Controlador de nível de água totalmente automático usando SRF04

Controlador de nível de água totalmente automático usando SRF04, L293D e PIC16F84A

Introdução ao controlador automático de nível de água

Monitoramento e controle do nível de água em tanques de água é um dos trabalhos mais importantes em quase muitas áreas residenciais e comerciais. Na maioria dos casos, principalmente em edifícios residenciais, devido à indisponibilidade de qualquer meio automático, torna-se cansativo e inconveniente monitorar frequentemente o nível de água nos tanques. De fato, para lugares com escassez de água, o transbordamento de água seria uma coisa bastante cara a pagar.

A única solução para o problema acima é ter uma maneira automática de monitorar e controlar o nível da água. Embora existam muitas técnicas, como usar sensores de distância, usar sondas de corrente, usar ranger ultrassônico etc., aqui vamos nos concentrar no uso do ranger ultrassônico.

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Visão geral do sistema do controlador de nível de água

O sistema consiste em um sensor de alcance ultrassônico colocado no topo do tanque de modo que, uma vez acionado, ele envia um sinal ultrassônico. A água presente no tanque refletiria o sinal. O sensor receberia esse sinal e o tempo decorrido entre esses dois sinais forneceria uma estimativa sobre a distância percorrida pelos sinais, portanto, o nível da água a partir do topo.

Aqui um microcontrolador é usado para enviar o sinal de disparo para o ranger ultrassônico. Uma vez que um eco é recebido, o intervalo de tempo entre os dois pulsos é calculado e isso é diretamente proporcional ao nível da água. A defasagem de tempo é calculada com a ajuda do Timer, cujo número de pulsos de contagem denota a distância percorrida pelo sinal, ou o nível da água.

Uma vez que aqui o ranger é colocado em cima do tanque, o controle do fluxo de água é feito considerando o nível de água do topo do tanque. Por exemplo, se o alcance medido estiver entre 0 a 1 cm, o tanque está transbordando e o microcontrolador envia um sinal de controle para girar o motor no sentido inverso, para remover o excesso de água. '

Se o alcance estiver entre 2 e 5 cm, o tanque está cheio e o microcontrolador envia um sinal de controle para desligar o motor. Se o alcance estiver acima de 5 cm, o tanque está quase vazio e o microcontrolador envia um sinal de controle para girar o motor no sentido direto.

Diagrama de circuito do controlador automático de nível de água

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Figura 1:Controlador de nível de água

Descrição das peças

Os seguintes componentes seriam usados ​​para projetar o circuito.

1. Telémetro ultrassônico SRF04
2. Microcontrolador PIC PIC16F84A
3. Motorista L293D
4. Motor CC
5. Dois resistores de 1K

Vamos ter uma breve ideia sobre cada componente

Telêmetro ultrassônico SRF04 :

O SRF04 é um ranger ultrassônico de alta qualidade que é usado em muitas aplicações robóticas para facilitar a detecção de obstáculos. Requer um sinal de 10 microssegundos para ser acionado.

                                                             Figura 2:Telêmetro ultrassônico SRF04

Uma vez acionado, ele envia 8 pulsos de ultrassom, a uma frequência de 40 KHz e simultaneamente envia a linha de eco para ALTO. 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 ranger ao objeto. A linha de eco é, portanto, um pulso cuja largura é proporcional à distância do objeto. Para 1cm, a largura do pulso de eco seria de 58 microssegundos.

                                Figura 3:diagrama de tempo SRF04

Microcontrolador PIC PIC16F84A:

Figura 4:Microcontrolador PIC PIC16F84A

É um Microcontrolador Flash de 8 bits e 18 pinos compatível com CMOS com um único Timer de 8 bits (com pré-escalador programável de 8 bits). A operação do Timer é controlada através dos seguintes registradores – OPTION_REG, TMR0 e INTCON. O OPTION_REG é um registrador de 8 bits cujo 5 ^th bit (T0CS) seleciona a operação de temporizador ou contador necessária.

