Автоматический контроллер уровня воды на SRF04, L293D и PIC16F84A для дома и бизнеса

Полностью автоматический контроллер уровня воды на SRF04, L293D и PIC16F84A

Введение: зачем нужен автоматический контроль уровня воды

Мониторинг и контроль уровня воды в баках — критически важная задача во многих жилых и коммерческих зданиях. Без автоматики приходится постоянно проверять уровень вручную — утомительно и неудобно. В регионах с дефицитом воды переливы стоят дорого.

Решение — автоматический контроль. Существуют методы: датчики расстояния, токовые зонды, ультразвуковые дальномеры. Здесь фокус на ультразвуковом дальномере.

Связанный проект: Схема датчика дождя/снега/воды на таймере 555

Общая структура системы

Ультразвуковой датчик (SRF04) монтируется сверху на баке. При триггере он излучает пакет ультразвука (40 кГц). Сигнал отражается от поверхности воды и возвращается. Время между импульсом излучения и приемом эха пропорционально расстоянию до воды (уровню сверху).

Микроконтроллер посылает триггер (10 мкс), засекает время эха с помощью таймера. Число тактов таймера = расстояние до воды.

Так как датчик сверху, логика управления насосом основана на уровне от верха:

• Расстояние 0–1 см → бак переполняется → МК подает команду на реверс мотора (слив излишков)
• Расстояние 2–5 см → бак полон → МК выключает мотор
• Расстояние >5 см → бак пуст/пустеет → МК включает мотор вперед (наполнение)

Схема контроллера уровня воды

Нажмите на изображение для увеличения

Рисунок 1: Контроллер уровня воды

Описание компонентов

1. Ультразвуковой дальномер SRF04
2. Микроконтроллер PIC16F84A
3. Драйвер двигателя L293D
4. DC-мотор (насос)
5. Два резистора 1 кОм

Ультразвуковой дальномер SRF04

Качественный ультразвуковой датчик для робототехники. Требует триггер-импульс 10 мкс. Излучает 8 импульсов при 40 кГц и поднимает линию Echo в HIGH. При приеме отраженного сигнала опускает Echo в LOW. Ширина импульса Echo пропорциональна расстоянию. Для 1 см ширина = 58 мкс.

Микроконтроллер PIC16F84A

CMOS, 8-бит, 18 выводов, Flash, один 8-битный таймер с 8-битным предделителем. Управление таймером через регистры OPTION_REG, TMR0, INTCON. Бит T0CS (5-й) в OPTION_REG выбирает режим: 1 = счетчик, 0 = таймер. TMR0 — регистр счетчика. INTCON бит T0IE (5-й) — флаг переполнения таймера.

Драйвер двигателя L293D

16-пиновый H-мост, управляет двумя моторами в обе стороны. Два пина Enable (1, 9) — HIGH включает драйвер. Интерфейс между МК и DC-мотором. 4 входных пина (по 2 на H-мост). Таблица управления:

IN1 (Pin 2)	IN2 (Pin 7)	EN1 (Pin 1)	Режим мотора
HIGH	HIGH	HIGH	OFF
LOW	LOW	HIGH	OFF
HIGH	LOW	HIGH	ON (по часовой)
LOW	HIGH	HIGH	ON (против часовой)
X	X	LOW	OFF

Примечание: SRF04 — TTL, PIC16F84A — CMOS. Используются подтягивающие резисторы 1 кОм для согласования уровней.

Принцип работы и алгоритм

Программа генерирует 10-мкс триггер для SRF04 (функция задержки). Таймер TMR0 загружается значением 200 (55 отсчетов). Эхо-сигнал с SRF04 поступает на RA4 (вход тактирования таймера). При переходе Echo HIGH→LOW таймер стартует. Мониторят флаг T0IE (переполнение). При срабатывании — стоп таймера. Процедура повторяется для уточнения. Число переполнений = число эхо-импульсов. 1 импульс = 58 мкс = 1 см. 5 импульсов = 5 см. Это значение (в целой переменной) управляет мотором через L293D:

• Значение 2–5 → RB0=HIGH, RB1=HIGH (IN1, IN2) → мотор OFF
• Значение 5–20 → RB0=HIGH, RB1=LOW → мотор ON по часовой (наполнение)
• Значение 0–1 → RB0=LOW, RB1=HIGH → мотор ON против часовой (слив)

Преимущества системы на SRF04

1. Простая и удобная система
2. Низкая стоимость (дешевые компоненты)
3. Исключает проблемы ручного контроля
4. Нет механических частей → нет износа/коррозии датчика уровня

Недостатки

1. SRF04 подвержен демпфированию от окружающей электроники — нужна хорошая изоляция/экранирование.
2. Датчик и исполнительный механизм (насос) должны быть рядом. Система для баков, где насос близко к баку. Для подводных насосов на крышах — не подходит без добавления линии связи (радио/проводная).