Как работает датчик уровня воды и его взаимодействие с Arduino

Сохранить или поделиться

Если вы когда-нибудь взрывали водонагреватель или когда-либо пытались изготовить погружную электронику, то знаете, как важно определить, есть ли вокруг вода. С этим датчиком уровня воды сделать это очень просто!

Данный датчик можно использовать для измерения уровня воды, контроля за отстойником, обнаружения дождя или утечки.

Как работает датчик уровня воды и его взаимодействие с Arduino

Обзор аппаратного обеспечения

Данный датчик содержит ряд из десяти открытых медных дорожек, пять из которых являются питающими, а пять – чувствительными.

Эти дорожки чередуются так, что между каждыми двумя питающими дорожками есть одна чувствительная дорожка.

Обычно эти дорожки не соединены между собой, но при погружении они соединяются водой.

Рисунок 1 – Датчик уровня воды

На плате расположен индикатор питания, который загорается при подаче на плату напряжения питания.

Фирма Электроники и Автоматики

Настоящий паспорт и руководство по эксплуатации предназначены для ознакомления обслуживающего персонала с конструкцией, принципом действия, техническим обслуживанием и эксплуатацией управляющего модуля контроля уровня УМКУ, в дальнейшем по тексту именуемого «прибор».

Назначение

1.1. Модуль контроля уровня УМКУ совместно с датчиками уровня предназначен для управления технологическими процессами, связанными с контролем уровня жидкостей, порошкообразных, сыпучих и твердых кусковых сред в различных емкостях, баках, резервуарах и т. п.

Как работает датчик уровня воды?

Работа датчика уровня воды довольно проста.

Ряд открытых параллельных проводников вместе действует как переменный резистор (потенциометр), сопротивление которого изменяется в зависимости от уровня воды.

Изменение сопротивления соответствует расстоянию от верхушки датчика до поверхности воды.

Сопротивление обратно пропорционально высоте воды:

• чем больше воды, в которую погружен датчик, тем лучше проводимость, и тем ниже сопротивление;
• чем меньше воды, в которую погружен датчик, тем хуже проводимость, и тем выше сопротивление.

Датчик в соответствии с сопротивлением выдает выходное напряжение, измеряя которое мы можем определить уровень воды.

Возможно, вам также будет интересно

Наиболее востребованной характеристикой датчиков положения является большой рабочий диапазон. Среди последних тенденций – поддержка подключения к стандартным сетям и установка датчиков положения вместо концевых переключателей.

В начале июня 2016 г. Группа по стандартизации встраиваемых технологий (SGET) выпустила новую спецификацию — SMARC 2.0. Компания congatec, европейский лидер по производству модулей, представила первые модели, отвечающие данной спецификации. Модули оснащены новыми процессорами Atom, Celeron и Pentium от Intel с условным названием Apollo Lake.

Первый Московский государственный медицинский университет имени И. М. Сеченова использует систему охранного видеонаблюдения, состоящую из 600 IP-камер под управлением программного комплекса Macroscop.

Распиновка датчика уровня воды

Данный датчик уровня воды очень прост в использовании и имеет только 3 контакта для подключения.

Вывод S (Signal) – это аналоговый выход, который будет подключен к одному из аналоговых входов вашей платы Arduino.

Вывод + (VCC) обеспечивает питание датчика. Датчик рекомендуется питать напряжением от 3,3 до 5 В. Обратите внимание, что напряжение на аналоговом выходе будет зависеть от того, какое напряжение питания подается на датчик.

— (GND) – земля.

Инструкция (руководство по эксплуатации) на реле контроля уровня PZ-818

Инструкция к реле контроля уровня, стр.1

Инструкция к реле контроля уровня, стр.2

Инструкция к реле контроля уровня, стр.3

Руководство в виде файла PDF можно скачать на сайте производителя.

Немного позже выложу информацию по установке данного реле контроля уровня в реальную систему.

Спасибо за внимание, буду рад вопросам в комментариях!

Подключение датчика уровня воды с Arduino

Давайте подключим датчик уровня воды к Arduino.

Сначала вам нужно подать питание на датчик. Для этого вы можете подключить вывод +(VCC) на модуле к выводу 5V на Arduino, а вывод -(GND) модуля к выводу GND Arduino.

Однако одной из широко известных проблем с этими датчиками является их короткий срок службы при воздействии влажной среды. При постоянной подаче питания на зонд скорость коррозии значительно увеличивается.

Чтобы преодолеть эту проблему, мы рекомендуем не подавать питание на датчик постоянно, а включать его только тогда, когда вы снимаете показания.

