Controlador Automático de Nível de Água Baseado em SRF04 para Uso Residencial e Comercial
Controlador Automático de Nível de Água Completo usando SRF04, L293D e PIC16F84A
Introdução ao Controlador Automático de Nível de Água
Monitorar e controlar o nível de água em caixas d'água é um dos trabalhos mais importantes em quase todas as áreas residenciais e comerciais. Na maioria dos casos, especialmente em edifícios residenciais, devido à falta de meios automáticos, torna-se cansativo e inconveniente monitorar frequentemente o nível de água nos reservatórios. Na verdade, em locais com escassez de água, o transbordamento seria algo bastante caro.
A única solução para o problema acima é ter uma forma automática de monitorar e controlar o nível de água. Embora existam muitas técnicas como uso de sensores de distância, sondas de corrente, medidores ultrassônicos, etc., aqui focaremos no uso de medidor ultrassônico (ranger ultrassônico).
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Visão Geral do Sistema de Controlador de Nível de Água
O sistema consiste em um sensor ultrassônico de distância colocado no topo do tanque de forma que, uma vez acionado, envia um sinal ultrassônico. A água presente no tanque reflete o sinal. O sensor recebe este sinal e o tempo entre estes dois sinais dá uma estimativa sobre a distância percorrida pelos sinais, assim o nível de água a partir do topo.
Aqui um microcontrolador é usado para enviar sinal de disparo ao medidor ultrassônico. Uma vez recebido o eco, o intervalo de tempo entre os dois pulsos é calculado e isto é diretamente proporcional ao nível de água. O intervalo de tempo é calculado com ajuda de Timer, cujo número de pulsos de contagem denota a distância percorrida pelo sinal, ou o nível de água.
Como aqui o medidor é colocado no topo do tanque, o controle de fluxo de água é feito considerando o nível de água a partir do topo. Por exemplo, se a distância medida for entre 0 a 1 cm, o tanque está transbordando e o microcontrolador envia sinal de controle para girar o motor em sentido reverso, para remover o excesso de água.
Se a distância for entre 2 a 5 cm, o tanque está cheio e o microcontrolador envia sinal para desligar o motor. Se a distância for acima de 5 cm, o tanque está quase vazio e o microcontrolador envia sinal para girar o motor no sentido direto.
Diagrama do Circuito do Controlador Automático de Nível de Água
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Figura 1: Controlador de Nível de Água
Descrição dos Componentes
Os seguintes componentes seriam usados para projetar o circuito:
- Medidor de Distância Ultrassônico SRF04
- Microcontrolador PIC PIC16F84A
- Driver de Motor L293D
- Motor DC
- Dois Resistores de 1K
Vamos ter uma breve ideia sobre cada componente
Medidor de Distância Ultrassônico SRF04:
O SRF04 é um medidor ultrassônico de alta qualidade usado em muitas aplicações robóticas para fácil detecção de obstáculos. Requer sinal de 10 microssegundos para ser acionado.
Figura 2: Medidor de Distância Ultrassônico SRF04
Uma vez acionado, envia 8 pulsos de ultrassom, a uma frequência de 40 KHz e simultaneamente eleva sua linha de eco para HIGH. Uma vez que recebe o sinal refletido ou eco, abaixa a linha de eco para LOW.
Assim, a largura do pulso de eco denota a distância percorrida pelo sinal ou, em outras palavras, a distância do medidor ao objeto. A linha de eco é portanto um pulso cuja largura é proporcional à distância ao objeto. Para 1cm, a largura do pulso de eco seria 58 microssegundos.
Figura 3: Diagrama de Temporização SRF04
Microcontrolador PIC PIC16F84A:
Figura 4: Microcontrolador PIC PIC16F84A
É um microcontrolador Flash de 8 bits, 18 pinos, compatível CMOS, com um único Timer de 8 bits (com prescaler programável de 8 bits). A operação do Timer é controlada usando os seguintes registradores – OPTION_REG, TMR0 e INTCON. O OPTION_REG é um registrador de 8 bits cujo 5º bit (T0CS) seleciona a operação de timer ou contador requerida.
