متر سنج اولتراسوند مخزن: 5 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

آیا نیاز به نظارت بر سطح مایع در یک چاه با قطر بزرگ ، یک مخزن یا یک ظرف باز دارید؟ این راهنما به شما نشان می دهد که چگونه می توانید با استفاده از وسایل الکترونیکی ارزان قیمت دستگاه سنج سنج بدون تماس مایع سونار بسازید!

طرح بالا نمای کلی از اهداف ما در این پروژه را نشان می دهد. کلبه تابستانی ما دارای یک چاه با قطر بزرگ برای تامین آب آشامیدنی برای استفاده در خانه است. یک روز ، من و برادرم درباره اینکه پدر بزرگمان چگونه سطح آب را اندازه گیری می کرد تا بتواند میزان مصرف و هجوم آب را در طول تابستان پیگیری کند ، برای جلوگیری از اضافه برداشت. ما تصور می کردیم که با وسایل الکترونیکی مدرن باید بتوانیم سنت را احیا کنیم ، اما با کار دستی کمتر در این زمینه. با چند ترفند برنامه نویسی ، ما توانستیم از آردوینو با ماژول سونار برای اندازه گیری فاصله تا سطح آب (l) با قابلیت اطمینان معقول و دقت ± چند میلی متر استفاده کنیم. این بدان معناست که ما می توانیم حجم باقی مانده V را با استفاده از قطر شناخته شده D و عمق L با دقت حدود 1 لیتر تخمین بزنیم.

از آنجا که این چاه در فاصله 25 متری خانه واقع شده است و ما می خواستیم صفحه نمایش را در داخل خانه قرار دهیم ، ما از دو آردوینو با پیوند داده در بین آنها استفاده کردیم. اگر این مورد برای شما صادق نیست ، می توانید پروژه را به راحتی تغییر دهید تا فقط از یک آردوینو استفاده کند. چرا از انتقال داده بی سیم استفاده نمی کنید؟ تا حدی به دلیل سادگی و استحکام (احتمال اینکه سیم در اثر رطوبت آسیب ببیند) و تا حدی به این دلیل است که ما می خواهیم از استفاده از باتری در سمت سنسور خودداری کنیم. با استفاده از سیم ، می توانیم انتقال داده و قدرت را از طریق یک کابل مسیریابی کنیم.

1) ماژول آردوینو در خانه این ماژول اصلی آردوینو است. این سیگنال ماشه ای را به آردوینو در چاه ارسال می کند ، فاصله اندازه گیری شده را دریافت می کند و حجم باقی مانده آب محاسبه شده را روی صفحه نمایش می دهد.

2) ماژول آردوینو و سونار خوب هدف از این آردوینو دریافت سیگنال ماشه از خانه ، انجام اندازه گیری و ارسال فاصله از واحد سونار به سطح آب است. قطعات الکترونیکی در یک جعبه (نسبتاً هوای بسته) ساخته شده اند و یک لوله پلاستیکی به قسمت دریافت ماژول سونار متصل شده است. هدف لوله کاهش خطاهای اندازه گیری با کاهش میدان دید است به طوری که فقط سطح آب توسط گیرنده "دیده" می شود.

مرحله 1: قطعات ، آزمایش و برنامه نویسی

ما در این پروژه از قسمتهای زیر استفاده کردیم:

• 2 عدد آردوینو (یکی برای اندازه گیری سطح مایع ، یکی برای نمایش نتایج روی صفحه نمایش)
• منبع تغذیه پایه 12 ولت
• ماژول سونوگرافی (سونار) HC-SR04
• ماژول نمایش LED MAX7219
• کابل تلفن 25 متری (4 سیم: برق ، زمین و 2 سیگنال داده)
• جعبه نصب
• چسب گرم
• لحیم کاری

هزینه قطعات: حدود 70 یورو

برای اطمینان از اینکه همه چیز همانطور که باید کار می کرد ، ابتدا همه لحیم کاری ، سیم کشی و آزمایش نیمکت ساده را انجام دادیم. بسیاری از برنامه های نمونه برای سنسور اولتراسوند و ماژول LED به صورت آنلاین وجود دارد ، بنابراین ما فقط از آنها برای اطمینان از اینکه فاصله اندازه گیری شده منطقی است (تصویر 1) و اینکه ما قادر به بازتاب اولتراسونیک از سطح آب هستیم ، استفاده کردیم. سایت (تصویر 2). ما همچنین آزمایشات کاملی روی پیوند داده انجام دادیم تا از عملکرد آن در مسافت های طولانی مطمئن شویم ، که ثابت شد هیچ مشکلی ندارد.

