خانه / چگونه بسازیم / الکترونیکی / مدار الکترونیکی کنترل کننده و نشانگر سطح آب مخزن با امواج فراصوتی

مدار الکترونیکی کنترل کننده و نشانگر سطح آب مخزن با امواج فراصوتی

قبلا ساختنی پروژه های متعددی برای نشان گر های سطح آب مخزن برای شما ارائه کرده بود. اما این آموزش ساخت مدار الکترونیکی به دلیل ویژگی های منحصر به فردش یکی از بهترین مدارهای کاربردی در زمینه نشان دادن سطح آب یک مخزن است.
این مدار کنترل کننده سطح آب در مخازن ، می تواند عمق آب را تا 2 متر و با دقت 1 سانتی متر بسنجد و به این دلیل که هیچ نوع شناور یا الکترود های تماسی در این مدار استفاده نشده است و تماسی با آب صورت نمی گیرد ، هیچ نیازی به عایق سازی مدار و جعبه آن نیست و خطر اتصال با نفوذ آب هم به شدت کاسته می شود. بنابراین این مدار الکترونیکی برای کاربرد علمی بسیار قابل اعتماد است.
البته از آنجایی که آب و مدارهای الکتریکی هیچگاه رابطه خوبی با هم نداشته اند باز هم باید حواسمان به نرسیدن آب به مدارها ، مخصوصا ماژول اولتراسونیک (فرا صوتی) باشد.

ماژول فاصله یاب اولتراسونیک (فراصوت) HC-SR04

عکس ماژول فراصوت HC-SR04
عکس ماژول فراصوت HC-SR04

HC-SR04 یک ماژول فاصله یاب فراصوت (ultrasonic) است،در این مدار الکترونیکی از این ماژول استفاده کرده ایم. این ماژول فراصوت از یک فرستده و گیرنده فراصوت و قطعات الکترونیکی مورد نیاز برای عملیاتی کردن آن ها تشکیل شده است . قوانین فیزیکی مورد استفاده در این ماژول خیلی ساده است . این ماژول 8 عدد پالس (موج) فراصوت با فرکانس 40KHz می فرستند و سپس امواجی را که بازتاب داده شده اند را دریافت می کند ، درست مانند یک رادار . تاخیر اتفاق افتاده بین فرستادن موج و بازگشت موج فراصوتی در واقع زمانی است که موج صدا صرف کرده که از ماژول تا مانع برود و بازگردد.
این زمان تاخیر را می توان با فرمول بسیار ساده ای به فاصبه تبدلیل کرد:

D=T.S/2

در این فرمول ، t زمان تاخیر به ثانیه ، s سرعت موج صوتی و d فاصله است . تقسیم بر 2 هم به این دلیل است که موج مسیر را دوبار طی می کند (رفت و برگشت).
خروجی ماژول فراصوتی HC-SR04 یک پالس با طول مشخصی خواهد بود که رابطه مستقیمی با فاصله دارد ، با استفاده از دیتاشیت (datasheet) این ماژول می توانید ببینید که هر 58 میکروثانیه طول پالس به معنای یک سانتی متر فاصله است .
برای این که این ماژول را تحریک کنیم باید یک سیگنال برق به مدت 10 میکروثانیه به عنوان تحریک به پایه تحریک (trigger) ماژول بفرستیم و سپس صبر کنیم که ماژول جوابمان را روی پایه خروجی اش بدهد(پایه echo).
دیاگرام زمانبندی ماژول و نمودار خروجی ماژول در عکس زیر دیده می شود .

