Medidor de nivel de tanque de ultrasonido: 5 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

¿Necesita controlar el nivel de líquido en un pozo de gran diámetro, un tanque o un recipiente abierto? ¡Esta guía le mostrará cómo hacer un medidor de nivel de fluido sin contacto con sonda utilizando dispositivos electrónicos baratos!

El boceto de arriba muestra una descripción general de lo que pretendíamos con este proyecto. Nuestra casa de verano tiene un pozo de gran diámetro para suministrar agua potable para uso en la casa. Un día, mi hermano y yo hablamos sobre cómo nuestro abuelo solía medir el nivel del agua manualmente para realizar un seguimiento del consumo y la afluencia de agua durante todo el verano para evitar sobregiros. Pensamos que con la electrónica moderna deberíamos poder revivir la tradición, pero con menos trabajo manual involucrado. Con algunos trucos de programación, logramos usar un Arduino con un módulo de sonda para medir la distancia hasta la superficie del agua (l) con una confiabilidad razonable y una precisión de ± unos pocos milímetros. Esto significó que pudimos estimar el volumen restante V, utilizando el diámetro conocido D y la profundidad L, con una precisión de aproximadamente ± 1 litro.

Debido a que el pozo está ubicado a unos 25 m de la casa y queríamos la pantalla en el interior, optamos por usar dos Arduinos con un enlace de datos en el medio. Puede modificar fácilmente el proyecto para usar solo un Arduino si este no es su caso. ¿Por qué no utilizar la transferencia de datos inalámbrica? En parte debido a la simplicidad y robustez (es menos probable que el cable se dañe por la humedad) y en parte porque queríamos evitar el uso de baterías en el lado del sensor. Con un cable, podríamos enrutar tanto la transferencia de datos como la alimentación a través del mismo cable.

1) Módulo Arduino en la casa Este es el módulo Arduino principal. Enviará una señal de activación al Arduino en el pozo, recibirá la distancia medida y mostrará el volumen de agua restante calculado en una pantalla.

2) Módulo de sonda y Arduino del lado del pozo El propósito de este Arduino es simplemente recibir una señal de activación de la casa, realizar una medición y enviar de vuelta la distancia desde el módulo de sonda hasta el nivel del agua. Los componentes electrónicos están integrados en una caja (relativamente hermética), con un tubo de plástico conectado al lado receptor del módulo de la sonda. El propósito de la tubería es reducir los errores de medición al reducir el campo de visión de modo que el receptor sólo "vea" la superficie del agua.

Paso 1: Piezas, pruebas y programación

Usamos las siguientes partes en este proyecto:

• 2 x Arduino (uno para medir el nivel de líquido, otro para mostrar los resultados en una pantalla)
• Una fuente de alimentación básica de 12V
• Módulo de ultrasonido (sonar) HC-SR04
• Módulo de pantalla LED MAX7219
• Cable telefónico de 25 m (4 hilos: alimentación, tierra y 2 señales de datos)
• Caja de montaje
• Pegamento caliente
• Soldar

Coste de las piezas: unos 70 €

Para asegurarnos de que todo funcionó como debería, primero hicimos todas las soldaduras, el cableado y las pruebas de banco simples. Hay muchos programas de ejemplo para el sensor de ultrasonido y el módulo LED en línea, así que solo los usamos para asegurarnos de que la distancia medida tuviera sentido (imagen 1) y que pudiéramos captar el reflejo ultrasónico de la superficie del agua en- sitio (imagen 2). También hicimos algunas pruebas exhaustivas del enlace de datos para asegurarnos de que funciona siempre para largas distancias, lo que resultó no ser un problema en absoluto.

No subestime el tiempo dedicado a este paso, ya que es vital saber que el sistema funciona antes de esforzarse en montar todo bien en cajas, excavar cables, etc.

Durante las pruebas, nos dimos cuenta de que el módulo de la sonda a veces capta un reflejo de sonido de otras partes del pozo, como las paredes laterales y el tubo de suministro de agua, y no la superficie del agua. Esto significaba que la distancia medida de repente sería mucho más corta que la distancia real al nivel del agua. Dado que no podemos simplemente usar el promedio para suavizar este tipo de error de medición, decidimos descartar cualquier distancia nueva medida que fuera demasiado diferente de la estimación de distancia actual. Esto no es problemático ya que esperamos que el nivel del agua cambie con bastante lentitud de todos modos. Al iniciarse, este módulo realizará una serie de mediciones y seleccionará el valor más grande recibido (es decir, el nivel de agua más bajo) como el punto de partida más probable. Después de eso, además de la decisión de "mantener / descartar", se utiliza una actualización parcial del nivel estimado para suavizar los errores de medición aleatorios. También es importante permitir que todos los ecos se apaguen antes de realizar una nueva medición, al menos en nuestro caso, donde las paredes están hechas de hormigón y, por lo tanto, tienen mucho eco.

La versión final del código que usamos para los dos Arduinos se puede encontrar aquí:

github.com/kelindqv/arduinoUltrasonicTank

Paso 2: Obra civil

Como nuestro pozo se encontraba a cierta distancia de la casa, tuvimos que crear una pequeña zanja en el césped para colocar el cable.

Paso 3: Conexión y montaje de todos los componentes

¡Conecte todo como estaba durante las pruebas y espere que aún funcione! Recuerda comprobar que el pin TX de un Arduino va al RX del otro y viceversa. Como se muestra en la imagen 1, usamos el cable telefónico para suministrar energía al Arduino en el pozo, para evitar el uso de baterías.

La segunda y tercera imagen muestran la disposición de la tubería de plástico, con el transmisor colocado fuera de la tubería y el receptor colocado adentro (sí, esta fue una posición de disparo incómoda …)

Paso 4: Calibración

Después de asegurarse de que la distancia desde el sensor al nivel del agua se calcula correctamente, la calibración era solo una cuestión de medir el diámetro del pozo y la profundidad total para poder calcular el volumen de fluido. También ajustamos los parámetros del algoritmo (tiempo entre mediciones, los parámetros de actualización parcial, número de mediciones iniciales) para dar una medición robusta y precisa.

Entonces, ¿qué tan bien siguió el sensor el nivel de líquido?

Fácilmente podíamos ver un efecto de abrir el grifo durante unos minutos, o tirar el inodoro, que es lo que queríamos. Incluso pudimos ver que el pozo se estaba rellenando a un ritmo relativamente predecible de la noche a la mañana, todo con solo echar un vistazo a la pantalla. ¡Éxito!

Nota: - La conversión de tiempo-distancia no está corrigiendo actualmente los cambios en la velocidad del sonido debido a variaciones de temperatura. Esta podría ser una buena adición futura, ¡ya que las temperaturas en el pozo variarán bastante!

Paso 5: uso a largo plazo

Actualización de 1 año: ¡El sensor funciona perfectamente sin signos de corrosión o daños a pesar del ambiente húmedo! El único problema durante el año ha sido que la condensación se acumula en el sensor durante el clima frío (en invierno), lo que obviamente bloquea el sensor. Esto no es un problema en nuestro caso, ya que solo necesitamos lecturas durante el verano, ¡pero es posible que otros usuarios tengan que ser creativos!:) El aislamiento o la ventilación son probablemente soluciones viables. ¡Feliz invento!