Датчик уровня жидкости своими руками. Как сделать датчик уровня жидкости своими руками: пошаговая инструкция — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как работает датчик уровня жидкости на герконах. Какие материалы понадобятся для изготовления. Пошаговая инструкция по сборке датчика своими руками. Схема подключения и принцип работы самодельного датчика уровня жидкости.

Содержание

Принцип работы датчика уровня жидкости на герконах

Датчик уровня жидкости на основе герконов работает по следующему принципу:

Герконы (герметичные контакты) размещаются на разной высоте емкости с жидкостью
К поплавку крепится магнит
При изменении уровня жидкости поплавок с магнитом перемещается вдоль герконов
Магнит замыкает контакты геркона, когда оказывается рядом с ним
Замыкание контактов геркона фиксируется электронной схемой
По сработавшим герконам определяется текущий уровень жидкости

Преимущества датчика на герконах:

Простота конструкции
Надежность и долговечность
Отсутствие прямого контакта с жидкостью
Возможность определения нескольких уровней

Материалы и компоненты для изготовления датчика уровня жидкости

Для сборки датчика уровня жидкости своими руками потребуются следующие материалы и компоненты:

Пластиковая или стеклянная трубка подходящего диаметра
Герконы (2-3 штуки)
Неодимовый магнит
Поплавок из пенопласта или пробки
Провода
Светодиоды для индикации (по количеству герконов)
Резисторы 220-330 Ом (по количеству светодиодов)
Источник питания 3-5В
Монтажная плата

Пошаговая инструкция по сборке датчика уровня жидкости

Процесс изготовления датчика уровня жидкости на герконах включает следующие шаги:

Разметьте и просверлите отверстия в трубке для крепления герконов на разных уровнях
Закрепите герконы в отверстиях с помощью клея или стяжек
Изготовьте поплавок и прикрепите к нему неодимовый магнит
Соберите электронную схему на монтажной плате, подключив герконы, светодиоды и резисторы

Подключите источник питания к схеме
Поместите поплавок с магнитом внутрь трубки
Проверьте работоспособность датчика, перемещая поплавок вдоль трубки

Схема подключения датчика уровня жидкости

Простейшая схема подключения датчика уровня жидкости на герконах выглядит следующим образом:

Один контакт каждого геркона подключается к «плюсу» источника питания
Второй контакт герконов соединяется с анодом соответствующего светодиода
Катод светодиода через резистор 220-330 Ом подключается к «минусу» питания

При срабатывании геркона замыкается цепь и загорается соответствующий светодиод, сигнализируя о достижении определенного уровня жидкости.

Области применения самодельного датчика уровня

Датчик уровня жидкости, изготовленный своими руками, может применяться в следующих областях:

Контроль уровня воды в емкостях и резервуарах

Системы автоматического полива растений
Защита насосов от сухого хода
Контроль заполнения и опорожнения баков
Сигнализация переполнения емкостей
Управление насосами и клапанами в зависимости от уровня

Преимущества самодельного датчика уровня жидкости

Изготовление датчика уровня жидкости своими руками имеет ряд преимуществ:

Низкая стоимость по сравнению с готовыми решениями
Возможность адаптации под конкретную задачу
Понимание принципа работы устройства
Развитие навыков в электронике
Удовлетворение от создания работающего устройства своими руками

Возможные модификации самодельного датчика

Базовую конструкцию самодельного датчика уровня жидкости можно модифицировать и улучшить следующими способами:

Увеличение количества герконов для более точного определения уровня
Подключение к микроконтроллеру для цифровой обработки сигналов
Добавление звуковой сигнализации при достижении критических уровней

Интеграция с системами «умного дома»
Передача данных об уровне по беспроводным каналам связи

Датчик уровня жидкости своими руками » Полезные самоделки ✔тысячи самоделок для всей семьи

Делаем простой датчик уровня жидкости из подручных материалов.

Датчик может быть полезен в качестве индикатора уровня воды или других жидкостей, а также для автоматизации в домашнем хозяйстве (например, для управления насосом, и других исполнительных устройств).

Данное устройство было разработано для септика загородного дома, в качестве индикатора, для слежения за уровнем наполнения канализации. Задача была создать надежный датчик, который должен работать в условиях влаги и в разных температурных режимах. В начале, думал применить принцип поплавка в цилиндре, взяв за основу емкость из под силикона (как видно на рисунке возможных вариантов исполнения датчика уровня жидкости). Но, сама жизнь, направляет и подсказывает нужные пути, нужно только уметь осознавать это! Исходя из того, что в моем септике уже имелся вывод канализационных труб на 110мм и на 50мм, решение пришло само по себе. Таким образом, появилась возможность закрепить устройство на 50мм-й трубе, исключив другие варианты крепления. Все материалы должны быть из пластмассы, алюминия, бронзы, нержавейки, и так далее – устойчивыми к среде, к которой вы их собирайтесь применить!