دیاگرام زمان بندی و پایه های ماژول اولتراسونیک HC-SR04
دیاگرام زمان بندی و پایه های ماژول اولتراسونیک HC-SR04

نقشه شماتیک مدار نشان گر سطح آب مخازن:

این نقشه شماتیک مدار الکترونیکی نشانگر سطح مخزن است

نقشه مدار الکترونیکی نشان گر سطح آب مخازن با استفاده از امواج فراصوت
نقشه مدار الکترونیکی نشان گر سطح آب مخازن با استفاده از امواج فراصوت

کد میکرو کنترلر 8051 برای مدار نشانگر سطح آب مخازن:

 

در ساختنی بخوانید :  آموزش ساخت ریشه چرمی برای دست سازهای چرم

 

توضیحات بیشتر در مورد نحوه کار مدار الکترونیکی

 

شما برای ساخت این مدار نیازی به دانستن مفاهیم عنوان شده در قسمت توضیحات ندارید. این توضیحات برای کسانی نوشته شده است که علاقه مند به دانستن طرز کار این مدار هستند.
پایه تحریک (Trigger) ماژول اولتراسونیک به پایه P3.0 میکرو کنترل 8051 وصل شده است . پایه خروجی ماژول اولتراسونیک (پایه Echo) هم به پایه P3.1 میکرو وصل شده است .پایه های DATA نمایشگر LCD به پایه های P2.7 ، P2.6 و P2.5 وصل شده اند. پمپ مخزن توسط پورت P2.0 میکرو کنترل می شود. پمپ استفاده شده در اینجا ، پمپ 12 ولتی شیشه شور خودرو است. اکثر پمپ های موجود در بازار با این مدار سازگاری دارند. پمپ با استفاده از یک رله به کار می افتد ، توجه داشته باشید که جریان کشیده شده توسط موتور پمپ شما از جریان قابل تحمل برای رله بالاتر نباشد(برای آموزش انتخاب موتور الکتریکیمناسب می توانید این مطلب را بخوانید)

مدار چگونه کار می کند ؟

فرض کنید ماژول اولتراسونیک روی سقف مخزن و به سمت سطح آب نصب شده است. سطح آب امواج فراصوتی فرستاده شده از این ماژول را بازتاب می دهد. ماژول اولتراسونیک این امواج بازتاب داده شده را گرفته و تاخیر زمانی بین فرستادن و گرفتن این امواج را می سنجد. فاصبه بین سطح آب تا سطح مخزن توسط میکرو کنترلر از همین داده های به دست آمده محاسبه می شود.
میکرو کنترلر 8051 خروجی ماژول را می خواند ، سپس طول این خروجی را می سنجد و با استفاده از برنامه عملیات ریاضی که در بالا توضیح دادیم فاصله را بدست می آورد.
می توانید ببینید که فاصله بدست آمده از بالای مخزن محاسبه شده است . برخلاف بقیه مدارهای نشانگر سطح آب که آم را از پایین مخزن می سنجند. البته می توان با تغییر خیلی کوچک در کد برنامه میکرو این مسئله را حل کرد. اما این ویژگی این مدار الکترونیکی به شما امکان می دهد که کاربرد عمومی برای انواع عمق های مختلف و مخازن داشته باشید. برای بدست آوردن سطح آب از کف مخزن می توانیم به سادگی فاصله سطح آب از مخزن را از عمق مخزن کم کنیم و می توان این کار را به سادگی در برنامه میکرو انجام داد که نیاز به کار دستی نباشد.
این مدار الکترونیکی پمپ آب را وقتی سطح آب به اندازه 20 سانتی متر افت می کند روشن خواهد کرد. وقتی سطح آب 5 سانتی متر بیشتر از بالاترین سطح مجاز باشد پمپ خاموش خواهد شد.
سطح آبی که روی LCD به نمایش در می آید فاصله سطح آب مخزن از سقف مخزن است . تانکر ها و مخازن 1.5 متر تا دو متر به خوبی با این مدار قابل سنجش هستند.

