अल्ट्रासोनिक तरल स्तर नियंत्रक: 6 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:19

परिचय जैसा कि आप शायद जानते हैं, ईरान का मौसम शुष्क है, और मेरे देश में पानी की कमी है। कभी-कभी, खासकर गर्मियों में, यह देखा जा सकता है कि सरकार पानी में कटौती करती है। इसलिए अधिकांश अपार्टमेंट में पानी की टंकी है। हमारे अपार्टमेंट में 1500 लीटर का टैंक है जो पानी मुहैया कराता है। साथ ही, हमारे अपार्टमेंट में 12 आवासीय इकाइयां हैं। नतीजतन, यह उम्मीद की जा सकती है कि टैंक बहुत जल्द खाली हो जाएगा। टैंक से जुड़ा एक पानी का पंप है जो इमारत में पानी भेजता है। जब भी टंकी खाली होती है तो पंप बिना पानी के काम करता है। यह स्थिति मोटर तापमान में वृद्धि का कारण बनती है, और समय के दौरान, यह पंप के टूटने का कारण बन सकती है। कुछ समय पहले यह पंप फेल हमारे लिए दूसरी बार हुआ और मोटर खोलने के बाद हमने देखा कि कॉइल के तार जल गए थे। पंप को बदलने के बाद, इस समस्या को फिर से रोकने के लिए, मैंने जल स्तर नियंत्रक बनाने का फैसला किया। जब भी टैंक में पानी कम सीमा से नीचे आया तो मैंने पंप की बिजली आपूर्ति में कटौती करने के लिए एक सर्किट बनाने की योजना बनाई। पंप तब तक काम नहीं करेगा जब तक पानी उच्च सीमा तक नहीं बढ़ जाता। उच्च सीमा पार करने के बाद, सर्किट फिर से बिजली की आपूर्ति को जोड़ देगा। शुरुआत में, मैंने यह देखने के लिए इंटरनेट पर खोज की कि क्या मुझे एक उपयुक्त सर्किट मिल सकता है। हालाँकि, मुझे कुछ भी उचित नहीं लगा। कुछ Arduino आधारित जल संकेतक थे, लेकिन मेरी समस्या का समाधान नहीं हो सका। नतीजतन, मैंने अपने जल स्तर नियंत्रक को डिजाइन करने का निर्णय लिया। पैरामीटर सेट करने के लिए एक सीधा ग्राफिकल यूजर इंटरफेस के साथ एक ऑल-इन-वन पैकेज। इसके अलावा, मैंने यह सुनिश्चित करने के लिए ईएमसी मानकों पर विचार करने की कोशिश की कि डिवाइस विभिन्न स्थितियों में मान्य है।

चरण 1: सिद्धांत

आप शायद पहले सिद्धांत जानते हैं। जब अल्ट्रासोनिक पल्स सिग्नल किसी वस्तु की ओर उत्सर्जित होता है, तो यह वस्तु द्वारा परावर्तित होता है और प्रेषक को प्रतिध्वनित होता है। यदि आप अल्ट्रासोनिक पल्स द्वारा तय किए गए समय की गणना करते हैं, तो आप वस्तु की दूरी का पता लगा सकते हैं। हमारे मामले में, आइटम पानी है।

ध्यान दें कि जब आप पानी से दूरी पाते हैं, तो आप टैंक में खाली जगह की मात्रा की गणना कर रहे हैं। पानी की मात्रा प्राप्त करने के लिए, आपको कुल टैंक मात्रा से गणना की गई मात्रा को घटाना होगा।

चरण 2: सेंसर, बिजली आपूर्ति और नियंत्रक

हार्डवेयर

सेंसर के लिए, मैंने JSON-SR04T वाटरप्रूफ अल्ट्रासोनिक सेंसर का इस्तेमाल किया। वर्किंग रूटीन HC-SR04 (इको और ट्रिग पिन) की तरह है।

ऐनक:

• दूरी: 25 सेमी से 450 सेमी
• कार्यशील वोल्टेज: डीसी 3.0-5.5V
• वर्तमान कार्य: ＜8mA
• शुद्धता: ± 1 सेमी
• आवृत्ति: 40khz
• कार्य तापमान: -20 ~ 70 ℃