Принцип работы

Принцип работы датчика уровня жидкости основан на магните и герконах. Перемещением магнита вдоль двух герконов, происходит срабатывание датчиков и соответственно свечение светодиодов определенным цветом, указывая о мере заполнения резервуара жидкостью. Я пытался максимально упростить схему изделия, и добился использования всего двух герконов. Также, было важно применить как можно меньше деталей для надежной, долгосрочной эксплуатации.

Схема датчика уровня жидкости

Принцип работы датчика уровня жидкости

Возможные варианты исполнения датчика уровня жидкости

По схемам видно, что в нижнем положении поплавка, когда горит зеленый светодиод HL1, задействован 2-йгеркон. То есть уровень жидкости находится ниже поплавка, который ограничен стопором и соответственно магнит замыкает контакты геркона. По мере поднятия уровня жидкости (заполнения резервуара), происходит перемещение магнита и переключение 2-го геркона, который подключает желтый светодиод HL2 и выключает HL1. При достижении критического уровня, магнит задействует 1-й геркон, загорится красный светодиод HL3, а желтый погаснет, оповещая вас о заполнении резервуара. При какой-либо неисправности с поплавком или магнитом, должен будет гореть желтый светодиод (например, опрокидывание поплавка или смешением магнита, поломки стопора, и т.д.). Добавив реле в схему, можно будет применить его в качестве исполнительного устройства для подключения более мощных нагрузок. Также, можно подключить ко 2-у геркону зуммер, для звукового оповещения или мобильный телефон и так далее.

Питание девайса от любого источника 3-12В. Например от телефонной зарядки с импульсным блоком питания на 5 вольт или двух батареек по 1,5В, также подойдет более компактная на 3В. При этом, надо будет снизить сопротивление резистора R1. Кнопка или выключатель подберите поменьше, хотя можно обойтись и без него, держа индикатор включенным постоянно. Монтаж навесной, в доме, например в электрощите. Заранее проведите проводку (она у меня была уже наготове). Таким образом, можно обойтись очень простой схемотехникой, без микроконтроллеров и т.п. Ведь чем проще – тем надежнее!

Материалы и инструменты

Итак, нам понадобится следующие материалы:

муфта соединительная для канализационных труб ПП d=50mm х2шт.
заглушка канализационная d=50mm х2шт.
хомут пластиковый (браслет) х1шт.
профили пластмассовые U-образные (из мебельной фурнитуры).
термоусадочный кембрик d=30-40mm, d=3-10mm.
пластмассовая или текстолитовая пластина =4-6mm.
заклепки алюминиевые х10шт.
магнит неодиновый (от жесткого диска компьютера) х1шт.
герконы 3-хконтактные х2шт.
кнопка или выключатель низковольтный х1шт.
резистор 680-1,5к. х1шт.
светодиоды х3шт.
провода низковольтные (например для охранной сигнализации, 5-и жильный).
штекер на 4 ножки (например от диммера для RGB LED).
термоклей или силикон.
питание 12В или батарейка на 3В (от компьютера).

Из инструмента:

дрель
фен строительный
термопистолет
паяльник
также другой подручный инструмент, который найдется у любого мастера.

Изготовление

Сперва надо найти все нужные материалы и запастись терпением. У меня работа заняла дня три, включительно разработка и эксперименты. Схему устройства советую сперва испытать, а потом уже собирать. Будьте внимательны при работе с герконами, очень легко разбить стеклянный корпус при сгибании ножек. Используя пластиковый хомут, закрепите герконы термоклеем. Расстояние для них, подберите экспериментально, оно должно обеспечить срабатывание герконов при прохождении магнита. За герметизируйте соединение термоусадкой и термоклеем или силиконом. Готовый браслет одевается на муфту и позволяет регулировку наилучшего положения срабатывания. Также, его легко заменить при неисправности отсоединением штекера. Штекер найдите влагоустойчивый, на четыре или более ножек. Если штекер подвержен воздействию влаги, закройте его термоусадкой или засиликоньте. Можно обойтись и без него, припаяв провода напрямую.

