لوگوی جشنواره وب و موبایل ایران
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 پروژه‌های متعددی برای نشان گر‌های سطح آب مخزن برای شما ارائه کرده بود. اما این آموزش ساخت مدار الکترونیکی به دلیل ویژگی‌های 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 ، می‌تواند عمق آب را تا 2 متر و با دقت 1 سانتی متر بسنجد و به این دلیل که هیچ نوع شناور یا الکترود‌های تماسی در این مدار استفاده نشده است و تماسی با آب صورت نمی‌گیرد ، هیچ نیازی به عایق سازی مدار و جعبه آن نیست و خطر اتصال با نفوذ آب هم به شدت کاسته می‌شود. بنابراین این مدار الکترونیکی برای کاربرد علمی‌بسیار 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 آن‌ها تشکیل شده است . قوانین فیزیکی مورد استفاده در این ماژول خیلی ساده است . این ماژول 8 عدد پالس (موج) فراصوت با فرکانس 40KHz می‌فرستند و سپس امواجی را که بازتاب داده شده اند را دریافت می‌کند ، 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 می‌توان 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 می‌کند (رفت و برگشت).
خروجی ماژول فراصوتی HC-SR04 یک پالس با طول مشخصی خواهد بود که رابطه مستقیمی‌با فاصله دارد ، با استفاده از دیتاشیت (datasheet) این ماژول می‌توانید 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 می‌شود .

دیاگرام زمان بندی و پایه‌های ماژول اولتراسونیک HC-SR04
دیاگرام زمان بندی و پایه‌های 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 :  فنجان بافتنی ببافید و تی بگ هایتان را داخلش نگه دارید

 

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 .پایه‌های DATA نمایشگر LCD به پایه‌های P2.7 ، P2.6 و P2.5 وصل شده اند. پمپ مخزن توسط پورت P2.0 میکرو کنترل می‌شود. پمپ استفاده شده در اینجا ، پمپ 12 ولتی شیشه شور خودرو است. اکثر پمپ‌های موجود در بازار با این مدار سازگاری دارند. پمپ با استفاده از یک رله به کار می‌افتد ، توجه داشته باشید که جریان کشیده شده توسط موتور پمپ شما از جریان قابل تحمل برای رله بالاتر نباشد(برای آموزش انتخاب موتور الکتریکیمناسب می‌توانید این مطلب را بخوانید)

مدار چگونه کار می‌کند ؟

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 می‌دهد. ماژول اولتراسونیک این امواج بازتاب داده شده را گرفته و تاخیر زمانی بین فرستادن و گرفتن این امواج را می‌سنجد. فاصبه بین سطح آب تا سطح مخزن توسط میکرو کنترلر از همین داده‌های به دست آمده محاسبه می‌شود.
میکرو کنترلر 8051 خروجی ماژول را می‌خواند ، سپس طول این خروجی را می‌سنجد و با استفاده از برنامه عملیات ریاضی که در بالا توضیح دادیم فاصله را بدست می‌آورد.
می‌توانید ببینید که فاصله بدست آمده از بالای مخزن محاسبه شده است . برخلاف بقیه مدارهای نشانگر سطح آب که آم را از پایین مخزن می‌سنجند. البته می‌توان با تغییر خیلی کوچک در کد برنامه میکرو این مسئله را حل کرد. اما این ویژگی این مدار الکترونیکی به شما امکان می‌دهد که کاربرد عمومی‌برای انواع عمق‌های مختلف و مخازن داشته باشید. برای بدست آوردن سطح آب از کف مخزن می‌توانیم به سادگی فاصله سطح آب از مخزن را از عمق مخزن کم کنیم و می‌توان 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 می‌کند 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 می‌آید فاصله سطح آب مخزن از سقف مخزن است . تانکر‌ها و مخازن 1.5 متر تا دو متر به خوبی با این مدار قابل سنجش هستند.

