Я большой любитель русской бани. Летом прошлого года, принимая банные процедуры, я остался без холодной воды. Почему так получилось? Дело в том, что бак для холодной воды установлен на чердаке бани.
Воду, в бак закачиваем насосом, а сливается она самотеком по трубам. Контролировать количество воды, как при наполнении, так и при использовании задача непростая – бак скрыт под крышей бани. По струе воды тоже сложно определить, сколько воды осталось – я не определил smile.
Нужно устройство для контроля уровня воды – уровнемер!!!

Устройство для контроля уровня воды – уровнемер, бакомер: ультразвуковой датчик + микроконтроллерВнимание!
Описанное устройство с усовершенствованиями
доступно в виде нового датагорского кита —
набор для сборки или как готовое изделие!

↑ Метод измерения


Уровнемеров в продаже великое множество. Но мне как-то даже и мысль в голову не пришла искать что-то готовое, не спортивно это, не по «нашему». Вот и решил сделать прибор сам. Более того, мне недостаточно было знать, верхний и нижний уровень, я хотел знать, сколько точно литров в баке. Конечно, для данной цели – контроль уровня воды в баке, эта информация избыточна, но так солидней. Поскольку моя нынешняя работа связана с ультразвуковой дефектоскопией, то выбор способа измерения был нетрудным. В продаже есть много предложений ультразвуковых датчиков расстояния. Есть дорогие с цифровым интерфейсом и на большое расстояние, есть дешевые с более простым интерфейсом, на меньшее расстояние. Выбор пал на самый простой и дешевый датчик HC-SR04.

↑ Датчик

Датчик представляет из себя печатную плату. На которой установлены передающий и приёмные пьезоэлементы. На плате собрана схема формирования зондирующей пачки импульсов с частотой 40кГц, которая подается на драйвер, выполненный на преобразователе уровня TTL в RS232.
Да-да, вот такое необычное применение. Не совсем правильное, но дешевое и работоспособное решение позволяющее обойтись без дополнительного высокого напряжения для раскачки излучающего пьезоэелемента. Также плата содержит усилитель для приемного пьезоэлемента и небольшой управляющий микроконтроллер. У датчика четыре ножки управления: питание +5 Вольт (VCC), вход запуска (Trig), выход (Echo), и земля (GND).


На вход Trig мы подаем импульс 10 мкС, на выходе Echo, при получении датчиком эхо-сигнала (отражения), будет сформирован импульс длительностью пропорциональной времени прохождения звука от датчика до отражателя и обратно. Это время мы делим на два и умножаем на скорость звука в воздухе, среднее значение 340 м/с – получаем расстояние до отражателя (объекта). Ниже диаграмма работы датчика.

↑ Схема

Прототип был собран на макетной плате на микроконтроллере ATmega16 и индикаторе TIC3321. Для дополнительной визуализации есть линейка из десяти светодиодов. Схему прототипа я не привожу, кому будет нужно, в приложенном архиве проект для Протеус.
В конечном варианте я решил поставить светодиодный индикатор вместо TIC3321 – лучше подходил по габаритам к корпусу, четыре против трех разрядов и лучше видно в темноте. Микроконтроллер поставил ATmega32, давно валявшийся у меня на полке.
Две кнопки, для включения наполнения и слива. Эти же кнопки используются при процедуре калибровки, пара транзисторов и реле для включения электромагнитных клапанов или насоса.

↑ Конструктив

Некоторое время назад, мой бывший коллега принес мне три сломанных теплосчетчика мол: сделаешь что-нибудь полезное.

Из полезного — отрезал от теплосчетчиков термодатчики, пока лежат на полке. Понравился конструктив теплосчетчика. Корпус состоит из двух половинок. В нижней половинке, устанавливаемой стационарно, стоят две платы с клемниками для внешних подключений и колодка для соединения с платой в верхней части корпуса. А в верхней части корпуса стоит основная плата счетчика. Вот этот корпус и будем использовать с такой же идеологией.


