Účelem zařízení je ovládání malého čerpadla, které dočerpává vodu do nádrže. Pomocí čidla se měří úroveň hladiny, při poklesu pod nastavenou dolní mez se čerpadlo sepne, při překročení horní meze rozepne. Kromě toho umožňuje systém přepnutí do neaktivního režimu a manuální spínání čerpadla externím vstupem. Celé zařízení je pro jednoduchost napájeno ze sítě pomocí zdroje se sériovým kondenzátorem, je tedy galvanicky spojeno se sítí a potenciálně nebezpečné. Izolace od snímané hladiny je dána principem, přenos hydrostatického tlaku řeší nevodivá hadička.

Tlakový senzor ze zvolené řady patří mezi „integrované“, což znamená, že kromě samotného snímače je na čipu řešena kalibrace nuly, teplotní kompenzace a zesílení výstupního signálu. Vybraný senzor MPXV5004GC6U poskytuje výstupní napětí 1,0 V až 4,9 V pro tlak 0 až 3,92 kPa (odpovídá 0 až 400 mm vodního sloupce). Kalibrace je zaručena pro plný rozsah s přesností ±2,5 % při teplotách od 10 do 60 °C. Zvolený typ čidla je v provedení SMD.

Obr. 1: Schéma zapojení hladinového spínače

Obr. 1 ukazuje celkové schéma zapojení přístroje. O řízení se stará mikroprocesor ATmega8 z řady Atmel AVR. Hlavní napájení z fázové svorky X1-3 je usměrněno a stabilizováno Zenerovou diodou, proud je omezen reaktancí kondenzátoru C5. Součástí „kondenzátorového“ zdroje je rezistor R9, který omezuje proudovou špičku při připojení napájení (než se kondenzátor nabije), a rezistor R10, který slouží k bezpečnému vybití kondenzátoru po odpojení napájení. Pro malé variace odebíraného proudu má zvolený zdroj dostatečně stabilní výstupní napětí a není nutné jej dále stabilizovat.

Mikroprocesor načítá úroveň tlaku ze snímače pomocí interního integračního AD převodníku. Dále je k němu připojena signalizační LED dioda a nastavovací tlačítko. Pomocí druhého jednoduchého „kondenzátorového“ zdroje je k procesoru přivedena informace o sepnutí externího spínače, který na vstup připojuje fázové napětí.

Výstup z mikroprocesoru spíná přes optotriak se spínáním v nule typu MOC3043 výkonový triak TIC236M. Použité zapojení je vhodné zejména ke spínání zátěží rezistivního charakteru, případně k napájení malého stykače. Pro výkonová čerpadla, která mají obvykle výrazně indukční charakter, není spínání v nule vhodné.

Výkres plošného spoje je na obr. 2. Pro jednoduchost byl zvolen jednostranný plošný spoj s jednou drátovou propojkou. Použité tlakové čidlo je v provedení SMD, je umístěno na samostatné destičce, která je s hlavní deskou spojena pájenou pinovou lištou. Celé zařízení je umístěno do krabičky KPDIN 04, která je v provedení ABS vhodná pro zařízení se síťovým napětím. Obr. 3 ukazuje osazovací plán pro obě strany plošného spoje.

Obr. 2: Výkres plošného spoje

Obr. 3: Osazovací plány obou stran plošného spoje

Mikroprocesor řeší spínání výstupu podle požadavků. Vývojový diagram procesu je zachycen na obr. 4. Firmware je vytvořen v jazyce C a může být snadno upraven podle potřeby.

Stiskem tlačítka při zapnutí napájení je aktivován režim nastavení dolní a horní hladiny. Údaje jsou zapisovány do interní EEPROM paměti procesoru. Při běžném provozu je možné tlačítkem kdykoliv zastavit probíhající čerpání, resp. přecházet mezi aktivním stavem (jsou snímány hladiny a spínán výstup) a neaktivním stavem (je pouze kontrolována maximální hladina a systém reaguje na externí vstup, ne na pokles hladiny).

Obr. 4: Vývojový diagram funkce procesoru

Obr. 5: Fotografie hladinového spínače

Na obr. 5 je vidět fotografie nezakrytovaného modulu hladinového spínače. Popsaná konstrukce byla realizována a ověřena přesnost snímání hladiny. Při nasazení v náročnějších klimatických podmínkách může být problémem zmíněný povolený teplotní rozsah pro platnou kompenzaci tlakového senzoru. Při experimentech se projevila nepřesnost čidla po delším časovém období (dny až týdny), která mohla být způsobena netěsností spoje mezi snímací hadičkou a tlakovým čidlem. Krátkodobá přesnost realizovaného snímání hladiny na principu hydrostatického tlaku je velmi dobrá.

Zdroj

[1] MPXV5004G Series: Integrated Silicon Pressure Sensor On-Chip Signal Conditioned, Temperature Compensated and Calibrated. Freescale Semiconductor, Inc., 2007.

Download & Odkazy

• Domovská stránka autora - http://www.alpov.net/