Как сделать контроль уровня воды
Система контроля уровня воды
В этой статье мастер-самодельщик расскажет нам, как сделать систему мониторинга и управления уровнем воды в емкости. Это простая и надежная система.
Её ключевые особенности следующие:
Мониторинг уровня воды в реальном времени.
Автоматическое включение / выключение насоса.
Аварийное выключение насоса.
Для монтажа датчиков нужно выполнить следующие действия:
Поместите ультразвуковой датчик в перевернутом положении на переднюю сторону крышки рядом с верхней частью и отметьте два отверстия для ультразвукового передатчика и приемника.
Прорежьте отверстия и горячим клеем закрепите датчик на месте.
Блок датчиков использует ATTINY45 в качестве основного микроконтроллера. Как упоминалось ранее, для измерения уровня воды используется HC-SR04. Он работает путем измерения расстояния от верхней части бака.
Так же контроль ведется с помощью двух болтов в цепи, которых установлен транзистор. Микроконтроллер считывает данные с обоих этих датчиков и отправляет данные на Arduino, установленное в блоке контроллера.
Шаг второй: контроллер
Работа контроллера проста. Arduino используется в качестве основного контроллера. Он получает данные датчика, отправленные с платы передатчика через модуль max485. Он имеет 1602 ЖК-дисплея, который отображает текущий уровень воды и работу насоса. Он использует реле 12 В в качестве переключателя для включения релейного контактора. Он имеет два переключателя, один для подсветки ЖК-дисплея и еще один для аварийного включения / выключения насоса.
Ссылка на принципиальную схему и конструкции печатной платы для передатчика и приемника находится здесь.
Шаг третий: программное обеспечение и программирование
Теперь нужно запрограммировать контроллеры на обеих устройствах.
Выбираем датчик уровня воды в резервуаре и емкости
Для автоматизации многих производственных процессов необходимо контролировать уровень воды в резервуаре, измерение проводится при помощи специального датчика, подающего сигнал, когда технологическая среда достигнет определенного уровня. Без уровнемеров невозможно обойтись и в быту, яркий пример этому – запорная арматура бачка унитаза или автоматика для отключения насоса скважины. Давайте рассмотрим различные виды датчиков уровня, их конструкцию и принцип работы. Эта информация будет полезной при выборе устройства под определенную задачу или изготовлении датчика своими руками.
Различные виды датчиков уровня
Конструкция и принцип действия
Конструктивное исполнение измерительных устройств данного типа определяется следующими параметрами:
Помимо этого, особенности конструкции определяет характер технологической среды. Одно дело — измерять высоту питьевой воды в баке, другое — проверять наполнение резервуаров для промышленных стоков. В последнем случае необходима соответствующая защита.
Виды датчиков уровня
В зависимости от принципа действия, сигнализаторы принято делить на следующие виды:
Поскольку эти типы наиболее распространены, рассмотрим каждый из них в отдельности.
Поплавковый
Это наиболее простой, но, тем не менее, действенный и надежный способ измерения жидкости в баке или другой емкости. С примером реализации можно ознакомиться на рисунке 2.
Рис. 2. Поплавковый датчик для управления насосом
Конструкция состоит из поплавка с магнитом и двух герконов, установленных в контрольных точках. Кратко опишем принцип действия:
Такой герконовый сигнализатор сделать самостоятельно довольно просто, а его настройка сводится к установке уровней включения-выключения.
Заметим, что если правильно выбрать материал для поплавка, датчик уровня воды будет работать, даже при наличии слоя пены в резервуаре.
Ультразвуковой
Этот тип измерителей может использоваться как для жидкой, так и сухой среды, при этом у него может быть аналоговый или дискретный выход. То есть, датчик может ограничивать заполнение по достижению определенной точки или отслеживать его постоянно. Устройство включает в себя ультразвуковой излучатель, приемник и контроллер обработки сигнала. Принцип работы сигнализатора продемонстрирован на рисунке 3.
Рис. 3. Принцип работы ультразвукового датчика уровня
Работает система следующим образом:
Ультразвуковой сигнализатор бесконтактный и беспроводной, поэтому он может использоваться даже в агрессивных и взрывоопасных средах. После первичной настройки, такой датчик не требует никакого специализированного обслуживания, а отсутствие подвижных частей существенно продлевает срок эксплуатации.
Электродный
Электродные (кондуктометрические) сигнализаторы позволяют контролировать один или несколько уровней электропроводящей среды (то есть, для измерения наполнения бака дистиллированной водой они не подходят). Пример использования устройства приведен на рисунке 4.
Рисунок 4. Измерение уровня жидкости кондуктометрическими датчиками
В приведенном примере задействован трехуровневый сигнализатор, в котором два электрода контролируют заполнение емкости, а третий является аварийным, для включения режима интенсивной откачки.