Для верхней части корпуса была изготовлена печатная плата, в нижнюю часть, плату делать я не стал – собрал все на монтажной плате.

Питается устройство от импульсного блока питания некогда служившим для питания ADSL-роутера. После был списан на пенсию за слабость свою, после ремонта вновь введен в строй, но уже для питания моего устройства.

↑ Передняя панель

Для передней панели была изготовлена наклейка. Приятным бонусом для меня оказалось то, что при печати на прозрачном полимере краски получаются полупрозрачными, это позволило мне отказаться от светофильтра индикатора, я просто сделал прямоугольную заливку красного цвета.

Поскольку минимальный формат печати оказался А3, то наклеек я заказал три варианта в двух экземплярах. Мне больше понравился темный. Ну, или если надоест, то всегда можно заказать новую наклейку.

↑ Монтаж датчика

Датчик, я установил в корпус от елочной гирлянды.

Корпус закрепил на крышке бака.

Просверлил отверстия для установки датчика.

Припаял кабель, электролитический конденсатор и залил все термоклеем.

↑ Описание работы


При подаче питания на схему сначала проходит тестирование семисегментного индикатора и линейки светодиодов. Если прибор не калиброван, то на индикаторе мы увидим, лишь измеренную дистанцию. Линейка светодиодов не работает, так же не доступна функция управления наполнения и слива бака. Больше про работу не калиброванного прибора рассказывать нечего.
Ну, так давайте откалибруем его!

↑ Калибровка

Калибровка состоит из трех этапов:
1. Калибровка нуля. Показываем прибору нижний уровень бака – пустой бак.
2. Калибровка верхнего уровня. Показываем прибору максимальный уровень.
3. Ввод объема бака.

Вход в режим калибровки происходит после теста индикатора при удерживании обеих кнопок. После отпускания кнопок на индикаторе отображается дистанция до дна в миллиметрах, а на линейке светодиодов горит нижний светодиод, символизируя режим калибровки нуля.

Для калибровки параметра на пустом баке нажимаем кнопку «Слить», переходим к следующему этапу – калибровке максимального уровня. На индикаторе так же отображается дистанция в миллиметрах. На линейке горят все светодиоды, символизируя режим калибровки максимального уровня. Дальше возможны варианты – либо мы наполняем бак на сто процентов и после этого жмем кнопку «Наполнить» для установки верхнего уровня. Или можно просто поднести отражатель к датчику на предполагаемый максимальный уровень.


После калибровки уровней переходим к вводу объема бака. Кнопкой «Наполнить» меняем значение разряда, а кнопкой «Слить» меняем разряд и так все четыре разряда по очереди. В калибровке предусмотрены две блокировки. Не критическая – если объем не введен, то устанавливается объем 100, соответственно отображение будет в процентах или в литрах, если бак при этом на сто литров. Вторая — критическая блокировка, поскольку расположение датчика у нас верхнее, то значение верхнего уровня не может быть больше нижнего.
В этом случае прибор калибровку не проходит, а просто отображает дистанцию.

↑ Описание работы и видео в действии

После успешной калибровки прибор отображает объем воды в литрах и уровень в десятках процентов на линейке светодиодов. Также становятся доступными функции наполнения и слива бака. В приборе предусмотрено автоматическое наполнение, которое неактивно после подачи питания. Для активации автоматического наполнения необходимо нажать кнопку «Наполнить» после чего бак наполнится на 90%.

При наполнении бака, уровень на светодиодной линейке будет отображаться как при зарядке аккумулятора в телефоне. Повторное наполнение включиться автоматически при отпускании уровня ниже 10%. Наполнение бака можно запускать в любой момент. Для остановки наполнения нужно нажать кнопку «Слить» во время наполнения. Функция слива предусмотрена для вывода бака из эксплуатации на зимний период. Может быть, и не очень нужная функция, прибор опытный трудно вот так все сразу продумать, пускай пока будет.


