементы фиксируются внутри корпуса с помощью термоклеевого пистолета .
Мастер закрепил щупы на задней крышке, и удлинил их проводами. Электроды должны находиться на расстоянии 5-10 мм друг от друга.
Если же Вам нужно устройство с громкой сиреной, или передачей сигнала тревоги по интернет, то в продаже есть готовые детекторы утечки воды .
Благодарю автора за простую схему датчика воды со звуковой сигнализацией.
Всем хорошего настроения, крепкого здоровья, и интересных идей!
Подписывайтесь на телеграм-канал сайта, чтобы не пропустить новые статьи.
Авторское видео можно посмотреть здесь.
Источник
Самодельный указатель уровня воды в непрозрачной емкости для полива. Проще некуда
Часто для полива огорода используют б/у-шный еврокуб, поднятый над уровнем земли.
Штука вместительная, надежная и долговечная, удобная для использования и, что немаловажно, не такая дорогая, как специальные емкости, которые сейчас продаются в большом разнообразии.
Единственный его недостаток — то, что пластик, из которого куб изготовлен, пропускает солнечный свет.
Чем это плохо — всем известно: под воздействием света вода начинает очень быстро “цвести” и емкость превращается, практически, в болото.
Бывают и черные еврокубы, но в продаже они попадаются гораздо реже, а стоят гораздо дороже.
Поэтому, чаще всего, огородники покупают обычный, и либо красят его, либо обматывают чем-то светонепроницаемым, типа черной пленки.
Конкретно у нас на куб надет двухслойный чехол из черного укрывного материала.
Вода в кубе и нагревается, и не цветет. Все прекрасно.
Вот только одна незадача: как понять, есть она там или уже закончилась?
Эту проблему я предусмотрел сразу, как “пошил” черный чехол) Снаружи к выпускному крану через тройник примастырил кусок прозрачного шланга на ¾ (19 мм)
Все бы ничего, но, очень скоро этот шланг зарос отложениями изнутри, помутнел от солнечного света и разглядеть какой там уровень стало трудно…
Заглянуть в заливное отверстие куба, учитывая, что он не только накрыт чехлом, но и поднят на 2 с лишним метра над землей — тоже не вариант.
Подойдет не только для куба. Длина труб — в соответствии с высотой вашего резервуара.
- Метровую (или другой длины, в соответствии с высотой вашей емкости) канализационную трубу 50 мм.
- Такой же кусок трубы 32 мм.
- Заглушка для трубы 50 мм
- Заглушка для трубы 32 мм
- Любой фитинг 40 мм
- Любой фитинг 32 мм (не обязательно)
Из комплектующих для самого указателя это — все.
Для присоединения понадобится тройник и, возможно, еще какие-то сантех фитинги, в зависимости от того, как организован выпуск из емкости конкретно у вас.
Труба 50 мм, через тройник подключенная к изливу с нижней стороны, выполняет роль сообщающегося с основной емкостью сосуда, а труба 32 мм, заглушенная снизу — роль поплавка, который поднимается/опускается, в зависимости от уровня воды в большой трубе, т.е. и в самой емкости.
У меня бывший прозрачный шланг был присоединен вот таким цанговым (обжимным) фитингом от металлопластиковой трубы.
Кстати, если кому не приходило в голову, это очень удобно. Такими фитингами можно соединять и шланги, и даже черную ПНД трубу. Она зажимается в эти фитинги ничуть не хуже родного металлопластика.
Что-то глобально переделывать было некогда, да и лень, если честно))
Поэтому, я взял обрезок черной ПНД трубы и с одной стороны нарезал на нем полдюймовую резьбу. В заглушке 50 мм просверлил отверстие на 20 мм и зажал все это двумя контргайками. Прокладки использовать не стал, а всю конструкцию для пущей надежности посадил на герметик.
Получился вот такой переходник
Чтобы поплавок не сильно болтался в верхней части трубы, в качестве направляющей и ограничителя я использовал раструб, отрезанный от фитинга на 40 мм, который вставил в верхнюю часть 50-й трубы.
Чтобы было понятнее — листаем картинки
И тут на сцене появляется…
Конечно, изолента), без которой, как гласит легенда, не делается ни одна самоделка)))
Правда у меня не голубая, как положено, а черная). Даже немного переживаю будет ли с черной работать так же хорошо, как с голубой)))
Если серьезно — раструб 40 мм фитинга входит в 50-ю трубу слишком свободно, поэтому, нужно чем-то уплотнить.
Только сделать это лучше чуть позже. Сначала надо отградуировать поплавок в реальных условиях, т.е., просто разметить на нем уровни воды: максимальный, минимальный и середину. Это — как минимум.
Делать это надо непосредственно на емкости, где поплавок будет работать. А для этого наша направляющая должна легко выниматься.
Если хочется, чтобы все было подогнано вообще идеально — в 40 мм раструб можно вставить еще и такую же часть от 32 мм фитинга, вынув из нее уплотнительное кольцо.
Правда, в этом случае зазор между поплавковой трубой и направляющей будет совсем небольшой и есть опасность, что поплавок в этом месте будет иногда подклинивать при сильном ветре и т.п. Я пока оставил, а там поглядим. Будет клинить — убрать недолго)
Осталось провести испытания))
Ну, и собрать все уже на месте.
Да, открытый конец тонкой трубы надо чем-то заглушить, чтобы туда не набиралась дождевая вода и не попадали всякие посторонние предметы типа листьев и т.п.
Я париться на эту тему не стал, а взял кусок вспененного уплотнителя, вырезал цилиндрическую пробку чуть большего диаметра, чем труба, и воткнул внутрь.
Ну, а толстую трубу надо, конечно, жестко зафиксировать в строго вертикальном положении.
Наверное, это — все, что можно рассказать о самой конструкции. Если что-то написано непонятно — готов ответить на вопросы.
Теперь пара слов о дальнейшей эксплуатации.
Конечно, лучше было бы взять не серую трубу, а рыжую — для наружных работ. Но, насколько я в курсе, рыжей трубы, диаметром меньше 110 мм просто не существует (?)
Ну, а серую трубу, чтобы она не слишком быстро пришла в негодность под воздействием солнечного света, нужно чем-то защитить.
От покраски я сразу отказался, т.к. на пластик любая обычная краска и ложится с трудом, и держится на нем плохо.
Была идея надеть на трубу кусок утеплителя для нее же. Но, подумал, что утеплитель на солнце тоже быстро превратится в труху…
В общем, для толстой трубы пока не придумал ничего лучше, чем просто обмотать ее серебристым скотчем. Как он будет вести себя — посмотрим через какое-то время.
Источник