Исходя от длины держателя поплавка, зависит ход срабатывания устройства. В моем случае, длина составляет примерно 40см. Профиль поплавка надо нагреть строительным феном и уложить на муфту (это делается быстро), в последствии склеить и соединить заклепками. Получившейся хомут, должен обеспечить легкое вращение относительно муфты с герконами. Сам поплавок, установив заглушки, просто крепится к профилю заклепками. То, что конструкция поплавка имеет определенную гибкость, предотвратит, в дальнейшем его поломку. Также крепится к конструкции неодиновый магнит, так чтобы он находился на расстоянии срабатывания герконов. Просверлив отверстия в муфте, установите стопор поплавка, он нужен для правильного положения срабатывания при работе аппарата.

Остается лишь одеть собранную конструкцию на трубу и соединить штекер и светодиодный индикатор. Для надежности, можно просверлить сквозное отверстие через муфту и канализационную трубу, засунув в него стопорный, бронзовый шуруп или гвоздик. Данное устройство может быть закреплено и другими способами, например, установив одну заглушку на рабочею муфту и закрепив ее к поверхности резервуара (скажем, для летнего душа).

Ну, вот и все. Надеюсь, оказался Вам полезен. Желаю Вам креативности и упорства в домашних самоделках! «Полезные самоделки».

Florin Matiencu

Как сделать датчик уровня воды Геркон своими руками — схема и видео

Мастер Отлада Водоснабжение 06 февраля 2019, 12:32

Контролировать уровень воды необходимо в разных областях производства и быта. Изменения уровня заполнения технологических емкостей, наполнения и откачки приемных резервуаров промышленных и бытовых сточных вод, автоматическая промывка фильтров и многие других процессы контролируются автоматикой уровня. Принцип работы автоматики простой: датчик уровня воды, расположенный на заданной высоте резервуара срабатывает и подает сигнал оповещения или изменение режима. Рассмотрим подробно, как сделать датчик уровня воды своими руками. Предварительно коротко расскажем о принципе работы датчика уровня Геркон.

0 Обсудить

Содержание

Что такое датчик уровня воды «Геркон»
Как собрать датчик уровня воды
1. Вариант 1
2. Вариант 2
Материалы для изготовления датчика уровня воды
Схема датчика уровня воды
Сборка датчика уровня воды

Что такое датчик уровня воды «Геркон»

Геркон («герметичный контакт») представляет собой электронное устройство в виде вытянутой стеклянной колбочки с откачанным воздухом, в которой находятся два металлических ферромагнитных контакта. Контакты в обычном состоянии разомкнуты. Они замыкаются и замыкают цепь тогда, когда попадают в магнитное поле.

К преимуществам герконов отнесем:

надежность, которая в 100 раз больше, чем у обычных открытых контактов;
быстродействие;
срок службы, достигающий 5 млрд. срабатываний, намного превышает обычные контакты.

Недостатки:

малая коммутируемая мощность;
малое число контактных групп в одном баллоне;

хрупкость стеклянного баллона;
чувствительность к внешним полям.

Преимущества Герконов намного превосходят его недостатки.

Прин

Как собрать датчик уровня воды

Вариант 1

Для сборки датчика уровня воды понадобится:

два одноразовых шприца 10 мл и 2 мл;
прозрачная гелевая ручка;
неодимовый магнит небольшого размера;
герконы — 2 шт.

Два Геркона необходимо для отслеживания повышения и понижения уровня воды. Если нужно контролировать либо повышение, либо понижение уровня, то достаточно одного Геркона. Если несколько Герконов установить последовательно, то можно отслеживать ступенчатое изменение уровня воды.

Подробную сборку и испытания датчика в работе можно посмотреть на видео в конце страницы.

Вариант 2

Еще один пример самостоятельного изготовления датчика уровня воды. Датчик был установлен на пластиковой трубе канализационного септика частного загородного дома. Назначение датчика — контроль заполнения резервуара септика сточной водой.

Работа датчика основана на перемещении магнита по оси, на которой закреплены два Геркона. При замыкании контактов Геркона включается световой сигнал определенного цвета, сигнализирующий о степени заполнения септика.

Когда поплавок находится в нижнем положении, горит светодиод зеленого цвета HL1 и работает второй Геркон. Уровень жидкости находятся ниже поплавка, ограниченного стопором, и контакты Геркона замкнуты магнитом. По мере заполнения септика и поднятия уровня сточной воды магнит перемещается и включает желтый светодиод HL2, отключив HL1.

При максимальном уровне жидкости включается светодиод красного цвета HL3, а желтый отключится. Если поплавок или магнит несправны (поломка стопора, смещение магнита, опрокидывание поплавка), то гореть должен будет желтый светодиод. Если в схеме использовать реле, то можно применять его, как исполнительное устройство для более мощных нагрузок. Ко второму Геркону также можно подключить зуммер или сотовый телефон и т.д.

