Набор для сборки датчика уровня. Индикатор уровня воды в баке своими руками Электрические индикатор уровня воды своими руками

Цель передо мной стояла следующая. Есть двухсот-литровый бак, высотой 1 метр с небольшим, который планируется зашить в импровизированный шкаф, т.е. визуально увидеть уровень воды в нём не будет возможности. К этому баку подключена насосная станция, которая далее подаёт воду под нормализованным давлением в квартиру.

Соответственно мне нужно каким-то образом видеть уровень воды в баке для возможности спланировать её расход в моменты отсутствия центрального водоснабжения, а также необходима возможность отключения насосной станции в случае если уровень воды достигнет заданного минимального значения для предотвращения попадания воздуха в систему, так как это чревато серьёзными последствиями.

Поискав подобные решения в сети, столкнулся с тем, что с самим индикатором, в принципе, проблем нет. Основная загвоздка была в датчике уровня воды, который в простейшем виде представлял из себя ряд датчиков с отдельным выходом. Так, если планируется 10 шагов/делений в датчике, то необходимо задействовать 11 -12 проводов для их последующего соединения с индикатором.

Схема и Конструкция датчика уровня воды

Такое количество проводов стало для меня камнем преткновения и я решил сделать датчик, состоящий из двух проводов, который бы подключался к гибко настраиваемому индикатору. Схему датчика вы можете увидеть на рисунке ниже.

Рис. 1 Датчик уровня жидкости

Здесь всё просто, ряд последовательно подключённых резисторов с изменяемым сопротивлением за счёт столба воды, который выступает в роли импровизированных перемычек. В итоге у нас получается резистор с сопротивлением от 75 кОм до 1-2 кОм (сопротивление воды).

Фактически, датчик был выполнен из отрезка пластиковой трубы, отводом служит пластиковый тройник с переходом на металл, заглушенный латунной пробкой. Технологические варианты соединения элементов вы можете увидеть на фото ниже.

Рис. 2 Фото готового датчика и его конструктивных элементов

Таким образом нет нужды делать кучу отверстий в баке, достаточно одного крепежного отверстия в самом верху бака, что даёт возможность легко монтировать / демонтировать датчик с целью периодической очистки бака от налёта и т.п.

Схема и Конструкция индикатора уровня воды

Индикатор решено было собирать на микросхеме LM3914, являющейся специально приспособленной для наших целей. У неё есть возможность выставить верхний и нижний порог уровней входящих напряжений, а оставшуюся разницу напряжений индицировать на 10 светодиодов, что делает настройку всей конструкции весьма простой.

После долгих экспериментов была оформлена окончательная рабочая схема, которая не перегревалась, легко настраивалась и чётко переключалась. Итак, схема индикатора доступна ниже.

Рис. 3 Индикатор уровня жидкости

Начнём с питания. На схеме основной источник питания указан как Bat 1, он может быть любым в пределах 12 - 18 вольт, в моём случае используется переделанный блок питания ноутбука с выходом на 14 вольт. Также требуется стабилизированный источник питания на 8 вольт (используется как опорное для установки верхнего уровня напряжения). Это может быть как Кренка так и что-то иное, у меня стоит китайский импульсный преобразователь, который размером 1см х 1 см, и места занимает мало и не греется совсем.

Резистор R13 выставляет верхний порог напряжения индикатора (3 - 8 вольт), резистор R12 выставляет нижний порог напряжения индикатора (0 - 3 вольт), резистор R11 задаёт ток, протекающий через светодиоды (около 12 мА). Транзистор T1 управляет реле, которое в свою очередь отключает нагрузку (насос) в случае низкого уровня воды. Диоды и транзисторы можно ставить любые, подходящие по токам и напряжениям.

Настройка заключается в следующем. Подключаем готовый датчик (X1, X2) и при полностью замкнутом контуре (сопротивление близко к 0 Ом) выставляем верхний уровень напряжения так, чтобы горели все светодиоды. После этого размыкаем датчик и при максимальном сопротивлении (75 кОм) выставляем нижний порог напряжения так, чтобы горел один нижний светодиод, а при замыкании одной пары контактов датчика загорался второй светодиод и срабатывало реле.

В цифрах это выглядит так. С датчика у меня снималось напряжение при максимальном сопротивлении около 2,25 вольта, при минимальном сопротивлении 5,6 вольта. На индикаторе верхний порог выставлен в 5,3 вольта, нижний порог выставлен в 1,6 вольта.

Теперь считаем. 5,3 - 1,6 / 10 = 0,37 вольта на шаг деления светодиода. Т.е. чтобы зажечь первый светодиод, нам нужно 1,6 + 0, 37 = 1,97 вольта. Чтобы зажечь второй светодиод, необходимо 1,6 + 0,37*2 = 2,34 вольта.