Самый простой способ сделать это – подключить вывод VCC к цифровому выводу Arduino и устанавливать на нем высокий или низкий логический уровень, когда это необходимо. Итак, давайте подключим вывод VCC модуля к цифровому выводу 7 Arduino.

Наконец, подключите вывод S (Signal) к выводу A0 аналого-цифрового преобразователя Arduino.

Схема соединений показана на следующем рисунке.

Наш ассортимент

Недорогие датчики пригодны для анализов чистой питьевой воды, контроля конденсата, технологических процессов очистки стоков и так далее. Ключевой особенностью бюджетной категории является экономичность, при этом сохраняются высокие рабочие характеристики.

Цифровые бесконтактные датчики электропроводности воды Memosens обеспечивают точную передачу данных на расстоянии до 100 метров от анализирующего блока. Они оснащаются прочными корпусами и способны работать в широком диапазоне температур. В ассортименте представлены экономичные модели с высокими характеристиками.

Приборы с повышенной защитой предназначены для применения в кислых и сильно загрязненных химически средах. Специальный полимерный корпус защищает внутренние компоненты, считывающий элемент выполняется из высокопрочных сплавов. Дополнительным преимуществом является широкий диапазон температур и давлений. двухэлектродные датчики применяются для контроля качества технологических процессов очистки жидкостей и водоподготовки.

Компактные изделия просто и быстро очищаются от загрязнений. четырехэлектродные датчики используются для точного измерения электропроводности. Их конструкция позволяет осуществлять измерения в сильно загрязненных средах и в веществах, включающих едкие и отбеливающие растворы. Современные модели обладают компактными размерами, высокой точностью и надежностью.

Специалисты «Синтрол» всегда готовы предоставить полную информацию о предлагаемой продукции и помочь с выбором. Для бесплатной консультации воспользуйтесь электронной почтой или телефоном.

Базовый пример определения уровня воды

После того, как схема будет собрана, загрузите в Arduino следующий скетч.

// Выводы, подключенные к датчику #define sensorPower 7 #define sensorPin A0 // Переменная для хранения значения уровня воды int val = 0; void setup() { // Настраиваем D7 на выход pinMode(sensorPower, OUTPUT); // Устанавливаем низкий уровень, чтобы на датчик не подавалось питание digitalWrite(sensorPower, LOW); Serial.begin(9600); } void loop() { // получить показания из функции ниже и напечатать его int level = readSensor(); Serial.print(«Water level: «); Serial.println(level); delay(1000); } // Данная функция используется для получения показаний int readSensor() { digitalWrite(sensorPower, HIGH); // Включить датчик delay(10); // Ждать 10 миллисекунд int val = analogRead(sensorPin); // Прочитать аналоговое значение от датчика digitalWrite(sensorPower, LOW); // Выключить датчик return val; // Вернуть текущее показание }

Как только скетч будет загружен, откройте окно монитора последовательного порта, чтобы увидеть вывод Arduino. Вы должны увидеть значение 0, когда датчик ничего не касается. Чтобы увидеть, как определяется вода, вы можете взять стакан воды и медленно погрузить в него датчик.

Датчик не рассчитан на полное погружение, поэтому соблюдайте осторожность при эксперименте, чтобы с водой соприкасались только открытые дорожки на печатной плате.

Объяснение

Скетч начинается с объявления выводов Arduino, к которым подключены выводы датчика + (VCC) и S (сигнал).

#define sensorPower 7 #define sensorPin A0

Далее мы определяем переменную val, в которой хранится текущее значение уровня воды.

int val = 0;

Теперь в функции setup() мы сначала настраиваем вывод для питания датчика как выход, а затем устанавливаем на нем низкий логический уровень, чтобы изначально питание на датчик не подавалось. А также настраиваем последовательную связь с компьютером.

pinMode(sensorPower, OUTPUT); digitalWrite(sensorPower, LOW); Serial.begin(9600);

В функции loop() мы периодически вызываем функцию readSensor() с интервалом в одну секунду и выводим возвращаемое значение.

int level = readSensor(); Serial.print(«Water level: «); Serial.println(level); delay(1000);

Функция readSensor() используется для получения текущего уровня воды. Она включает датчик, ждет 10 миллисекунд, считывает аналоговое значение с датчика, выключает датчик и затем возвращает аналоговое значение.

int readSensor() { digitalWrite(sensorPower, HIGH); // Включить датчик delay(10); // Ждать 10 миллисекунд int val = analogRead(sensorPin); // Прочитать аналоговое значение от датчика digitalWrite(sensorPower, LOW); // Выключить датчик return val; // Вернуть текущее показание }

Калибровка

Чтобы получать от датчика уровня воды точные показания, рекомендуется сначала откалибровать его для конкретного типа воды, которую вы планируете контролировать.