Материалы для изготовления датчика уровня воды

муфта соединительная д. 50 мм, 2 шт.;
заглушка д. 50 мм, 2 шт.;
хомуты пластиковые, 2 шт.;
профили пластиковые мебельные;
кембрик термоусадочный д.30-40 мм;
пластмассовая пластина т. 4-6 мм;
заклепки 10 шт.;
магнит неодимовый 1 шт.;
герконы 3 контакта, 2 шт.;
кнопка (выключатель) низковольтный 1 шт.;
резистор 680-1,5к. 1 шт.;
светодиоды, 3 шт.;
провода низковольтные 5-и жильные;
штекер 4 ножки;
термоклей, силикон;
питание 12В, батарейка на 3В.

Из инструментов понадобятся:

электродрель;
термопистолет;
строительный фен;
паяльник;
отвертки, пассатижи и т.д.

Схема датчика уровня воды

Схему датчика уровня воды для изготовления своими руками следует выбирать в зависимости от технологических задач, которые предстоит решать датчику, и условий, в которых он будет работать. Вариантами схем может быть светодиодная индикация, управление насосным оборудованием в автоматическом и ручном режиме, звуковая сигнализация и т.д. Любые варианты схем можно легко найти на интернет сайтах соответствующей тематики.

Сборка датчика уровня воды

На пластиковый хомут закрепите Герконы термоклеем, предварительно определив необходимое расстояние экспериментально. Соединение обработайте силиконом;
Готовый браслет оденьте на муфту. Длина держателя поплавка определяет ход срабатывания устройства;
Поплавок нужно нагреть феном и быстро положить на муфту, затем склеить и соединить заклепками. Хомут должен легко вращаться вокруг муфты с герконами;
Установите заглушки на поплавок и прикрепите его к профилю заклепками;
Также крепится неодимовый магнит, который должен находиться на расстоянии срабатывания Герконов;
Просверлите в муфте отверстие и установите стопор поплавка;
Собранную конструкцию оденьте на трубу и соедините штекер и светодиодный индикатор.

Прилагаю фотографий сборки:

Датчики

Создайте датчик уровня воды с ультразвуковым датчиком и домашним помощником

Хотя существует несколько индикаторов уровня воды и устройств для контроля уровня в верхнем резервуаре для воды, эти устройства часто имеют высокую цену и ограниченную функциональность. Кроме того, для их работы требуется погружение электродов или переключателя в воду; это может загрязнить воду и вызвать коррозию со временем.

Но что, если бы вы могли создать беспроводной и бесконтактный датчик уровня воды на основе Wi-Fi, который сообщает об остатке воды в вашем аквариуме прямо на вашем смартфоне? В этом руководстве мы создадим такой индикатор уровня воды, используя плату NodeMCU и ультразвуковой датчик, который находится в верхней части крышки резервуара для воды и передает данные на ваш смартфон через Home Assistant.

Как это работает?

Ультразвуковой датчик уровня воды работает, отправляя звуковые волны определенной частоты (также известные как ультразвуковые волны) и получая отраженную волну от целевого объекта. Датчик рассчитывает и сообщает расстояние между датчиком и объектом на основе времени, которое требуется звуковой или ультразвуковой волне для прохождения и отражения.

По умолчанию ультразвуковой датчик сообщает значение расстояния в сантиметрах (см). Наряду с глубиной резервуара это значение, сообщаемое ультразвуковым датчиком, можно использовать для определения оставшейся воды в резервуаре путем расчета расстояния между уровнем воды в резервуаре и ультразвуковым датчиком.

вещей, которые вам понадобятся

Чтобы построить этот интеллектуальный датчик уровня воды, вам потребуется следующее:

Микроконтроллер на базе ESP8266, такой как NodeMCU, D1 Mini, ESP01 и т. д.
Ультразвуковой датчик SR04
Перемычки

предотвратить повреждение датчика из-за влаги.

шагов по созданию умного датчика уровня воды

Вы можете выполнить следующие шаги, чтобы создать интеллектуальный бесконтактный ультразвуковой датчик уровня воды на основе Wi-Fi, чтобы контролировать потребление воды и избавить себя от необходимости подниматься по лестнице или в резервуар для воды, чтобы проверять его вручную. Вы также можете использовать этот датчик для контроля уровня соли в баке.