Acertar o bit seleciona a operação do contador, enquanto apagá-lo seleciona a operação do temporizador. TMR0 é o registrador do temporizador, enquanto INTCON é o registrador de interrupção cujo 5 ^th bit (T0IE) denota o sinalizador do temporizador, ou seja, é definido quando o temporizador transborda.

Motorista L293D:

Figura 5:Motor Driver IC L293D

É um IC de driver de motor DC baseado em ponte H de 16 pinos. Tem a capacidade de acionar dois motores e nos dois sentidos. Consiste em dois pinos de habilitação (Pin1 e 9) que quando ajustados em HIGH, habilitam a operação do IC. Ele basicamente atua como uma interface entre o microcontrolador e o motor DC. Consiste em quatro pinos de entrada – dois para cada circuito de ponte H. Dada a seguir é uma tabela que denota o controle do motor.

IN1(Pino 2)	IN2 (Pino 7)	EN1 (Pino 1)	Operação do motor
ALTO	ALTO	ALTO	DESATIVADO
BAIXO	BAIXO	ALTO	DESATIVADO
ALTO	BAIXO	ALTO	LIGADO (sentido horário)
BAIXO	ALTO	ALTO	LIGADO (sentido anti-horário)
X	X	BAIXO	DESATIVADO

Nota:Como o SRF04 é um dispositivo compatível com TTL e o PIC16F84A é compatível com CMOS, estamos usando um resistor de pull up de valor 1K, para compensar a mudança no nível de tensão.

Trabalho e operação do controlador automático de nível de água

O programa é escrito de forma que um pulso de 10 microssegundos seja enviado do microcontrolador para acionar o ranger ultrassônico. Isso é escrito usando uma função de atraso. O registrador do temporizador, TMR0 é carregado com o valor decimal 200, de modo que faz 55 contagens.

A saída do SRF04, o sinal de eco é recebido no pino RA4 (o pino do relógio do temporizador, fornecendo assim pulso de relógio externo ao temporizador). Uma vez que o sinal de eco faz uma transição de ALTO para BAIXO, o temporizador é ativado. À medida que o temporizador conta, o bit de sinalização de interrupção, T0IE, é monitorado. Uma vez definido, o temporizador é desativado.

O procedimento é repetido para outro pulso de eco e assim por diante. O número de vezes que o temporizador opera é calculado e isso 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 5cm. O valor desta contagem, armazenado em um número inteiro, é utilizado para controlar o motor CC.

Se o valor estiver entre 2 e 5, o microcontrolador envia sinais HIGH para os pinos RB0 e RB1 (conectados a IN1 e IN2 de L293D respectivamente), para desligar o motor. Se o valor estiver entre 5 e 20, o microcontrolador envia um sinal HIGH para IN1 e um sinal LOW para IN2, para ligar o motor e girá-lo no sentido horário. Se o valor estiver entre 0 e 1, o microcontrolador envia sinal LOW para IN1 e sinal HIGH para IN2, para ligar o motor e girá-lo no sentido anti-horário.

Vantagens do Controlador Automático de Nível de Água usando SRF04

1. Seria um sistema simples e conveniente.
2. Seria um sistema de baixo custo devido ao uso de componentes de baixo custo.
3. O uso da técnica automática eliminaria os obstáculos enfrentados no controle do nível da água usando meios manuais.
4. Como não são usadas peças mecânicas, isso eliminaria o risco de desgaste mecânico ou corrosão.

Desvantagens do Controlador Automático de Nível de Água

1. O telêmetro ultrassônico, SRF04, estaria sujeito a amortecimento devido ao uso de muitos componentes eletrônicos e, portanto, deve ser isolado adequadamente.
2. Este sistema foi projetado de forma que o sensor e o atuador precisem ser colocados próximos um do outro. Nas palavras do leigo, esse sistema de controle é para locais onde a caixa d'água fica próxima à bomba d'água. Assim, para muitos edifícios onde são usadas bombas submersíveis e tanques de água nos telhados, este sistema de controle automático de nível de água não pode ser usado. No entanto, isso pode ser modificado usando o circuito de comunicação.