در ساختنی بخوانید :  با لگوهای قدیمی و سیمان میز تلفن بسازید!
میکرو کنترلر 8051 ، به جرئت یکی از شناخته شده ترین و ارزان ترین IC های جهان است
میکرو کنترلر 8051 ، به جرئت یکی از شناخته شده ترین و ارزان ترین IC های جهان است

درباره کد برنامه

پایه P3.0 میکرو برای تحریک ماژول اولتراسونیک HC-SR04 استفاده می شود. میکروکنترلر برای خواندن خروجی از پایه اکو ماژول از پایه P3.1 خودش استفاده می کند. ازهر دو تایمر داخلی میکروکنترلر 8051 در این پروژه استفاده شده است . تایمر 1 در مود 2 (8bit auto reload) و تایمر 0 (16bit) در مود 1 فعال هستند .
یک پالس 1 میکرو ثانیه ای به پایه تحریک ماژول اولتراسونیک فرستاده می شود و سپس میکرو کنترلر منتظر گرفتن خروجی از پایه echo ماژول فراصوت می ماند. حالت این پایه با دستورالعمل JNB سنجیده می شود. هرگاه میکرو یک پالس درست در این پایه حس کند تایمر 1 راه اندازی می شود.این تایمر از 200D تا 255D (55 شماره) می شمارد و سپس دوباره از ابتدا شروع می کند.
هر بار که عملیات شمردن تایمر 1 از نو آغاز می شود. پایه echo دوباره چک می شود. اگر هنوز سیگنالی روی این پایه موجود باشد تایمر راه اندازی خواهد شد.هر بار که تایمر 55 عدد می شمارد. یک عدد به انباشتگر (accumulator) اضافه می شود و این چرخه تا زمانی که سیگنالی روی پایه echo وجود داشته باشد تکرار خواهد شد.
همان طور که در بالا هم گفتیم . بر اساس دیتاشیت ماژول HC-SR04 ، به وضوح عنوان شده است که هر 58 میکرو ثانیه از سیگنال خروجی به معنای 1 سانتی متر است . در واقع ما هم با تایمر 1 داشتیم قطعه های 58 میکرو ثانیه ای را می شمردیم.
چطور ؟ میکرو کنترلر 8051 با فرکانس 12 مگاهرتز کار می کند. یعنی هر 55 شمارش تایمر به معنای 55 میکرو ثانیه است. بقیه دستورات هم در چرخه هایی تقریبا برابر با 3 میکرو ثانیه اجرا می شدند که جمعا عدد 58 میکرو ثانیه را به دست می دهد.
در واقع عددی که در انباشتگر یا همان آکومولاتور ایجاد شده است همان فاصله سطح آب از سفق مخزن به سانتی متر است . حالا که همه عملیات مورد نیاز انجام شده است ، مقدار انباشتگر را روی LCD یه نمایش می گذاریم.
حالا برنامه سوییچ پمپ آب را در صورت افت سطح آب بیش از 20 سانتی متر (سطح پایین) در مخزن روشن می کند و آن را وقتی 5 سانتی متر بالاتر رود (سطح بالا) خاموش خواهد کرد.
حالتی که به آن روشن کردن رله یا سوییچ می گئییم با کم کردن مقدار هگزادسیمال 20D از مقدار انباشتگر کنترلر می شود. وقتی پرچم carry در عملگر تفریق میکرو روشن شده باشد یعنی این که که مقدار سطح آب از 20 سانتی متر پایین تر رفته است و موتور پمپ روش خواهد شد. ولی اگر پرچ carry (carry flag) روشن نشده باشد، زیر برنامه OFF فراخوانی می شود، در این زیر برنامه ، 5D از مقدار انباشتگر کم می شود و سپس حالت پرچم carry با استفاده از دستور العمل JNC چک می شود.اگر پرچم carry روشن نباشد یعنی این که سطح آب کم تر از 5 سانتی متر بالا آمده است و موتور روشن می ماند . در غیر این صورت موتور پمپ آب خاموش خواهد شد.
موتور پمپ آب توسط پایه p2.0 میکرو کنترل می شود. حالت این پایه با استفاده از دستور العمل JB چک می شود. اگر پایه در حالت High یا “یک منطقی” باشد ، یعنی این که پمپ روشن است و پیام “Motor ON” روی نمایشگر به نمایش در می آید. اگر حالت پایه Low یا “صفر منطقی ” باشد به این معناست که پمپ خاموش است و پیام “Motor OFF” روی نمایشگر LCD به نمایش در خواهد آمد.