Шаг 1. Установите и настройте Home Assistant

Home Assistant (HA) предпочтителен, но не обязателен для создания интеллектуального датчика или контроллера уровня воды на основе Wi-Fi. Однако, если вы хотите получать уведомления, отслеживать ежедневное/еженедельное/ежемесячное потребление или добавлять автоматизацию в зависимости от уровня бака, вы должны настроить Home Assistant.

Вы можете следовать нашему предыдущему руководству, чтобы установить Home Assistant на Raspberry Pi или старый ноутбук. Если вы не хотите устанавливать или настраивать Home Assistant, вы можете прошить прошивку Tasmota и использовать ее для проверки уровня воды. Хотя он не такой интуитивно понятный, как Home Assistant, он выполняет свою работу и сообщает исходное значение через веб-страницу.

Шаг 2: Измерьте глубину резервуара

Вам необходимо измерить глубину бака. Вы можете сделать это, измерив высоту резервуара снаружи или внутри с помощью рулетки.

После измерения измерьте расстояние между крышкой резервуара, где будет установлен ультразвуковой датчик, и краем резервуара для воды. Это расстояние, которое нужно вычесть из общей глубины.

Например, если высота резервуара составляет 120 см, а расстояние между датчиком на крышке и краем воды составляет 10 см, то глубина равна 120 — 10 = 110см .

Шаг 2. Скомпилируйте прошивку

Чтобы скомпилировать прошивку, откройте Home Assistant и установите надстройку ESPHome, если вы еще этого не сделали. Затем выполните следующие действия:

Нажмите кнопку +Новое устройство и затем нажмите Продолжить .
Введите имя файла прошивки, например датчик уровня воды , и нажмите Далее .
Выберите имеющийся у вас MCU, например NodeMCU, ESP32 или D1 Mini, и нажмите Далее . Затем нажмите Пропустить.

Теперь найдите проект датчика уровня воды и нажмите Редактировать. Откроется файл waterlevelsensor.yaml . В файл скопируйте и вставьте этот код YAML . В коде отредактируйте следующее:

Введите SSID и пароль Wi-Fi.
Отредактируйте значения в формулах под фильтрами с расстоянием между датчиком и водяным краем и полной высотой бака.
Нажмите Сохранить.
Подключите NodeMCU, ESP32 или D1 mini к компьютеру с помощью кабеля micro USB и нажмите Install.
Выберите вариант Подключить к этому компьютеру . Это запустит компиляцию кода YAML и создаст файл прошивки (waterlevelsensor.bin). Это может занять некоторое время.
После компиляции микропрограммы нажмите Download Project , чтобы загрузить файл waterlevelsensor.bin .

Шаг 3. Прошивка прошивки на NodeMCU

Чтобы прошить прошивку waterlevelsensor.bin, вы можете загрузить инструмент ESPHome-Flasher или использовать веб-сайт ESPHome. Шаги следующие:

После загрузки прошивки нажмите Открыть ESPHome Web.

Нажмите Connect , а затем выберите последовательный COM-порт USB, к которому подключен ваш NodeMCU, D1 Mini или ESP32.

Нажмите Установить. Нажмите Выберите файл , перейдите к файлу прошивки waterlevelsensor.bin и нажмите Install . После прошивки отсоедините USB-кабель.

Шаг 4. Подключите ультразвуковой датчик к NodeMCU

См. приведенную ниже схему для подключения ультразвукового датчика SR04 к плате MCU.

NodeMCU/ESP32/D1 Mini	Ультразвуковой датчик SR04
2 3	2	0002 3V3	Vcc
D5	Trig
D6	Echo
GND	GND

Если вы используете водонепроницаемый ультразвуковой модуль JSN SR04 M-2, подключите контакты, как показано на схеме.

NodeMCU/ESP32/D1 Mini	JSN-SR04 Ultrasonic Sensor
Vin	5V
D5	Trig
D6	Echo
Земля	Земля

После подключения ультразвукового датчика к MCU повторно подключите кабель USB. Устройство автоматически подключится к сети Wi-Fi на основе данных, введенных вами в коде, и будет отображаться как 9.0043 Онлайн в ESPHome Dashboard .

Щелкните Журналы под датчиком уровня воды . Отобразятся журналы и данные, полученные датчиком.

Если в журналах отображается информация, как показано на снимке экрана, вы можете продолжить и настроить датчик в Home Assistant.

Если вы видите «Время ожидания измерения расстояния истекло», сделайте следующее:

Убедитесь, что контакты ультразвукового датчика правильно подключены к MCU.
Модуль JSN SR04 M-2 может иметь размеры 20–400 см. Итак, держите объект на расстоянии не менее 20 см. Вам также необходимо внести соответствующие изменения в код.
Используемый нами ультразвуковой датчик может не измерять расстояние более 400 см. Если ваш аквариум глубже 400 см (необычно), это может вам не подойти.