ध्यान दें कि इस नियंत्रक की कुछ सीमाएँ हैं। उदाहरण के लिए: 1- JSON-SR04T 25CM से नीचे की दूरी को नहीं माप सकता है, इसलिए आपको सेंसर को पानी की सतह से कम से कम 25CM ऊपर स्थापित करना होगा। इसके अलावा, अधिकतम दूरी माप 4.5M है। इसलिए यह सेंसर बड़े टैंकों के लिए उपयुक्त नहीं है। 2- इस सेंसर की सटीकता 1CM है। नतीजतन, टैंक के व्यास के आधार पर, डिवाइस द्वारा दिखाए जाने वाले वॉल्यूम का रिज़ॉल्यूशन भिन्न हो सकता है। 3- ध्वनि की गति तापमान के आधार पर भिन्न हो सकती है। नतीजतन, सटीकता विभिन्न क्षेत्रों से प्रभावित हो सकती है। हालाँकि, ये सीमाएँ मेरे लिए महत्वपूर्ण नहीं थीं, और सटीकता उपयुक्त थी।

नियंत्रक

मैंने STMicroelectronics से STM32F030K6T6 ARM Cortex M0 का उपयोग किया। आप इस माइक्रोकंट्रोलर की विशिष्टता यहाँ पा सकते हैं।

पावर सप्लाय

पहला भाग 220V/50Hz (ईरान बिजली) को 12VDC में बदलना है। इस उद्देश्य के लिए, मैंने HLK-PM12 बक स्टेप डाउन पावर सप्लाई मॉड्यूल का उपयोग किया। यह एसी/डीसी कनवर्टर 0.25A आउटपुट करंट के साथ 90 ~ 264 VAC को 12VDC में बदल सकता है।

जैसा कि आप शायद जानते हैं, रिले पर आगमनात्मक भार सर्किट और बिजली आपूर्ति पर कई समस्याएं पैदा कर सकता है, और बिजली की आपूर्ति में कठिनाई से अनिश्चितता हो सकती है, खासकर माइक्रोकंट्रोलर में। समाधान बिजली की आपूर्ति को अलग करना है। इसके अलावा, आपको रिले संपर्कों पर एक स्नबर सर्किट का उपयोग करना होगा। बिजली की आपूर्ति को अलग करने के कई तरीके हैं। उदाहरण के लिए, आप दो आउटपुट वाले ट्रांसफॉर्मर का उपयोग कर सकते हैं। इसके अलावा, छोटे आकार में अलग-अलग डीसी/डीसी कन्वर्टर्स हैं जो इनपुट से आउटपुट को अलग कर सकते हैं। मैंने इस उद्देश्य के लिए MINMAX MA03-12S09 का उपयोग किया। यह आइसोलेशन वाला 3W DC/DC कन्वर्टर है।