Мой датчик дал общее сопротивление 82кОм, у меня там 11 шагов. Минимальное напряжение с датчика равно 14 вольт*20кОм/(20кОм+82кОм+20кОм) = 2,29 вольта. Следующий шаг с датчика даст 14вольт*20кОм/(20кОм+75кОм+20кОм) = 2,43 вольта.

Т.о. напряжение попадает в коридор и при замыкании водой первого контакта на датчике у нас засветится второй светодиод, реле отключится, подключив насосную станцию (контакты на реле нормально замкнутые) и всё будет исправно работать. При размыкании датчика мы будем наблюдать обратный эффект, светодиод погаснет и реле включится, отключив нагрузку.

Реле подключено таким образом, чтобы схема потребляла меньше мощности в своём нормальном рабочем режиме, а также, в случае аварийной ситуации, чтобы оно не мешало нормальной работе насоса, т.е. выключив питание на индикатор у нас станция продолжит работать, правда контролировать всё придётся уже вручную.

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 .
Нужно устройство для контроля уровня воды – уровнемер!!!

Внимание!
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.

Примерка индикатора

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: ▼ 🕗 06/04/14 ⚖️ 467,61 Kb ⇣ 218 Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года.
Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.

Хорош! Халява кончилась. Хочешь файлы и полезные статьи - помоги мне!

С помощью любимого таймера 555 можно изготовить датчик для воды, для омывайки, тосола и т.д. Стоит отметить, что подобный датчик пригодится как в Вашем автомобиле, так и в бытовых условиях. Схема довольно проста и доступна для повторения. Микросхема получила широкое распространение именно благодаря своей простоте.

Для датчика воды будет использоваться такая схема.

Работа устройства предельно проста. При погружении электродов в жидкость, С1 – конденсатор, зашунтирован. Когда электроды находятся в воздухе, то шунт исчезает, и микросхема начинает работать.

От микросхемы исходят прямоугольные импульсы. С помощью таких импульсов можно управлять при помощи более большей нагрузки. К примеру, можно подавать сигнал на лампочку через транзистор. Такая технология позволяет включить в схему сигнализацию или индикатор. С помощью последнего можно определять наличие воды в баке. Подобный датчик можно установить как в баке, так и в радиаторе. Питание датчика – 12 вольт. Это говорит о том, что с питанием не возникнет вопросов.

Как правило, датчики изготавливают из стеклотекстолита. Но чаще всего используют обычную медь (провода). Для датчика подойдет два одинаковых отрезка провода с сечением 1 миллиметр. Важно заметить, что с проводов нужно счистить лак, который может быть на поверхности металла. Делается это с помощью огня или же наждачной бумаги. Так, длина проводом должна быть до 3,5 сантиметров.

Чтобы провода держались в пробке, их укрепляют силиконом. Потом провода крепятся к самой микросхеме. Провода в крышке можно соединить с микросхемой более тонкими проводниками.

Микросхема может быть навесной – без установочной платы. Когда все будет готово, другой подобной крышкой закрывают полученное устройство. Соединение крышек необходимо герметизировать клеем или другими средствами.

Таким образом, не совершая излишних затрат можно самостоятельно изготовить датчик, который поможет не только в автомобиле, но и в быту. Так, можно избавить себя от частых подъемов на душ для того, чтобы посмотреть уровень воды в баке. Самодельный датчик уровня воды решит проблему. Важно лишь выполнять все работы аккуратно и внимательно, чтобы устройство работало исправно.

Для изготовления датчика, или индикатора уровня воды в баке, цистерне, бассейне и другой ёмкости, можно применить микросхему 4093 (отечественная 561ТЛ1) либо на микроконтроллере Ардуино. Начнём с первого варианта.

Необходимые для датчика материалы

• 2 микросхемы 4093;
• 2 панельки для микросхем;
• 7 по 500 ом резисторы;
• 7 по 2,2 Мом резисторы;
• батарея 9 В;
• гнездо для батареи;
• плата для схемы 10 х 5 см;
• 8 латунных винтов для датчиков;
• двухсторонний скотч или шурупы для крепления коробки к стене;
• сетевой кабель. Длина кабеля зависит от расстояния от резервуара для воды до места, где будет расположен дисплей.

Итак, основа - это CI4093, что имеет четыре элемента. В этом проекте использовано две микросхемы. Тут мы имеем порты с одним входом на высоком уровне, а другие подключенные через резистор, обеспечивая высокий логический уровень. При помещении в эту логику нулевого входного сигнала, выход инвертора будет на высоком уровне и включает светодиод. Всего использовано семь из восьми элементов, из-за ограничений в кабельной сети.