Шаг 5.

Добавьте интеллектуальный датчик уровня воды в Home Assistant

Чтобы добавить ультразвуковой датчик уровня воды в Home Assistant для мониторинга, выполните следующие действия:

В Home Assistant выберите Конфигурация > Устройства и службы .
Датчик уровня воды должен автоматически обнаруживаться и отображаться в списке. Если нет, нажмите Добавить интеграцию .
Найдите и выберите ESPHome .
Введите IP-адрес датчика уровня воды . Вы можете найти это в журналах или на своем маршрутизаторе Wi-Fi. После ввода IP-адреса нажмите Submit .
Выберите область и нажмите Готово .
C Датчик будет указан в списке ESPHome. Нажмите датчик уровня воды и выберите объект.
Нажмите Добавить в Lovelace .
Выберите комнату и нажмите Далее .
Это добавит датчик уровня воды на приборную панель.

Вы можете дополнительно настроить карту по умолчанию, добавив в редактор кода следующее:

 тип: датчик 
 название: датчик уровня воды 
 блок: '%' 
 объект: sensor.waterlevelsensor 
    зеленый: 0 
    желтый: 45 
    красный: 85

Шаг 6: Установите датчик на крышку резервуара для воды

Теперь вы можете установить датчик в резервуар для воды. Для проекта мы использовали датчик SR04, который не является водонепроницаемым. Чтобы сделать его водонепроницаемым, мы использовали прозрачный корпус и достаточное количество лака для ногтей, чтобы изолировать электрические компоненты на плате.

Мы просверлили два крошечных отверстия и использовали металлическую проволоку, чтобы прикрепить модуль SR04 к крышке. Еще одно большее отверстие было сделано для проводов, подключенных к ультразвуковому датчику. Мы использовали длинный 4-жильный провод для сопряжения ультразвукового датчика с NodeMCU, так как резервуар находится на крыше и температура здесь может достигать 40-45°C.

Вы можете хранить оба в одном корпусе и подавать питание на NodeMCU. Кроме того, обеспечьте хороший уровень сигнала Wi-Fi при установке NodeMCU или датчика. Прочтите наше руководство о том, как усилить сигнал Wi-Fi, чтобы расширить радиус действия Wi-Fi.

Управление водяным насосом, чтобы бак был полным

Интегрировав интеллектуальный датчик уровня воды с Home Assistant, вы можете добавить автоматизацию, чтобы получать оповещения на свой смартфон или через Alexa/Google Assistant, когда уровень в баке низкий или полный. Точно так же вы можете добавить автоматизацию для включения водяного насоса для заполнения резервуара, когда он заканчивается, и автоматического отключения, когда уровень резервуара достигает определенного уровня, например 9.0-100%.

Кроме того, к интеллектуальному датчику уровня воды можно добавить водонепроницаемый датчик температуры, например DS18B20, для проверки и контроля температуры воды в резервуаре.

Датчик уровня воды своими руками

Несколько месяцев назад у меня был разговор с коллегой о необходимости датчика уровня воды для его дома. Мой коллега живет в отдельном доме и имеет резервуар для воды на террасе. Вода подается в верхний бак из водосборника на уровне земли с помощью электродвигателя. Как только будет накачано достаточное количество воды, двигатель необходимо выключить вручную. Для этого требуется, чтобы человек периодически проверял уровень воды в верхнем резервуаре и отстойнике, включал двигатель, когда уровень воды в верхнем резервуаре падает, и выключал двигатель после заполнения резервуара. Этот процесс может быть проблематичным в сезон дождей. Мы обсуждали возможность подключения интеллектуального датчика к программируемому переключателю, который может включать/выключать двигатель. Эта идея может быть расширена для пополнения отстойника, если мы также добавим датчики уровня воды в отстойник. Я решил попробовать и посмотреть, смогу ли я найти решение.

Готовые решения

Определение уровня воды (или определение уровня жидкости) не является новой проблемой, и на рынке имеется ряд готовых коммерческих продуктов. Я просмотрел несколько продуктов, доступных на Amazon, которые определяют уровень воды и отключают двигатель/насос (существуют разные варианты, которые работают с однофазными и трехфазными двигателями). В большинстве этих продуктов используются зонды из углеродистой/стальной стали. Эти датчики прикреплены на разных уровнях в резервуаре для воды, и электричество проходит в один из них, а уровень напряжения считывается с других (вода проводит электричество, а датчики в воде обеспечивают ненулевое считывание напряжения).