चरण 3: पर्यवेक्षक आईसी

TI ऐप नोट के अनुसार: एक वोल्टेज पर्यवेक्षक (जिसे रीसेट इंटीग्रेटेड सर्किट [IC] के रूप में भी जाना जाता है) एक प्रकार का वोल्टेज मॉनिटर है जो सिस्टम की बिजली आपूर्ति की निगरानी करता है। वोल्टेज पर्यवेक्षकों का उपयोग अक्सर प्रोसेसर, वोल्टेज नियामकों और सीक्वेंसर के साथ किया जाता है - सामान्य तौर पर, जहां वोल्टेज या करंट सेंसिंग की आवश्यकता होती है। पर्यवेक्षक वोल्टेज रेल की निगरानी करते हैं ताकि बिजली चालू हो सके, दोषों का पता लगाया जा सके और सिस्टम के स्वास्थ्य को सुनिश्चित करने के लिए एम्बेडेड प्रोसेसर के साथ संवाद किया जा सके। आप इस ऐप नोट को यहां पा सकते हैं। हालाँकि STM32 माइक्रोकंट्रोलर्स में बिल्ट-इन सुपरवाइज़र होते हैं जैसे पावर ऑन सप्लाई मॉनिटर, मैंने यह सुनिश्चित करने के लिए एक बाहरी सुपरवाइज़र चिप का उपयोग किया कि सब कुछ ठीक रहेगा। मेरे मामले में, मैंने TI से TL7705 का उपयोग किया। आप नीचे इस आईसी के लिए टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स वेबसाइट से विवरण देख सकते हैं: एकीकृत-सर्किट आपूर्ति-वोल्टेज पर्यवेक्षकों का TL77xxA परिवार विशेष रूप से माइक्रो कंप्यूटर और माइक्रोप्रोसेसर सिस्टम में रीसेट नियंत्रक के रूप में उपयोग के लिए डिज़ाइन किया गया है। आपूर्ति-वोल्टेज पर्यवेक्षक SENSE इनपुट पर अंडर-वोल्टेज स्थितियों के लिए आपूर्ति की निगरानी करता है। पावर-अप के दौरान, RESET आउटपुट सक्रिय (कम) हो जाता है जब VCC 3.6 V के करीब पहुंच जाता है। इस बिंदु पर (यह मानते हुए कि SENSE VIT+ से ऊपर है), विलंब टाइमर फ़ंक्शन एक समय विलंब को सक्रिय करता है, जिसके बाद RESET और RESET को आउटपुट करता है। नहीं) निष्क्रिय हो जाओ (क्रमशः उच्च और निम्न)। जब सामान्य ऑपरेशन के दौरान एक अंडर-वोल्टेज की स्थिति होती है, तो रीसेट और रीसेट (नहीं) सक्रिय हो जाते हैं।

चरण 4: मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी)

मैंने पीसीबी को दो टुकड़ों में डिजाइन किया है। पहला एलसीडी पीसीबी है जो रिबन / फ्लैट केबल के साथ मेनबोर्ड से जुड़ा है। दूसरा भाग कंट्रोलर पीसीबी है। इस पीसीबी पर, मैंने बिजली की आपूर्ति, माइक्रोकंट्रोलर, अल्ट्रासोनिक सेंसर और संबंधित घटकों को रखा। और पावर पार्ट भी जो रिले, वेरिस्टर और स्नबर सर्किट है। जैसा कि आप शायद जानते हैं, यांत्रिक रिले जैसे कि रिले जो मैंने अपने सर्किट में उपयोग किया है, अगर वे हमेशा काम करते हैं तो टूट सकते हैं। इस समस्या को दूर करने के लिए, मैंने रिले के सामान्य रूप से निकट संपर्क (NC) का उपयोग किया। तो एक सामान्य स्थिति में, रिले सक्रिय नहीं है और सामान्य रूप से निकट संपर्क पंप करने के लिए शक्ति का संचालन कर सकता है। जब भी पानी लो लिमिट से नीचे आएगा, रिले चालू हो जाएगी और इससे बिजली कट जाएगी। ऐसा कहने के बाद, यही कारण है कि मैंने NC और COM संपर्कों पर स्नबर सर्किट का उपयोग किया। इस तथ्य के बारे में कि पंप में उच्च शक्ति थी, मैंने इसके लिए दूसरे 220 रिले का उपयोग किया, और मैं इसे पीसीबी पर रिले के साथ चलाता हूं।

आप मेरे GitHub से PCB फाइल जैसे Altium PCB फाइल और Gerber फाइल डाउनलोड कर सकते हैं।

चरण 5: कोड

मैंने STM32Cube IDE का उपयोग किया, जो STMicroelectronics से कोड विकास के लिए एक-एक-एक समाधान है। यह जीसीसी एआरएम कंपाइलर के साथ एक्लिप्स आईडीई पर आधारित है। साथ ही इसमें STM32CubeMX भी है। आपके द्वारा यहां और अधिक जानकारी प्राप्त की जा सकती है। सबसे पहले, मैंने एक कोड लिखा था जिसमें हमारे टैंक विनिर्देश (ऊंचाई और व्यास) शामिल थे। हालाँकि, मैंने विभिन्न विशिष्टताओं के आधार पर पैरामीटर सेट करने के लिए इसे GUI में बदलने का निर्णय लिया।

चरण 6: टैंक पर स्थापना

अंत में, मैंने पीसीबी को पानी से बचाने के लिए इसके लिए एक साधारण बॉक्स बनाया। इसके अलावा, मैंने सेंसर लगाने के लिए टैंक के शीर्ष पर एक छेद बनाया।