Как вы знаете, чистая вода не проводит электрический ток. На самом деле, проводящей ее делают минералы и примеси. Таким образом, ваш датчик может быть более или менее чувствителен в зависимости от типа используемой воды.

Прежде чем вы начнете отслеживать данные или запускать обработчиков каких-либо событий, вы должны увидеть, какие показания вы на самом деле получаете от вашего датчика.

Используя приведенный выше скетч, отметьте на то, какие значения выдает ваш датчик, когда он полностью сухой, когда он частично погружен в воду, и когда он полностью погружен в воду.

Например, используя ту же схему, что и выше, вы увидите в мониторе последовательного порта значения, близкие к следующим:

• когда датчик сухой: 0;
• когда он частично погружен в воду: ~420;
• когда он полностью погружен: ~520.

Конструктивные особенности и принцип работы

Конструкция измерителей уровня жидкости в резервуаре определяется такими характеристиками:

1. Функциональностью. По этому параметру все измерительные устройства этого класса классифицируют на уровнемеры и сигнализаторы уровня жидкости. Последние определяют конкретную точку наполненности емкости (максимальную и минимальную), а первые — постоянно контролируют уровень жидкости.
2. Принципом работы. В основу этого параметра заложена акустика, оптика, магнетизм, электропроводность и так далее. От принципа действия устройства зависит область его применения.
3. Методика измерения (бесконтактная или контактная).

Кроме того, конструктивные особенности устройства определяют тип технологической среды. Например, уровнемеры в баках с питьевой водой отличаются от приспособлений, которые предназначены для измерения наполненности резервуаров с промышленными стоками.

Проект определения уровня воды

Для нашего следующего примера мы собираемся создать портативный датчик уровня воды, который будет зажигать светодиоды в зависимости от уровня воды.

Схема соединений

Мы будем использовать схему из предыдущего примера. Но на этот раз нам нужно просто добавить несколько светодиодов.

Подключите три светодиода к цифровым выводам 2, 3 и 4 через токоограничивающие резисторы 220 Ом.

Соберите схему, как показано ниже:

Код Arduino

После того, как схема будет собрана, загрузите в Arduino следующий скетч.

В этом скетче объявлены две переменные, а именно lowerThreshold и upperThreshold. Эти переменные представляют наши пороговые уровни.

Всё, что ниже нижнего порога, включает красный светодиод. Всё, что выше верхнего порога, включает зеленый светодиод. Всё, что находится между ними, включает желтый светодиод.

/* Измените эти значения, основываясь на своих значениях калибровки */ int lowerThreshold = 420; int upperThreshold = 520; // Выводы, подключенные к датчику #define sensorPower 7 #define sensorPin A0 // Переменная для хранения значения уровня воды int val = 0; // Объявляем выводы, к которым подключены светодиоды int redLED = 2; int yellowLED = 3; int greenLED = 4; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(sensorPower, OUTPUT); digitalWrite(sensorPower, LOW); // Настроить выводы светодиодов на выход pinMode(redLED, OUTPUT); pinMode(yellowLED, OUTPUT); pinMode(greenLED, OUTPUT); // Изначально выключить все светодиоды digitalWrite(redLED, LOW); digitalWrite(yellowLED, LOW); digitalWrite(greenLED, LOW); } void loop() { int level = readSensor(); if (level == 0) { Serial.println(«Water Level: Empty»); digitalWrite(redLED, LOW); digitalWrite(yellowLED, LOW); digitalWrite(greenLED, LOW); } else if (level > 0 && level <= lowerThreshold) { Serial.println(«Water Level: Low»); digitalWrite(redLED, HIGH); digitalWrite(yellowLED, LOW); digitalWrite(greenLED, LOW); } else if (level > lowerThreshold && level <= upperThreshold) { Serial.println(«Water Level: Medium»); digitalWrite(redLED, LOW); digitalWrite(yellowLED, HIGH); digitalWrite(greenLED, LOW); } else if (level > upperThreshold) { Serial.println(«Water Level: High»); digitalWrite(redLED, LOW); digitalWrite(yellowLED, LOW); digitalWrite(greenLED, HIGH); } delay(1000); } // Данная функция используется для получения показаний int readSensor() { digitalWrite(sensorPower, HIGH); delay(10); val = analogRead(sensorPin); digitalWrite(sensorPower, LOW); return val; }

Оригинал статьи:

• How Water Level Sensor Works and Interface it with Arduino