В этой примерной конфигурации электричество подается в воду через датчик P1, а напряжение измеряется на датчиках P2, P3 и P4. Поскольку P2 и P3 погружены в воду, мы должны получить ненулевое значение напряжения на P2 и P3 и нулевое напряжение на P4. Если P4 подвешен близко к верхней части резервуара, двигатель можно отключить, как только на P4 будет обнаружено ненулевое напряжение.

Все коммерческие продукты, доступные на Amazon, используют аналогичный подход к определению уровня воды. Однако эта установка требует прокладки электрических проводов от контроллера, расположенного на первом этаже, к датчикам, висящим в резервуаре для воды на террасе. Это может быть не идеально в зависимости от дома/квартиры. Мы решили создать решение, не требующее проводов между датчиками и контроллером. Во-вторых, контроллер не программируемый и выполняет только одну задачу — выключение двигателя. Более элегантное решение, предоставляющее программный интерфейс, позволит конечному пользователю создавать различные решения по своему выбору.

Первоначальный прототип

Я решил создать решение на основе микроконтроллера, которое определяет уровень воды и передает его в облачную базу данных. Затем данные в облаке можно использовать для управления программируемым переключателем для включения/выключения двигателя. У моего коллеги было подключение к Wi-Fi на верхнем этаже, а мощность сигнала Wi-Fi на террасе была на приемлемом уровне. В качестве первого шага я построил прототип, чтобы проверить эту идею с помощью Arduino Nano. Идея состоит в том, чтобы подключить два щупа к двум цифровым контактам Arduino, один из которых установлен в режим вывода, а другой — в режим ввода. Выходной контакт будет посылать напряжение постоянного тока 5 В в датчик и воду, а входной контакт будет считывать напряжение и возвращать логический уровень ВЫСОКИЙ (1), если напряжение выше (2,6 В) порогового значения.

Токоограничивающий резистор (R1 — 440 Ом) соединен последовательно с выходным контактом D7 и датчиком P1 для ограничения общего тока до ~11 миллиампер (или ниже). Второй резистор (R2 — 22 000 Ом) действует как подтягивающий резистор и предотвращает плавание входного контакта D4. (Высокое сопротивление между GND и D4 заземляет остаточное напряжение без заземления сигнала от P2)

Плата Arduino Nano была запрограммирована на зажигание зеленого встроенного светодиода, когда на выводе D4 считывается логический уровень HIGH (1), и отображение красного светодиода, когда вывод D4 считывает логический уровень НИЗКИЙ (0). Когда зонд P2 бросили в кружку с водой, загорелся зеленый светодиод, подтверждающий правильность конструкции.

Прототип Mk1

После проверки конструкции с помощью платы Arduino следующим шагом было использование платы с поддержкой Wi-Fi и отправка уровней воды в облачную базу данных. Я выбираю плату микроконтроллера Node MCU на базе ESP8266. Это недорогая плата с поддержкой Wi-Fi.

Цифровой контакт D1 установлен в режим вывода, а контакты D2, D5, D6, D7, D8 установлены в режим ввода. В этой конфигурации мы можем считывать уровень воды в резервуаре на 5 уровнях, подвешивая датчики P2, P4, P5, P6, P7 на разной высоте (например, если датчики размещены на высоте 1, 2, 3, 4, 5 метров в Резервуар высотой 5 метров, и контакты D2, D5, D6 считывают логический уровень 1, а D7, D8 считывают логический уровень 0, тогда мы знаем, что резервуар заполнен на 60%. резистор ограничения тока (R1) был использован на 330 Ом вместо 440 Ом, используемых с платой Arduino Nano.Поскольку мы используем 5 цифровых контактов в режиме ввода, эта схема требует 5 подтягивающих резисторов.

Я создал лямбда-функцию AWS, которая записывает уровень воды, полученный по вызову HTTP API, в таблицу DynamoDB. Одностраничное приложение, созданное с помощью Google Charts, помогает пользователям визуализировать уровень воды

Оценка конечного пользователя

Мой коллега построил прототип с дизайном Mk1 и протестировал его у себя дома (в Тривандраме, штат Керала). Во время тестирования на цифровых входных контактах всегда считывался логический уровень НИЗКИЙ (0), даже когда датчики были погружены в воду. Сначала это немного сбивало с толку, но после того, как он исключил такие возможности, как проблемы с пайкой и т. д., он смог добраться до основной причины проблемы. Добавление соли в воду решило проблему. Чистая вода является плохим проводником электричества, а примеси в воде улучшают проводимость. Вода в Тривандраме содержала меньше примесей и, следовательно, имела более высокое сопротивление. Это приводило к падению напряжения ниже порогового значения ВЫСОКОГО логического уровня для цифрового вывода, и он всегда отображал логический уровень НИЗКИЙ (0). Как только соль добавлялась в воду, проводимость увеличивалась (а сопротивление уменьшалось), а падение напряжения было незначительным. Это означало, что дизайн Mk1 не подходит для использования в определенных частях мира, и нам пришлось вернуться к новому дизайну.