Сбоку размещена линейка светодиодов разных цветов, указывающая на уровень воды. Красные индикаторы - воды совсем мало, жёлтые - бак наполовину пуст, зелёные - полный. Центральная большая кнопка используется для подключения насоса и накачки бака.

Схема работает только при нажатии на центральную кнопку. Остальное время она находится в дежурном режиме. Но даже при срабатывании цепи индикации, ток минимален и батарейки хватит на долго.

Схема подключения датчика

Провода проходят внутри труб. Старайтесь расположить датчики таким образом, чтоб вода, попадающая в поле с помощью поплавкового клапана, никак не могла пройти мимо датчиков. Внутри трубы с датчиками, чтобы сделать нужный вес, был насыпан песок.

В собранном виде схема находится в коробке и установлена на стене.

Второй вариант схемы датчика уровня

Это полностью функциональный контроллер уровня воды, управляемый МК Arduino. Схема отображает уровень воды в баке и переключает двигатель, когда уровень воды опускается ниже заданного уровня. Она автоматически отключает мотор, когда бак полный. Уровень воды и другие важные данные отображаются на ЖК-дисплее 16х2 точек. В авторском варианте схема контролирует уровень воды в дренажном баке (резервуаре). Если уровень бака низкий, электродвигатель насоса не включится, что обеспечивает защиту двигателя от холостого хода. Дополнительно звуковой сигнал генерируется, когда уровень в дренажном баке слишком низкий.

Схема уровня воды с помощью контроллера Arduino показано выше. Датчик в сборе состоит из четырех алюминиевых проволок длинной в 1/4, 1/2, 3/4 и полный уровень в баке. Сухие концы этих проводов подключены к аналоговым входам A1, A2, A3 и A4 Arduino соответственно. Пятый провод размещен в нижней части бака. Резисторы R6 - R9 уменьшают потенциал входов. Сухой конец провода подключен к +5V DC. Когда вода касается конкретного зонда, происходит электрическое соединение между зондом и +5V, потому что вода обладает некоторой электропроводностью. В результате ток течет через зонд и этот ток преобразуется в пропорциональное ему напряжение. Arduino читает падении напряжения по каждому из входных резистор для зондирования уровня воды в баке. Транзистор Q1 включает зуммер, резистор R5 ограничивает ток базы Q1. Транзистор Q2 управляет реле. Резистор R3 ограничивает ток базы Q2. Переменник R2 используется для регулировки контрастности ЖК-дисплея. резистор R1 ограничивает ток через его LED подсветку. Резистор R4 ограничивает ток через светодиодный индикатор питания. Полную

». Бывает так, что надо узнать, сколько воды осталось в какой-либо непрозрачной емкости. Например, цистерна, бочка или любая другая, закопанная в землю либо поднятая на высоту так, что не видно её содержимого. Тогда на помощь придет датчик уровня воды. Схема настолько проста, что ее может повторить даже тот, кто только взял в руки паяльник. Состоит она всего из 10 резисторов, 3 транзисторов и 3 светодиодов.

Приступим к постройке схемы датчика. Сначала вырежем плату 30 мм на 45 мм. Потом нарисуем дорожки, как на фото. Рисовать желательно краской или лаком для ногтей. Но под рукой у меня оказался только маркер (хотелось бы обратить внимание, что подойдет только перманентный маркер). Если вы рисуете маркером, то лучше всех держится маркер, купленный в магазине дисков или компьютеров. Нарисовав, приступайте к травлению.

Я травил перекисью водорода, так как ни хлорного железа, ни медного купороса нет. Наливал 50 мл 3% перекиси водорода, потом клал 1 ложку соли и 2 ложки лимонной кислоты. Смешивал, пока все не растворилось. При периодическом легком покачивании протравил плату где-то минут за 50.

Приступим к пайке схемы. Для этого нам понадобятся: 3 резистора сопротивлением 10 кОм, 3 резистора сопротивлением 1 кОм, 2 зеленых и 1 красный светодиоды, 4 резистора на 300 Ом. Аккуратно все впаяв, припаиваем провода, и подключаем батарейку. Провода отрезаем через каждые 2 сантиметра.

Готово! Теперь опускаем провода в стакан и постепенно наливаем воды. Для наглядности чуть подкрасил воду. Как видим, всё отлично работает.

Когда в стакане 1/3 воды - горит только красный светодиод. Когда 2/3 - загорается еще и зеленый. А когда стакан заполнен по верхнюю линию - горят все светодиоды. в своём случае собрал схему, где всего 3 светодиода, но можно делать и больше - хоть 10. Тогда уровень воды будет виден более точно. Также хотелось бы добавить, что корпус использовал из-под корректора. Схему собрал: bkmz268

Обсудить статью ИНДИКАТОР УРОВНЯ ВОДЫ