Для активации слива нажимаем кнопку «Слить», включается реле включения клапана слива. Реле выключается при достижении нулевого уровня после задержки необходимой для слива воды с трубопровода. Теперь, во время слива, батарейка — бак будет уже не заряжаться, а разряжаться. После активации слива, режим автоматического наполнения выключается, повторно включить его можно нажав на кнопку «Наполнить».

Вот собственно и все, смотрим демо-видео.

Видео прототипа:

↑ Файлы (обновлено 05-04-2014):

Схема, плата, даташиты: ▼ Shema-plata-datashity.7z 🕗 06/04/14 ⚖️ 467,61 Kb ⇣ 219
Файл прошивки для варианта на led-индикаторах: ▼ TankControl-led-hex-05042014.7z 🕗 06/04/14 ⚖️ 4,28 Kb ⇣ 177

Устройство для контроля уровня воды – уровнемер, бакомер: ультразвуковой датчик + микроконтроллерВнимание!
Описанное устройство с усовершенствованиями
доступно в виде нового датагорского кита —
набор для сборки или как готовое изделие!

↑ Заключение

Хотя на дворе уже весна, но дачный сезон еще не наступил, поэтому придется подождать, пока можно будет начать пользоваться баком. Более того, мне еще долго не придется использовать прибор в полном объеме, так как в старой бане нет постоянно подключенного водоснабжения, а новую я еще не достроил.
Но смотреть уровень уже можно!!!
:yahoo:

Источник: datagor.ru

По принципу действия датчики уровня могут быть:


  • Емкостными
  • Поплавковыми
  • Радарного типа
  • Ультразвуковыми
  • Гидростатическими

Ниже кратко рассмотрены основные виды.

Емкостной датчик уровня

В основу работы данного типа датчика положено свойство конденсатора изменять свою ёмкость при изменении состава и распределения материала диэлектрика, разделяющего пластины конденсатора. Это свойство применяется во многих емкостных детекторах например в емкостных датчиках влажности.

Предположим, имеется коаксиальный конденсатор, помещённый в жидкость (Рисунок 1), которая может свободно проникать в пространство между пластинами. Если известна диэлектрическая проницаемость жидкости, то можно составить следующее равенство:

С=С0l0*G0l*Gl       (1)

С – Общая ёмкость конденсатора
С


Gl – Геометрический коэффициент участка конденсатора, содержащего жидкость

При изменении уровня жидкости величина суммарной ёмкости конденсатора также изменятся. Если конденсатор включен в электрическую цепь, не составляет труда отследить изменение ёмкости, по которому можно однозначно судить об изменении уровня жидкости.

Общая схема емкостного датчика уровня
Рисунок 1. Общая схема емкостного датчика уровня

Емкостные датчики лишены подвижных элементов, поэтому достаточно надёжны и долговечны. К их недостаткам следует отнести значительную температурную зависимость (которая, впрочем, может быть скомпенсирована), а также необходимость погружения в жидкость.

Поплавковый датчик уровня

Датчики данного типа имеют достаточно простое устройство. Существует несколько конфигураций, выдающих на выход как дискретный, так и непрерывный сигнал, последние можно разделить на две категории – механические и магнитострикционные. В магнитострикционных датчиках в качестве одного из элементов также используется поплавок, в остальном же они довольно сильно отличаются от обычных механических поплавковых датчиков.


Дискретные поплавковые датчики уровня

В реализации датчика, выдающего дискретный сигнал, обычно используется набор поплавков, расположенных на различных уровнях резервуара. При достижении жидкостью уровня, на котором располагается поплавок, он выталкивается за счёт силы Архимеда, направленной вверх. Это приводит в движение механическую систему или электромеханическую систему, и выходной сигнал появляется, например, при замыкании электрических контактов герконового реле.

В альтернативной конфигурации присутствует направляющая, содержащая набор реле. Вдоль направляющей вслед за уровнем жидкости перемещается поплавок, содержащий постоянный магнит. Приближение поплавка к реле вызывает его срабатывание (Рисунок 2).

