Construcción de un medidor de nivel de líquidos para un depósito con ultrasonidos. En un depósito simétrico, dividiendo su capacidad máxima en litros entre la altura en centímetros, obtendremos el número de litros que contiene cada centímetro del líquido dentro del depósito. Conociendo la capacidad máxima del depósito, es posible medir la distancia libre de la parte superior del depósito por reflexión de los ultrasonidos en la superficie del líquido. Luego restamos esa distancia con la altura total del depósito, y así podremos calcular los litros que almacena en su interior.
Aprovechando el medidor de distancias ultrasónico que hice el año 2018, sólo he tenido que adaptar su código para convertir el medidor de distancia en un medidor de litros, y mostrarlos en el display.
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Litros de un depósito
Para calcular el número de litros que hay dentro de un depósito simétrico, podemos medir la distancia libre de líquido, desde su nivel máximo de llenado hasta la superficie del líquido. Luego restamos esa distancia de la altura total del depósito, y la multiplicamos por el número de litros por centímetro que previamente hemos calculado en función de la altura del depósito y su capacidad máxima.
De esta forma podemos realizar la medida desde arriba, colocando un medidor de distancia ultrasónico en alguna de las bocas de respiración del depósito. Apuntando el haz ultrasónico del medidor hacia el fondo, el sensor recibirá el eco que se refleje en la superficie del líquido. A partir de esa medida ya podemos calcular el número de litros que contiene el depósito, evitamos que el sensor entre en contacto con el líquido, y podríamos medir cualquier producto químico o corrosivo.
Funcionamiento del sensor HC-SR04
El sensor de ultrasonidos HC-SR04 tiene dos cápsulas piezoeléctrias, por una de ellas transmite un tren de impulsos inaudible (40 KHz), y por la otra recibe el eco de la señal reflejada. Dependiendo de la distancia del punto de reflexión, el eco recibido llegará con mayor o menor retardo. Tomando como referencia la velocidad de propagación del sonido en el espacio libre, con tan sólo medir el tiempo de retardo del eco recibido con respecto al origen, podremos calcular con precisión a qué distancia del sensor se encuentra el obstáculo.
El sensor HC-SR04 dispone de 4 pines de conexión, 2 de ellos son para alimentar su circuito con 5VDC (Vcc/GND), y los otros dos son para realizar las medidas:
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- Trig: Un microprocesador externo envía un impulso de corta duración cada vez que necesita obtener una medida.
- Echo: El sensor entrega un impulso de ancho variable, y midiendo su duración obtenemos la distancia a la que se encuentra el obstáculo.
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Esquema
Este circuito incluye un zumbador piezoeléctrico, el cual he aprovechado en este montaje para utilizarlo como alarma acústica, y avisar cuando el nivel del líquido está por debajo del nivel mínimo que hayamos prefijado (reserva).
Características del depósito
Las medidas y capacidad del depósito forman parte de los parámetros de ajuste del código del programa, pudiendo así adaptar con facilidad el firmware a las dimensiones y volumen de cualquier depósito.
El nivel de la reserva también se configura en el código del programa, y son los centímetros desde el fondo del depósito hasta el nivel mínimo prefijado. En función del número de litros por centímetro del depósito, podemos calcular el número de litros de la reserva. En este caso, el nivel de reserva sería: 7,41 L/cm. X 40 cms. = 296,4 litros.
Montaje en el depósito
Como este medidor es muy pequeño, lo monté en una de las bocas de respiración para el llenado del depósito, sustituyendo su tapón por un soporte que hice a medida con la impresora 3D.
Para conectar el medidor ultrasónico sólo cuando lo necesite, cambié su interruptor de encendido por un conector de alimentación. Desde el conector hice una prolongación con cable paralelo, hasta llegar al interruptor de encendido/apagado. El interruptor lo puse en la puerta de acceso al hueco donde tengo el depósito, con el fin de no tener que acercarme hasta el depósito para ver su contenido.
Test de funcionamiento
Antes de montar el sensor en el depósito, es conveniente comprobar que no hemos cometido algún error al introducir los parámetros de ajuste en el código del programa, y de paso comprobar que funciona correctamente en todo el rango de medidas.
En la imagen anterior, comprobé que el display mostraba 1000 litros a una distancia de 5 cms. La capacidad máxima de mi depósito es de 1000 litros, y la distancia entre el sensor y el nivel máximo del depósito (offset) es de 5 cms.
Firmware
El código que necesitas para programar el ATMEGA-328P de Arduino, lo puedes descargar del repositorio GitHub:
https://github.com/J-RPM/Level-of-a-tank-with-ultrasound
Soportes 3D
El soporte del medidor y su interruptor remoto los hice on PLA de color negro. Los ficheros los puedes descargar desde el siguiente link:
https://www.thingiverse.com/thing:5633438
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Actualmente hay muchas empresas que se dedican a fabricar circuitos impresos (PCB), pero no en todas podemos conseguir pequeñas tiradas a buen precio. Por suerte, ahora disponemos de Internet y es mucho más fácil que antes. Podemos buscar empresas en cualquier parte del mundo, y es más fácil encontrar un fabricante que haga nuestros prototipos (PCB) a buen precio. Una de las empresas más grandes del sector es PCBWay.
A pesar de que el nuevo sensor que instalemos sea del mismo modelo que el original, es muy posible que no funcione con el firmware que viene cargado al comprar el kit… y será necesario actualizarlo. Si cargamos la versión 5 del firmware (disponible en el blog), además de disponer de un termómetro para fluidos, también dispondremos de las funciones de reloj con cambio automático de hora, despertador, cronómetro y alarmas.