Setar o bit seleciona operação de contador, enquanto limpá-lo seleciona operação de timer. TMR0 é o registrador do timer, enquanto INTCON é o registrador de interrupção cujo 5º bit (T0IE) denota a flag do timer, ou seja, seta quando o Timer transborda.
Driver de Motor L293D:
Figura 5: Driver de Motor IC L293D
É um CI driver de motor DC de 16 pinos, baseado em ponte H. Tem capacidade para acionar dois motores e em ambas as direções. Consiste em dois pinos de habilitação (Pino 1 e 9) que, quando em HIGH, habilitam a operação do CI. Basicamente atua como interface entre o microcontrolador e o motor DC. Consiste em quatro pinos de entrada – dois para cada circuito de ponte H. Abaixo está uma tabela denotando o controle do motor.

| IN1 (Pino 2) | IN2 (Pino 7) | EN1 (Pino 1) | Operação do Motor |
|---|---|---|---|
| HIGH | HIGH | HIGH | DESLIGADO |
| LOW | LOW | HIGH | DESLIGADO |
| HIGH | LOW | HIGH | LIGADO (Horário) |
| LOW | HIGH | HIGH | LIGADO (Anti-horário) |
| X | X | LOW | DESLIGADO |
Nota: Como SRF04 é um dispositivo compatível TTL e PIC16F84A é compatível CMOS, estamos usando resistor pull-up de 1K para compensar a mudança de nível de tensão.
Funcionamento e Operação do Controlador Automático de Nível de Água
O programa é escrito de forma que um pulso de 10 microssegundos é enviado do microcontrolador para acionar o medidor ultrassônico. Isto é escrito usando uma função de atraso. O registrador do timer, TMR0, é carregado com valor decimal 200, para que faça 55 contagens.
A saída do SRF04, o sinal de eco, é recebida no pino RA4 (pino de clock do Timer, fornecendo pulso de clock externo ao timer). Uma vez que o sinal de eco faz transição de HIGH para LOW, o timer é ativado. Conforme o timer conta, a flag de interrupção, T0IE, é monitorada. Uma vez setada, o timer é desativado.
O procedimento é repetido para outro pulso de eco e assim por diante. O número de vezes que o timer opera é calculado e isto denota o número de pulsos de eco. Como cada pulso de eco é de 58 microssegundos, denota 1 cm. Assim, 5 pulsos de eco denotariam 5 cm. O valor desta contagem, armazenado em um inteiro, é usado para controlar o motor DC.
Se o valor estiver entre 2 a 5, o microcontrolador envia sinais HIGH para pinos RB0 e RB1 (conectados a IN1 e IN2 do L293D respectivamente), para desligar o motor. Se valor entre 5 a 20, envia HIGH para IN1 e LOW para IN2, para ligar o motor e girá-lo no sentido horário. Se valor entre 0 a 1, envia LOW para IN1 e HIGH para IN2, para ligar o motor e girá-lo no sentido anti-horário.
Vantagens do Controlador Automático de Nível de Água usando SRF04
- Seria um sistema simples e conveniente.
- Seria um sistema de baixo custo devido ao uso de componentes de baixo custo.
- O uso de técnica automática eliminaria os obstáculos enfrentados no controle de nível de água por meios manuais.
- Como nenhuma peça mecânica é usada, eliminaria o risco de desgaste mecânico ou corrosão.
Desvantagens do Controlador Automático de Nível de Água
- O medidor ultrassônico, SRF04, estaria sujeito a amortecimento devido ao uso de muitos componentes eletrônicos e, portanto, deve ser devidamente isolado.
- Este sistema é projetado de forma que o sensor e o atuador precisam ser colocados próximos um do outro. Em palavras leigas, este sistema de controle é para locais onde o tanque de água fica perto da bomba. Assim, para muitos edifícios onde bombas submersas são usadas e caixas d'água estão nos telhados, este sistema Controlador Automático de Nível de Água não pode ser usado. No entanto, pode ser modificado usando circuito de comunicação.
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