Общая схема поплавкового датчика уровня с дискретным выходом
Рисунок 2. Общая схема поплавкового датчика уровня с дискретным выходом

Дискретный выходной сигнал может быть использован для «пошагового» мониторинга уровня жидкости в резервуаре — датчик просто сообщает, достиг ли уровень жидкости конкретной отметки или нет.


кже датчик уровня с дискретным выходным сигналом может служить элементом автономного регулятора в случае, например, когда необходимо поддерживать постоянный уровень жидкости в резервуаре – для реализации данной схемы выходной сигнал может непосредственно управлять силовым реле, открывающим/закрывающим входной/выходной клапан резервуара.

Дискретные поплавковые датчики дёшевы, просты и достаточно надёжны, однако требуют погружения в жидкость и имеют подвижную механику.

Магнитострикционные поплавковые датчики

Поплавковые датчики, выдающие непрерывный сигнал, обычно относятся к датчикам магнитострикционного типа и имеют довольно сложное устройство (Рисунок 3). Основным элементом конструкции по-прежнему является поплавок, в данном случае он содержит постоянный магнит. Поплавок может свободно передвигаться вдоль направляющей, внутри которой располагается волновод из магнитострикционного материала. С определённой периодичностью блок электроники датчика генерирует импульс тока, который распространяется вдоль волновода. Когда импульс достигает области, где располагается поплавок, магнитное поле поплавка и магнитное поле импульса взаимодействуют, что приводит к возникновению механических колебаний, которые распространяются обратно по волноводу и фиксируются чувствительным пьезоэлементом. По временной задержке между отправкой импульса тока и получением механического импульса можно судить о расстоянии до поплавка, а значит и об уровне жидкости в резервуаре.

Общая схема магнитострикционного датчика уровня
Рисунок 3. Общая схема магнитострикционного датчика уровня

Магнитострикционные датчики очень точны, выдают непрерывный сигнал, а также могут использоваться с гибким волноводом, что расширяет сферу их применения. К их недостаткам можно отнести их стоимость, техническую сложность и необходимость погружения в жидкость.

Радарный датчик уровня

Главным элементом данного датчика является радиолокатор, частота излучения которого изменяется по линейному закону. Предполагается, что жидкость отражает излучение локатора, поэтому если расположить излучатель-приёмник внутри резервуара согласно схеме (Рисунок 4) и фиксировать задержку отражённого сигнала относительно сигнала источника – можно определить уровень жидкости по величине задержки. Для определения задержки используется линейная модуляция частоты источника. Если частота исходного сигнала изменяется по линейному закону (например, непрерывно возрастает), то отражённый сигнал, имеющий временной сдвиг относительно исходного, будет иметь также и меньшую частоту. По величине частотного сдвига можно однозначно судить о величине временной задержки между двумя сигналами, а значит и о расстоянии до поверхности жидкости.

Дальнейшая обработка полученного сигнала осуществляется в цифровом тракте, и на этом этапе возможна, например, нейтрализация шумовых сигналов, возникающих в результате волнений на поверхности жидкости или поглощения радиоизлучения.

Общий принцип функционирования датчика уровня радарного типа
Рисунок 4. Общий принцип функционирования датчика уровня радарного типа

Данный метод на сегодняшний день является наиболее технологичным и совершенным, к числу достоинств датчика на его основе следует отнести:

  1. Отсутствие подвижных элементов
  2. Отсутствие контакта с жидкой средой
  3. Универсальность – возможность работать практически с любой средой при различных условиях
  4. Высокая точность
  5. Возможность адаптировать алгоритм обработки данных для конкретных применений

Основным недостатком радарных датчиков является их цена.

Ультразвуковой датчик уровня

В датчиках данного типа используется схема, во многом сходная со схемой датчика радарного типа. В резервуаре устанавливается блок, состоящий из генератора и приёмника ультразвуковых волн (точно также как например в    ультразвуковых расходомерах и  ультразвуковых дефектоскопах). Излучение генератора УВ проходит газовую среду, отражается от поверхности жидкости и попадает на приёмник. Определив временную задержку между излучением и приёмом и зная скорость распространения ультразвука в данной газовой среде, можно вычислить расстояние до поверхности жидкости – то есть определить её уровень.