Емкостной
При помощи этих сигнализаторов можно определять максимальное заполнение емкости, причем, в качестве технологической среды могут выступать как жидкость, так и сыпучие вещества смешанного состава (см. рис. 5).
Рис. 5. Емкостной датчик уровня
Принцип работы сигнализатора такой же, как у конденсатора: проводится измерение емкости между пластинами чувствительного элемента. Когда она достигнет порогового значения, подается сигнал на контроллер. В некоторых случаях задействовано исполнение «сухой контакт», то есть уровнемер работает через стенку бака в изоляции от технологической среды.
Данные устройства могут функционировать в широком температурном диапазоне, на них не влияют электромагнитные поля, а срабатывание возможно на большом расстоянии. Такие характеристики существенно расширяют сферу применения вплоть до тяжелых условий эксплуатации.
Радарный
Этот вид сигнализаторов можно действительно назвать универсальным, поскольку он может работать с любой технологической средой, включая агрессивную и взрывоопасную, причем, давление и температура не будут влиять на показания. Пример работы устройства приведен на рисунке ниже.
Измерение уровня радарным датчиком
Устройство излучает радиоволны в узком диапазоне (несколько гигагерц), приемник ловит отраженный сигнал и по времени его задержки определяет наполняемость емкости. На измеряющий датчик не влияет давление, температура или характер технологической среды. Запыленность также не отражается на показаниях, чего не скажешь о лазерных сигнализаторах. Также необходимо отметить высокую точность приборов данного типа, их погрешность составляет не более одного миллиметра.
Гидростатический
Эти сигнализаторы могут измерять как предельное, так и текущее заполнение резервуаров. Их принцип действия продемонстрирован на рисунке 7.
Рисунок 7. Измерение заполнения гиростатическим датчиком
Устройство построено по принципу измерения уровня давления, произведенного столбом жидкости. Приемлемая точность и небольшая стоимость сделали данный вид довольно популярным.
В рамках статьи мы не можем осмотреть все типы сигнализаторов, например, ротационно-флажковых, для определения сыпучих веществ (идет сигнал, когда лепесток вентилятора застрянет в сыпучей среде, предварительно вырыв приямок). Так же нет смысла рассматривать принцип действия радиоизотопных измерителей, тем более рекомендовать их для проверки уровня питьевой воды.
Как выбрать?
Выбор датчика уровня воды в резервуаре зависит от многих факторов, основные из них:
Это далеко не полный список для выбора измерительных приборов данного типа. Естественно, что для бытового назначения можно существенно сократить критерии отбора, ограничив их объемом резервуара, типом срабатывания и схемой управления. Существенное сокращение требований делает возможным самостоятельное изготовление подобного устройства.
Делаем датчик уровня воды в резервуаре своими руками
Допустим, есть задача автоматизировать работу погружного насоса для водоснабжения дачи. Как правило, вода поступает в накопительную емкость, следовательно, нам необходимо сделать так, чтобы насос автоматически выключался при ее заполнении. Совсем не обязательно для этой цели покупать лазерный или радиолокационный сигнализатор уровня, собственно, никакой приобретать не нужно. Несложная задача требует простого решения, оно показано на рисунке 8.
Схема управления водозабоным насосом
Для решения задачи понадобится магнитный пускатель с катушкой на 220 вольт и два геркона: минимального уровня — на замыкание, максимального — на размыкание. Схема подключения насоса проста и, что немаловажно, безопасна. Принцип работы был описан выше, но повторим его:
Как сделать датчик уровня воды своими руками
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:
Преимущества Герконов намного превосходят его недостатки.
Прин
Как собрать датчик уровня воды
Вариант 1
Для сборки датчика уровня воды понадобится:
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
Из инструментов понадобятся:
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.
Набор для сборки датчика уровня
Всем привет. Сегодня речь пойдет об очень простом наборе для самостоятельной сборки прибора, для контроля уровень воды. Данный набор может с успехом распаять школьник 5-7 класса за один вечер. Можно конечно сделать и полностью самостоятельно, включая плату, но я решил сэкономить время, поэтому был заказан набор.
Набор был приобретен с целью хоть как то автоматизировать набор воды в бочку на даче. При чем это не совсем бочка, а скорее труба, уходящая вниз на 2.5-3 метра, поэтому запасы воды там приличные (для простоты пусть будет бочка). Задумка была простая, пока нет регулярного водоснабжения электроклапан открывается и набирает в бочку воды по заданный уровень. Расход воды ведрами по необходимости и автоматический долив в бочку. Для того что бы клапан часто не срабатывал от колебаний воды, задумано несколько уровней. Нижний при котором включается клапан и верхний при котором выключается. Т.е. есть определенная мертвая зона при которой расход воды есть, а подача воды в бочку пока отсутствует. Кстати, эта мертвая зона и есть фактически такое понятие, как гистерезис.