Дизайн на основе АЦП

Узел MCU (и ESP8266) имеет встроенный 10-разрядный аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Этот АЦП может преобразовывать входное напряжение в целое число от 0 до 1023. Если входной щуп подключен к выводу A0, мы получим напряжение в виде целого числа от 0 до 1023. В отличие от цифрового считывания вывода, которое дает высокий уровень входа или НИЗКИЙ в зависимости от порога, аналоговый вывод обеспечивает масштабированное значение. Это означает, что мы можем использовать порог по своему выбору (на основе чистоты воды в районе), и система все равно будет работать. Однако плата Node MCU имеет один аналоговый контакт, и это ограничивает количество входных датчиков и обнаруженных уровней воды до одного.

На данный момент у нас было два варианта. Мы могли бы использовать микроконтроллер, такой как Atmega 328p (используемый на плате Arduino), который имеет многоканальный АЦП (и, следовательно, несколько аналоговых контактов), или использовать мультиплексор/демультиплексор с платой Node MCU. Atmega 328p или аналогичные микроконтроллеры не имеют встроенного WiFi, поэтому мы решили придерживаться Node MCU и добавить мультиплексор/демультиплексор. Я выбрал 16-канальный мультиплексор CD74HC4067 (из-за его относительно низкой стоимости и достаточно хорошей скорости переключения).

Прототип Mk2

Мультиплексор CD74HC4067 имеет 4 вывода данных (S0, S1, S2, S3), которые могут быть установлены на ВЫСОКИЙ или НИЗКИЙ уровень, а комбинация значений ВЫСОКИЙ/НИЗКИЙ определяет рабочий канал (от C0 до C15). . Это означает, что входные датчики могут быть подключены к каналам мультиплексора, и MCU узла может считывать их один за другим, изменяя состояние мультиплексора (представьте, что три ответвителя подключены к одному и тому же каналу, и мы можем выбрать одна труба, которая открыта в любое время)

Я протестировал этот прототип с расфасованной питьевой водой и получил ожидаемые результаты. Считывание аналогового вывода дало значения от 265 до 300, что указывает на входное напряжение пробника ~ 1 В. Это было бы слишком низко для цифрового вывода, чтобы дать логический уровень HIGH, и это объясняет неудачу старой конструкции в Trivandrum. Впоследствии прототип Mk2 был испытан в Тривандраме и смог определить уровень воды без необходимости смешивания соли.

Следующим шагом будет получение пластикового корпуса для защиты доски от дождя при установке на террасе. Дополнительные программные изменения в функции AWS Lambda для принятия решений (включение/выключение двигателя) и передачи команд включения/выключения на переключатель, управляющий двигателем. Это можно сделать через собственный сервер MQTT или с помощью облачного сервиса, такого как ядро AWS IoT.

Альтернативные конструкции датчиков уровня воды

Я рассматривал альтернативные методики определения уровня воды, но они имели практические недостатки, поэтому мне пришлось использовать угольный зонд с определением напряжения. Некоторые из альтернатив, которые были рассмотрены и отброшены:

Установите ультразвуковой передатчик/приемник звука в верхней части резервуара для воды и рассчитайте глубину воды как функцию временной задержки между передачей звука и приемом звука. Проблема с этим подходом заключается в ограниченном диапазоне датчика (4 метра) и шумоподавлении, которое может потребоваться из-за ряби воды во время заполнения резервуара в
Используйте датчик уровня воды от стиральной машины с вертикальной загрузкой. Эти датчики обычно определяют вес воды, и их можно откалибровать и сопоставить с уровнем воды. Тем не менее, это требует относительно сложной настройки датчика в резервуаре и может потребовать калибровки методом проб и ошибок, поскольку спецификации для компонентов такого типа недоступны.

Путь вперед

их тестируют двое коллег в своих домах. Эта конструкция работает на предпосылке, что сигнал домашнего Wi-Fi доступен на террасе рядом с резервуаром для воды, а источник питания доступен для питания платы Node MCU.