Ультразвуковым датчикам уровня свойственны практически все достоинства датчиков радарного типа, однако УД обычно имеют более низкую точность, хотя и более просты по внутреннему устройству.

Источник: www.DeviceSearch.ru.com

К достоинствам рассматриваемого ультразвукового уровнемера можно отнести малые размеры и потребляемую мощность, возможность измерения уровня агрессивных жидкостей, быстро приводящих в негодность погруженные в них металлические электроды обычных кондуктивных датчиков. В зависимости от установленного режима работы на индикатор выводится расстояние от поверхности жидкости до закреплённого над ней датчика или от поверхности до днища резервуара. Цифровая индикация с высоким темпом обновления даёт возможность судить о динамике изменения уровня.

Установленные пороги включения и выключения кулачковых насосов, открывания и закрывания кранов или заслонок не изменяются при выключении и последующем включении прибора. Однако при необходимости они могут быть оперативно изменены в процессе его работы. Всё это позволяет с успехом использовать прибор в системах автоматического управления технологическими процессами.
Следует отметить, что на поверхности жидкости не должны плавать большие посторонние предметы, изменяющие характер отражения ультразвуковой волны. Например, очень плохо отражает ультразвук пористая поверхность, уровень отражённого от неё сигнала может стать недостаточным для работы прибора.

Основные технические характеристики
Измеряемое расстояние датчик—поверхность, см …….40…750
Дискретность отсчёта, см …………………………………1
Потребляемый ток по цепи 5 В, мА, не более ………….40
Потребляемый ток по цепи 9 В, мА, не более ………….100
Удаление датчика от измерительного блока при соединении кабелем с волновым
сопротивлением 75 Ом, м, не более………………………100
Схема Ультразвуковой измеритель уровня жидкости 1
Схема ультразвукового измерителя уровня жидкости показана на рис. 1. Микроконтроллер DD1 программно формирует на своём выходе RB3 пачки импульсов. Длительность пачки — около 400 мкс, период повторения — 500 мс. Частота импульсов, образующих пачку, в программе задана равной резонансной частоте датчика (пьезокерамического излучателя-приёмника ультразвука BQ1) — 33 или 40 кГц в зависимости от его типа.

Чтобы обеспечить необходимую мощность излучения, усилитель на транзисторах VT1 и VT2 доводит размах подаваемых на датчик BQ1 импульсов до 80 В. Этот усилитель питается двухполярным напряжением +/-40 В, получаемым с помощью преобразователя постоянного напряжения в постоянное на микросхеме DA1. Датчик соединяют с блоком коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 или 75 Ом.
Одновременно с началом пачки запускается внутренний счётчик микроконтроллера. Излучённая ультразвуковая волна (зондирующий импульс) достигает границы раздела воздух—жидкость и, отразившись от неё, возвращается назад к датчику, который теперь служит приёмником ультразвука.