В прошлом году эту функцию выполняло такое пардон устройство, как поплавковый механизм из бачка унитаза. Работало исправно, изредка засорялось, поскольку вода поступает по трубам прямиком из реки. Но в итоге зиму не пережило, поскольку было выполнено из пластмассы и развалилось от мороза.
Данный набор был призван заменить вышедший из строя механизм.
По мере хранения собранной платы и ожидании дачного сезона, была произведена попытка применить собранную плату на производстве, вот на такой установке. 
Это просто большая кастрюля с нагревателем типа ТЭНов мощностью 27 КВт. Продукцию достают из холодильника целыми поддонами и закладывают в кострюлю. Надо все это нагреть до 90 С. Представляете сколько электроэнергии тратится ежесуточно?!
Продукция между прочим представляет из себя свиные желудки и кудрявку (часть кишков).
Насколько я знаю желудки чем то набивают и употребляют в пищу, с кишками примерно то же самое — в том числе и колбасы с сосисками.
Это дело варится и повторно замораживается. Далее отправляется в Китай. Вот так вот, круговорот товара в природе. Мы им натуральные субпродукты, а в ответ электронику.
Назрел вопрос перевести нагрев кастрюли на пар. Так экономнее и мощность выше. Производительность вырастает в разы. Вот тут и потребовался датчик уровня, что бы никого паром не обварило и пар подавался только тогда, когда в емкости присутствует хотя бы минимальное количество воды.
Однако я вовремя спохватился и отказался от окончательной установки, хотя испытания показали работоспособность платы. Применять на производстве самоделки противопоказано. Поэтому нашли менее оперативно нужный прибор, который выполняет те же функции, но имеет еще и сертификат. Принцип работы заводского прибора практически соответствует набору с интернет магазина и в конкретном случае выполняет те же функции.
Этот прибор отечественного производства Овен САУ-М7. 
В небольшом пакетике «кучка» деталей, плата и провода. 
По номиналам я не сортировал, просто разложил для наглядности. 
Схема не простая, а очень простая. Используется 4 элемента 2И-НЕ, при чем два из них выполняют функцию триггера. Он нужен для формирования петли гистерезиса.
Контакты 1 и 2 разъема J3 дают сигнал о нижнем уровне и включают реле. Контакты J4 1 и 2 — верхний уровень и аварийный, при срабатывании любого из них реле выключается. Срабатывание реле дублируется зажиганием светодиода. Схема уверенно срабатывает на водопроводную воду и так же уверенно на воду после водоподготовки, в которой солей меньше.
Я собирал плату практически не глядя в схему, разве что номинал резисторов посмотрел.
Перепутать выводы маловероятно и даже установить такие детали, как разъемы или транзисторы неправильно помешает нанесенная шелкография.
Единственный минус при монтаже — я перепутал местами светодиоды. Но это так, мелочи, на работоспособность не влияют. 
В качестве датчиков были применены самодельные датчики уровня кондуктометрического типа. Примерно вот так они выглядят в сборе: 
На плате со стороны установки деталей нанесена шелкография, вполне качественная. 
Процесс распайки деталей вам не будет интересен, поскольку я не являюсь сборщиком и не владею особенностями тех процесса по сборке плат. Что в руку попалось с краю, то и запаивал.
Печатная плата со стороны пайки покрыта защитной маской. Металлизации нет. Плата односторонняя.
Использовал припой типа ПОС 61 с канифолью. Насвинячил немного. 
Провода питания зафиксировал герметиком, что бы не обломались на выходе из отверстий. Провода, что шли в комплекте, мне показались слишком короткими. 
Плату помыл растворителем со спиртом и покрыл слоем Plastik 70. Сразу заметил разницу между моими прежними платами и этой. Поверхность блестит и контакты покрыты слоем пленки.
Выявился некоторое неудобство, которое на самом деле является плюсом. Хотел снять видео о работе платы с использованием мультиметра, а получил проблему в виде того, что цупы, банально не продавливают покрытие защитное. Поэтому в видео отсутствует мультиметр. 
Видео демонстрации работы платы:
Upd: пока писал обзор, на страницу с товаром даже не обращал внимание, как обычно. И только после написания обзора обратил внимание на товар. Плата не совпадает с той, что мне прислали и судя по комментариям многим высылают два разных варианта платы. На функционале это не сказывается. Обе платы работоспособны.
Итоги: Простейший набор, доступен для школьников, так же имеет практическое применение. К покупке рекомендую. Осадок небольшой остался из за того, что плата пришла не та, которая в описании.
В моем случае оказались лишними провода. Вероятно они планировались для вывода из платы светодиодов на переднюю панель и подключения источника питания.