منبع

خلاصه مطلب
مدار الکترونیکی نشان گر سطح آب مخزن با امواج فراصوتی
عنوان مطلب
مدار الکترونیکی نشان گر سطح آب مخزن با امواج فراصوتی
توضیح کوتاه
با مدار الکترونیکی نشانگر سطح مخزن آب می توانید از این که مخزن آب ساختمان خود را هوشمند کنید
نویسنده

بیشتر بخوانید:

آموزش ساخت : کوادکوپتر بسازید – قسمت دوم... در قسمت اول آموزش ساخت کوادکوپتر با طراحی و قطعات اصلی کوادکوپتر آشنا شدید. در این قسمت باید بدنه کوادکوپتر را مونتاژ کنید و قطعات الکترونیکی اصلی را ...
چگونه بسازیم: شعله های رنگی تولید کنیم !... در این مقاله روش ساخت شعله های رنگی را آموزش می دهیم!  شعله های سبز، آبی و بنفش! این روش برای شومینه عالی است! هنگامی که یک فلز یا نمک فلز می سوزد،...
آموزش ساخت : چراغ خواب لامپ عجیب و متفاوت !... امروز در ساختنی طرز ساخت یک چراغ زیبا و متفاوت را می خوانید. علاوه بر زیبایی خاصی که این چراغ ها دارند، ساختنشان ساده است و احتیاج به ابزار و وسایل خا...
آموزش ساخت : با PVC لانه پرنده بسازید اگر اهل ساختنی باشید حتماً قدر PVC را می دانید. لوله و ورقه PVC خیلی راحت بریده میشود و شکل می گیرد؛ به همین خاطر میتوان از آن در ساختنی های مختلف است...
با دستگاه برش لیزری جعبه لوازم آرایشی گردان بسازید... جعبه لوازم آرایشی گردان بهترین وسیله برای نگه داری لوازم آرایشی است. با این جعبه همه وسایل آرایشی منظم و در دسترس خواهند بود. طبقه های این جعبه لوازم ...
ساخت جاقلمی آهنربایی شیک و مقاوم با چوب‌های بلا استفاده... اگر می‌خواهید به کسی خودنویس یا خودکار هدیه بدهید، قبل از هر چیز باید یک جاقلمی شیک پیدا کنید. اگر چند ابزار نجاری داشته باشید، به کمک این ساختنی خودت...

درباره مهرداد جمالی

مهرداد جمالی

مهرداد جمالی ، متولد 1367 ، دانش آموخته رشته لیسانس مهندسی مخابرات دانشگاه ملی زنجان و دانشجوی ارشد مدیریت صنعتی است. وی بنیان گذار اصلی پروژه ساختنی و یکی از مدیران ارشد وبسایت است.

پیشنهاد می کنیم

صفحه نمایش گردان LED یا چراغ LED گردان

دستگاه چرخ LED گردان یا صفحه نمایش گردشی LED با استفاده از آردوینو

در این پروژه قصد داریم تا به شما چگونگی ساخت یک صفحه نمایش LED چرخان …

۴ دیدگاه ها

  1. سلام جناب …
    سایتتون عااااالیه…
    یه مشکلی دارم / سورس برنامه رو با mikroC pro 8051 که میخوام کامپایل کنم کلی خطا میده بهم…
    چون اسمبلی بلد نیستم اصلا متوجه اشکال نمیشم…
    میتونید کمکم کنید؟ همه وسایلش رو گرفتم ولی برنامه خطا داره..
    ممنون از زحماتتون…

  2. سلام
    مهندس جان من با این میکرو کار نکردم با چه برنامه ای باید فایل hex ش رو درست کنم که بتونم بدم به نرم افزار پروگرامر؟

پاسخ دهید