Принятый отражённый сигнал поступает на вход микросхемы DA2. Ограничитель на диодах VD5 и VD6 защищает его от значительно более мощного зондирующего импульса. Микросхема DA2 усиливает сигналы, фильтрует их, выделяет огибающую и преобразует её в прямоугольные импульсы амплитудой около 5 В, показанные на рис. 2.
Здесь tп — период повторения зондирующих импульсов; tз — задержка между излучённым зондирующим и принятым отражённым от контролируемой поверхности импульсами. Она может быть вычислена по формуле
Схема Ультразвуковой измеритель уровня жидкости 8
где L — расстояние между датчиком и отражающей поверхностью; Vзв — скорость звука. Если считать Vзв=333 м/с, а время — в микросекундах, то расстояние датчик—поверхность в сантиметрах равно
Схема Ультразвуковой измеритель уровня жидкости 9
Микроконтроллер с помощью встроенного счётчика-таймера измеряет интервал tз , переводит результат в сантиметры и выводит его на ЖКИ HG1 Хотя фактическая скорость звука в реальных условиях может отличаться от указанного выше значения, это приводит к погрешности измерения уровня жидкости не более 2 %, что для описываемого прибора вполне допустимо.
Схема Ультразвуковой измеритель уровня жидкости 2
При расстоянии датчик—поверхность менее 40 см нормальная работа прибора нарушается. В каждом периоде повторения зондирующих импульсов он принимает два и более отражённых сигнала, а вычисленное значение расстояния сильно отличается от истинного. В связи с этим в программе микроконтроллера наложен запрет на обработку отражённых сигналов, приходящих с задержкой менее 2,4 мс, и зона 0…40 см “закрыта” для измерения.
В случае временного отсутствия отражённых сигналов на ЖКИ выводится надпись “no SfnSor”. Если их нет более 40 с, от напряжения высокого логического уровня на выходе RB4 микроконтроллера включается светодиод HL1. С возобновлением приёма отражённых сигналов измерения продолжаются.
Схема Ультразвуковой измеритель уровня жидкости 3
Чертёж печатных проводников платы прибора показан на рис. 3, а расположение деталей на двух её сторонах — на рис. 4 Все резисторы, кроме R14 и R17, типоразмера 1206 для поверхностного монтажа. Резистор R14 — С5-16Т мощностью 1 Вт, но можно применить и импортные аналоги. Выводы подстроечного резистора R17 (АСР CA6V) установленного со стороны печатных проводников, изогнуты и припаяны к соответствующим контактным площадкам. Все остальные резисторы — типоразмера 1206 для поверхностного монтажа. Дроссель L1 — ДПМ-0,1.

Транзисторы КТ502Е и КТ503Е могут быть заменены другими транзисторами средней мощности соответствующей структуры с допустимым напряжением коллектор—эмиттер не менее 80 В. Замену транзисторам КТ3102А следует подбирать из числа транзисторов структуры n-p-n с допустимым током коллектора не менее 100 мА и напряжением коллектор— эмиттер не менее рабочего напряжения используемых реле. Авторы применили реле AZ943-1C-9D с обмоткой на 9 В сопротивлением 225 Ом и контактами, способными коммутировать цепи переменного тока до 10 А при напряжении до 277 В.

Блок питания, подключаемый к контактам 1—3 колодки ХТ1, должен выдавать два напряжения: стабилизированное 5 В (ток нагрузки 40 мА) для питания микроконтроллера и других устройств прибора, нестабилизированное 9 В (ток нагрузки 100 мА) для питания реле. При использовании реле на другое напряжение следует позаботиться о наличии нужного напряжения в блоке питания.

Микросхему DA2 и все связанные с ней элементы необходимо экранировать, чтобы исключить воздействие помех. Экран, контуры которого показаны на рис. 4 штриховыми линиями, состоит из двух обечаек из тонкой лужёной жести, накрытых крышками из того же материала. Размеры экрана 35x30x5 мм со стороны печатных проводников и 35x30x10 мм с противоположной им стороны. Части экрана крепятся пайкой к отрезкам провода диаметром 1 мм, вставленным в предназначенные для этого отверстия печатной платы. Со стороны печатных проводников над подстроечным резистором R17 для его регулировки в крышке экрана просверлено отверстие диаметром 4 мм.
Схема Ультразвуковой измеритель уровня жидкости 4
Датчик BF1 — от ультразвукового уровнемера “ECOMAX LM 04M” украинского производства. Его резонансная частота — 33 кГц. Можно применить и ультразвуковые капсюли серии МА40 фирмы muRata (с резонансной частотой 40 кГц). Хотя эти капсюли выпускаются раздельно как излучатели ультразвука (например, MA40E7S) и как его приёмники (например, MA40E7R), все они обладают свойством обратимости.
В случае использования датчика с резонансной частотой 40 кГц необходимо уменьшить до 150 кОм сопротивление резистора R22, от которого зависит частота настройки внутреннего полосового усилителя микросхемы DA2.
График этой зависимости показан на рис. 5. В микроконтроллер должна быть загружена программа, соответствующая резонансной частоте датчика (файл UZU_33_7.HEX или UZU_40_7.HEX).