میکرو کنترلر 8051 ، به جرئت یکی از شناخته شده ترین و ارزان ترین IC‌های جهان است
میکرو کنترلر 8051 ، به جرئت یکی از شناخته شده ترین و ارزان ترین IC‌های جهان است

درباره کد برنامه

پایه P3.0 میکرو برای تحریک ماژول اولتراسونیک HC-SR04 استفاده می‌شود. میکروکنترلر برای خواندن خروجی از پایه اکو ماژول از پایه P3.1 خودش استفاده می‌کند. 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 می‌شود و سپس میکرو کنترلر منتظر گرفتن خروجی از پایه echo ماژول فراصوت می‌ماند. حالت این پایه با دستورالعمل JNB سنجیده می‌شود. هرگاه میکرو یک پالس درست در این پایه حس کند تایمر 1 راه اندازی می‌شود.این تایمر از 200D تا 255D (55 شماره) می‌شمارد و سپس دوباره از ابتدا شروع می‌کند.
هر بار که عملیات شمردن تایمر 1 از نو آغاز می‌شود. پایه echo دوباره چک می‌شود. اگر هنوز سیگنالی روی این پایه موجود باشد تایمر راه اندازی خواهد شد.هر بار که تایمر 55 عدد می‌شمارد. یک عدد به انباشتگر (accumulator) اضافه می‌شود 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 قطعه‌های 58 میکرو ثانیه ای را می‌شمردیم.
چطور ؟ میکرو کنترلر 8051 با فرکانس 12 مگاهرتز کار می‌کند. یعنی هر 55 شمارش تایمر به معنای 55 میکرو ثانیه است. بقیه دستورات هم در چرخه‌هایی تقریبا برابر با 3 میکرو ثانیه اجرا می‌شدند که جمعا عدد 58 میکرو ثانیه را به دست می‌دهد.
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 می‌گذاریم.
حالا برنامه سوییچ پمپ آب را در صورت افت سطح آب بیش از 20 سانتی متر (سطح پایین) در مخزن روشن می‌کند و آن را وقتی 5 سانتی متر بالاتر رود (سطح بالا) خاموش خواهد کرد.
حالتی که به آن روشن کردن رله یا سوییچ می‌گئییم با کم کردن مقدار هگزادسیمال 20D از مقدار انباشتگر کنترلر می‌شود. 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 می‌شود، در این زیر برنامه ، 5D از مقدار انباشتگر کم می‌شود و سپس حالت پرچم carry با استفاده از دستور العمل JNC چک می‌شود.اگر پرچم carry روشن نباشد یعنی این که سطح آب کم تر از 5 سانتی متر بالا آمده است و موتور روشن می‌ماند . در غیر این صورت موتور پمپ آب خاموش خواهد شد.
موتور پمپ آب توسط پایه p2.0 میکرو کنترل می‌شود. حالت این پایه با استفاده از دستور العمل JB چک می‌شود. اگر پایه در حالت High یا “یک منطقی” باشد ، یعنی این که پمپ روشن است و پیام “Motor ON” روی نمایشگر به نمایش در می‌آید. 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
عنوان مطلب
مدار الکترونیکی نشان گر سطح آب مخزن با امواج فراصوتی
توضیح کوتاه
با مدار الکترونیکی نشانگر سطح مخزن آب می‌توانید از این که مخزن آب ساختمان خود را هوشمند کنید
نویسنده

در ساختنی بخوانید :

قاب تراشه RFID را عوض کنید و وسایل مختلف بسازید!... سیستم های RFID همه جا اطراف ما هستند؛ از کارت های اتوبوس و مترو گرفته تا اسباب بازی ها! کارکردها و ویژگی های منحصر به فرد تراشه RFID این تکنولوژی را ب...
با تکه های چوب یک میز قهوه خوری شش ضلعی بسازید... اگر فکر می کنید برای داشتن یک میز قهوه خوری شیک و مدرن باید پول زیادی هزینه کنید، بهتر است ویدیوی زیر را ببینید. با صرف هزینه به مراتب کمتر و البته کم...
موتور الکتریکی ساده و قوی بسازید اگر به ساخت کاردستی های علمی علاقه دارید، ساخت موتور الکتریکی یکی از پروژه هایی است که حتماً برایتان جالب خواهد بود. در این ساختنی طرز ساخت یک موتور ا...
آموزش ساخت : انگشتر چوبی با سنگ های تزیینی بسازید... روش های مختلفی برای ساخت حلقه و انگشتر چوبی وجود دارد. برخی از این روش های ناکارآمد هستند و برخی دیگر نیاز به ابزار حرفه ای و گران دارند. در این ساختن...

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

با دستگاه CNC یک نقشه کش XY با دقت بالا بسازید

در این ساختنی طرز ساخت یک دستگاه نقشه کش را یاد می‌گیرید که با دستگاه …

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