Точное определение уровня жидкости с лазерным ToF-сенсором VL53L0X на Arduino

Компоненты и материалы

Arduino UNO	×1
ProtoCentral Electronics ProtoCentral VL53L0X Laser ToF Sensor breakout	×1

Приложения и онлайн-сервисы

Arduino IDE

Processing

О проекте

Измерение уровня жидкости — распространённая задача в промышленных и бытовых приложениях (например, измерение уровня воды в баке). Обычно это делается с помощью зонда, опускаемого в жидкость, и измерения проводимости между электродами. Эта проводимость обычно измеряется по изменению сопротивления из-за изменения уровня воды. Такой датчик показан на картинке ниже:

Другой способ определения уровня (обычно полного) для приложений вроде отключения мотора при наполнении бака — использовать поплавковый датчик, который механически перекрывает поток. Это обычно громоздкие механические устройства, которые определяют только момент полного заполнения бака.

Почему мы не могли использовать эти методы

Для нашего конкретного приложения мы не могли физически поместить что-либо внутрь бочки из-за свойств жидкости. То же самое касается измерения пищевых продуктов. Получение датчиков пищевой категории и соблюдение стандартов безопасности пищевых продуктов может быть сложной задачей.

Бесконтактный, неинвазивный способ определения уровня жидкости в баке казался лучшим подходом. В этом случае вопрос загрязнения жидкости даже не встаёт.

Как мы это сделали

Плата ProtoCentral с лазерным сенсором содержит датчик VL53L0X от ST Microelectronics — полноценный лазерный датчик дальности по времени прохождения (Time-of-Flight). Преимущество этого устройства в том, что оно может отражать невидимый ИК-лазерный свет от любой поверхности и измерять время, за которое свет достигает детектора, также встроенного в устройство.

Максимальный диапазон измерения датчика — 2 метра, но мы всё равно смогли достичь разрешения 2 мм уровня воды в баке. Плата Laser ToF подключена к Arduino-совместимой плате ProtoFly от ProtoCentral, в которой встроен Bluetooth-модуль. В связке с Li-Ion батареей это полностью автономное беспроводное решение.

Устройство монтируется на верхушке бака, в который насосом закачивается вода.

Данные о высоте передаются беспроводно на компьютер, запускающий GUI на Processing. Приложение Processing измеряет и логирует данные уровня воды в реальном времени. Ниже видео работы устройства и ПО.

Результаты

В целом, у нас был хороший опыт использования нестандартного способа измерения уровня воды в баке. Этот датчик также обеспечил бесконтактный и более надёжный способ измерения с очень небольшими усилиями по интерфейсу.

Мы также сделаем руководство по подключению в Fritzing как можно скорее, но подключение этой платы к Arduino довольно просто — весь код и библиотеки предоставлены.

Код

ProtoCentral VL5L0X breakout board

https://github.com/Protocentral/Protocentral_VL530LX

Схемы

ProtoCentral VL5L0X breakout board

https://github.com/Protocentral/Protocentral_VL530LX/tree/master/hardware