Необходимо иметь в виду, что отдатчика при прочих равных условиях зависит максимальная дальность действия прибора. Поэтому окончательное решение о типе этого элемента следует принимать только после тщательного изучения его характеристик и, желательно, экспериментальной проверки его пригодности.
Замена ЖКИ МТ10Т7-7 индикатором другого типа (даже если он жидкокристаллический) возможна лишь при изменении отвечающей за вывод информации части программы микроконтроллера.
Схема Ультразвуковой измеритель уровня жидкости 5
В изготовленном приборе в первую очередь необходимо проверить работу преобразователя напряжения +5 В в +40 В и -40 В. Эту проверку следует выполнять до установки на плату транзисторов VT1 и VT2. Подав напряжение +5 В, измеряют вольтметром напряжение -40 В на конденсаторе С13 и +40 В на конденсаторе С16. В случае несоответствия необходимо подобрать резистор R20. Затем окончательно собирают прибор и подключают к нему датчик.
Осциллографом проверяют наличие пачек импульсов на выводе 9 (RB3) микроконтроллера. На выходе усилителя (в точке соединения резисторов R9, R10) и на датчике BF1 размах этих импульсов должен быть около 80 В. Датчик должен издавать хорошо слышимые щелчки, повторяющиеся с частотой 2 Гц.

Дальнейшая регулировка сводится к установке чувствительности приёмной части прибора подстроечным резистором R17. Осциллограмма напряжения на выходе (выводе 1) микросхемы DA2 должна быть подобна изображённой на рис. 2. В каждом периоде должны наблюдаться один зондирующий и один отражённый импульсы. Если отражённых импульсов видно больше, необходимо подстроечным резистором R17 уменьшить чувствительность прибора. Для увеличения интенсивности отражённого сигнала необходимо позаботиться о том, чтобы вертикальная ось датчика (направление наибольших интенсивности излучения и чувствительности) была направлена строго перпендикулярно поверхности жидкости.

При включении питания уровнемера на его ЖКИ на 1 с появляется надпись “Start”, затем она исчезает и начинается измерение уровня жидкости. Его результат в сантиметрах занимает на ЖКИ знакоместа с седьмого по девятое слева и обновляется два раза в секунду. Для перехода в режим установки параметров необходимо нажать на кнопку SB1 и удерживать её в течение примерно 8 с. На ЖКИ должна появиться на 1 с надпись “—“. Затем начнётся автоматический перебор параметров в следующем порядке:
SEt — выбор выводимого на ЖКИ расстояния (0 — поверхность—датчик, 1 — поверхность—дно резервуара);
LEU — расстояние от датчика до дна резервуара (только в режиме SEt=1, при SEt=0 этот параметр пропускается);
OFF 1 — уровень отпускания реле К1;
On 1 — уровень срабатывания реле К1′
OFF2 — уровень отпускания реле К2;
On2 — уровень срабатывания реле К2;
HySt — ширина зоны гистерезиса.

Каждый из них остаётся на индикаторе 7 с. По окончании цикла перебора прибор возвращается в рабочий режим. Фактически всегда измеряется расстояние датчик—поверхность. Но при SEt=1 перед использованием и выводом на ЖКИ оно вычитается из введённого пользователем значения параметра LEU.
Чтобы изменить значение любого параметра, во время его присутствия на ЖКИ нажимают на кнопку SB1 (увеличение) или SB2 (уменьшение). Параметру SEt нажатием на кнопку SB1 присваивают значение 1, а на кнопку SB2 — 0. На время удержания любой кнопки нажатой счёт времени прерывается. Если отведённого интервала времени на установку нужного значения не хватило, её можно продолжить, повторно войдя в режим просмотра параметров. Поскольку установленные значения параметров хранятся в энергонезависимой памяти микроконтроллера, они не изменяются при выключении и последующем включении питания прибора.