زمان صرف شده در این مرحله را دست کم نگیرید ، زیرا بسیار مهم است که بدانید سیستم قبل از تلاش برای نصب همه چیز در جعبه ، کندن کابل و غیره کار می کند.

در حین آزمایش ، متوجه شدیم که ماژول سونار گاهی بازتاب صدا را از قسمتهای دیگر چاه مانند دیوارهای جانبی و لوله تامین آب و نه سطح آب می گیرد. این بدان معناست که فاصله اندازه گیری شده به طور ناگهانی بسیار کمتر از فاصله واقعی تا سطح آب است. از آنجا که ما نمی توانیم برای برطرف کردن این نوع خطای اندازه گیری به طور متوسط از میانگین گیری استفاده کنیم ، تصمیم گرفتیم فاصله های اندازه گیری شده جدیدی را که با برآورد فاصله فعلی بسیار متفاوت است کنار بگذاریم. این مشکل ساز نیست زیرا ما انتظار داریم که سطح آب به هر حال به آرامی تغییر کند. هنگام راه اندازی ، این ماژول یک سری اندازه گیری ها را انجام می دهد و بزرگترین مقدار دریافتی (یعنی پایین ترین سطح آب) را بعنوان محتمل ترین نقطه شروع انتخاب می کند. پس از آن ، علاوه بر تصمیم "نگه داشتن/دور انداختن" ، به روز رسانی جزئی سطح تخمین زده شده برای برطرف کردن خطاهای اندازه گیری تصادفی استفاده می شود. همچنین مهم است که اجازه دهیم همه پژواک ها قبل از انجام یک اندازه گیری جدید از بین بروند - حداقل در مورد ما که دیوارها از بتن ساخته شده اند و بنابراین بسیار پژواک دارند.

نسخه نهایی کدی که برای دو آردوینو استفاده کردیم را می توانید در اینجا پیدا کنید:

github.com/kelindqv/arduinoUltrasonicTank

مرحله 2: کارهای عمرانی

از آنجا که چاه ما در فاصله ای از خانه قرار داشت ، مجبور شدیم یک چاله کوچک در چمن ایجاد کنیم که کابل را در آن قرار دهیم.

مرحله 3: اتصال و نصب همه قطعات

همه چیز را همانطور که در حین آزمایش بود متصل کنید و امیدوار باشید که هنوز کار کند! به خاطر داشته باشید که بررسی کنید که پین TX در یک آردوینو به RX یکی دیگر برود و بالعکس. همانطور که در تصویر 1 نشان داده شده است ، ما از کابل تلفن برای تامین برق آردوینو در چاه ، برای جلوگیری از استفاده از باتری استفاده کردیم.

تصویر دوم و سوم ترتیب لوله های پلاستیکی را نشان می دهد ، با فرستنده خارج از لوله و گیرنده در داخل (بله ، این موقعیت عکسبرداری ناراحت کننده بود …)

مرحله 4: کالیبراسیون

پس از اطمینان از اینکه فاصله سنسور تا سطح آب به درستی محاسبه شده است ، کالیبراسیون فقط اندازه گیری قطر چاه و عمق کل بود تا بتوان حجم سیال را محاسبه کرد. ما همچنین پارامترهای الگوریتم (زمان بین اندازه گیری ها ، پارامترهای به روز رسانی جزئی ، تعداد اندازه گیری های اولیه) را برای اندازه گیری دقیق و دقیق تنظیم کردیم.

بنابراین سنسور چقدر سطح سیال را ردیابی کرده است؟

ما به راحتی می توانیم اثر آبکشی شیر برای چند دقیقه یا شستن توالت را مشاهده کنیم ، چیزی که ما می خواستیم. ما حتی می توانیم ببینیم که چاه با سرعتی نسبتاً قابل پیش بینی در طول شب پر می شود - همه اینها فقط با یک نگاه به صفحه نمایش. موفقیت!

توجه:- تبدیل زمان-فاصله در حال حاضر برای تغییر سرعت صدا به دلیل تغییرات دما اصلاح نمی شود. این می تواند یک افزودنی خوب در آینده باشد ، زیرا دمای چاه بسیار متفاوت است!

مرحله 5: استفاده طولانی مدت

به روز رسانی 1 ساله: سنسور بدون علامت خوردگی یا آسیب با وجود محیط مرطوب بی عیب و نقص کار می کند! تنها مسئله ای که در طول سال وجود دارد این است که در هوای سرد (در زمستان) چگالی روی سنسور جمع می شود ، که بدیهی است سنسور را مسدود می کند. این در مورد ما مسئله ای نیست زیرا ما فقط در تابستان به خواندن نیاز داریم ، اما سایر کاربران ممکن است مجبور به خلاقیت شوند!:) عایق یا تهویه احتمالاً راه حل های ممکن است. خوشحالم اختراع!