Все уровни задают в сантиметрах. Следует соблюдать следующие условия:
On KOFF1, On 2<OFF2 (при SEt=0);
On 1 >OFF1, On 2>OFF2 (при SEt=1).

Гистерезис необходим для защиты от ложных срабатываний. Например, такое срабатывание может произойти при появлении импульса помехи в интервале между уровнями срабатывания и отпускания реле. Чтобы этого не произошло, программа микроконтроллера сравнивает каждый новый отсчёт уровня с предыдущим. Новый отсчёт считается истинным и выводится на ЖКИ, если он отличается от предыдущего не больше, чем на заданное значение HYSt. Например, при предыдущем отсчёте 150см и HYSt=10 допустимым будет считаться новый отсчёт в пределах от 140 до 160см. Результаты, не попавшие в этот интервал, будут проигнорированы. А если помеха всё-таки попадёт в него, она внесёт незначительную погрешность.

При очень быстром изменении уровня жидкости или при волнении на её поверхности рекомендуется задать HYSt=10, в противном случае достаточно 5—7.
Нажатием и удержанием в течение 5 с кнопки SB2 можно перезапустить микроконтроллер. После этого работа его программы начнётся с самого начала, как при включении питания, а на выводах 11 и 12 будет установлен низкий логический уровень, что обесточит обмотки реле К1 и К2.
Схема Ультразвуковой измеритель уровня жидкости 7
Рассмотрим работу прибора на примере. Пусть установлены следующие значения параметров: SEt=0, On 1=150, OFF1=250, текущий уровень жидкости — 180см, жидкость прибывает. Когда расстояние от датчика до поверхности жидкости станет равным или меньше 150 см, на выводе 11 микроконтроллера будет установлен высокий логический уровень и сработает реле К1. Сигнализируя об этом, во втором слева знакоместе индикатора появится цифра 1. В результате включения управляемого с помощью реле К1 исполнительного устройства (насоса или крана) количество жидкости в резервуаре станет уменьшаться, а расстояние между её поверхностью и датчиком увеличиваться. Когда это расстояние станет равным или больше 250 см, высокий логический уровень напряжения на выводе 11 микроконтроллера сменится низким, обмотка реле К1 будет обесточена, а исполнительное устройство выключено. Во второе знакоместо индикатора будет выведена цифра 0.

Аналогичным образом, но в зависимости от параметров On 2 и OFF2, управляет своим исполнительным устройством реле К2. Его состояние отображают цифры 0 или 2 на четвёртом знакоместе индикатора. Процедуры управления реле К1 и К2 работают независимо одна от другой.
При необходимости можно проинвертировать логику работы этих процедур — сделать так, чтобы при достижении уровня, заданного параметром On 1 (On 2), соответствующее реле отпускало якорь, а при достижении уровня, заданного параметром OFF1 (OFF2), — срабатывало. Для этого достаточно поменять местами коды в парах ячеек программной памяти микроконтроллера, адреса которых указаны в таблице.
Схема Ультразвуковой измеритель уровня жидкости 6
Проще всего это сделать, открыв соответствующий НЕХ-файл в программе управления программированием, например ICProg. На рис. 6 показан фрагмент окна буфера программной памяти микроконтроллера этой программы с загруженным файлом UZU_33_7.HEX. Отмечены ячейки, подлежащие изменению.
Установив курсор на такую ячейку, нужно двойным щелчком левой кнопки мыши перейти в режим редактирования её содержимого и ввести новое значение. Например, чтобы изменить логику работы реле К1, нужно код 1686Н из ячейки 32FH перенести в ячейку ЗЗЗН, а имевшийся в ней ранее код 1286Н записать в ячейку 32FH. Откорректированную программу необходимо загрузить в микроконтроллер.

Прилагаемые файлы:   uzu.zip

А. КУКСА, В. СНИГУР, г. Севастополь, Украина
“Радио” №6 2012г.

Источник: radioelectronika.ru



Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.