CURSO: INTRODUCCION AL DISEÑO ELECTRICO
INFORME: SENSOR PARA MEDICION DE AGUA CON ARDUINO
DOCENTE: ING. JAMES SKINNER CELADA PADILLA
INTEGRANTES:
CALLLE HUAMAN, HENRRY GRABIEL
160486J
RUIZ VILCHEZ, JHON ANTHONY
164044J
CORDOVA MACEDO, EDWIM JHOEL
160493F
2018
ARDUINO CON SENSOR DE AGUA
INDICE:
Definición y conceptos de sensor de agua. El sensor de nivel de agua con Arduino nos permite medir cualquier líquido gracias al sensor de ultrasonidos.
Componentes necesarios para el sensor de nivel de agua con Arduino
Circuito eléctrico
Montando el sensor en la cubeta
Calibrando el sensor de nivel de agua con Arduino
Mostrando los datos en el LCD
Conclusiones
1. DEFINICION DE SENSOR DE AGUA:
En muchas ocasiones vamos a querer tener controlado el volumen de agua que tengamos en alguna parte. Con este tipo de sensor podemos saber si está seco, salpicado, sumergido en parte o sumergido del todo. Pueden ser útiles en para detectar si se está condensando agua en algún sitio, para conocer el nivel de agua en un depósito (aunque este modelo tiene muy poco recorrido) o para saber si está lloviendo. Estos sensores de agua son sencillísimos de conectar y de programar, y además baratos. 2. EL SENSOR DE NIVEL DE AGUA CON ARDUINO NOS PERMITE MEDIR CUALQUIER LIQUIDO GRACIAS AL SENSOR DE ULTRASONIDOS:
La pieza más importante en este proyecto será el Arduino. En este caso podemos utilizar cualquier modelo que tenga como mínimo 8 entradas digitales. En este tutorial trabajaré con la placa más famosa de Arduino, la UNO. El proyecto va a constar de diferentes fases donde iremos avanzando para conseguir nuestro objetivo.
Circuito eléctrico, conectando los componentes Probar todos los componentes y conexiones Montando el sensor en la cubeta Calibrando el sensor de nivel de agua con Arduino Mostrando los datos en el LCD
3. COMPONENTES NECESARIOS PARA EL NIVEL DE SENSOR DE AGUA CON ARDUINO:
Lo primero que debemos hacer si queremos crear un sensor de nivel de agua con Arduino, es conocer los componentes que vamos a utilizar. Por supuesto que esto es solo una idea, de todos los componentes que voy a detallar a continuación, alguno es prescindible. Arduino UNO
Será el cerebro de la aplicación y el encargado de gestionar todos los sensores a través de las entradas y salidas digitales. En la programación reside su potencia. Veremos que código debemos implementar para poder medir el nivel en un recipiente. Precio: 23,33€
Sensor ultrasonidos HC-SR04
Ya hemos visto en diferentes artículos e incluso un capítulo del podcast cómo funciona este sensor. No voy a entrar en detalle en su funcionamiento solo comentar que este tipo de sensores se basan en medir cuanto tiempo tarda en viajar una onda ultrasónica desde que sale del sensor hasta que regresa. Gracias a este tiempo y sabiendo la velocidad del sonido, es fácil calcular la distancia aplicando la famosa fórmula.
Precio: 1,49€
Pantalla LCD 16×2
Este componente también lo hemos visto en varios artículos. Mostrando texto en movimiento y mostrando la temperatura de un sensor. Consiste en una pantalla de cristal líquido de 16 columnas y 2 filas. En ella iremos escribiendo los resultados obtenidos de las mediciones, así como alguna otra información útil en este proyecto. Precio: 2,84€
Demás componentes electrónicos
Además de los componentes esenciales para el sensor de nivel de agua con Arduino, vamos a necesitar los típicos componentes que se suelen utilizar en muchos circuitos. Te los detallo a continuación.
Protoboard (1,92€) Potenciómetro 10kΩ (1,60€) Resistencia 220Ω (3,49€) Cables (8,99€)
4. CIRCUITO ELECTRICO:
Con todos los componentes en nuestro poder, ya podemos empezar a montar el circuito. Como ya he comentado al principio del artículo, vamos a necesitar 8 entradas y salidas digitales. Además, utilizaremos el pin de 5V y el GND (toma de tierra). 5. MONTANDO
EL
SENSOR
EN
LA
CUBETA:
Ya hemos montado todo el circuito, hemos comprobado que todo funciona correctamente y ahora vamos a montar el sensor encima del recipiente o cubeta donde vamos a tener el líquido. Lo podemos hacer de muchas formas, yo te voy a mostrar una muy sencilla utilizando dos palos de madera que se utilizan para cocinar. Son los típicos para saber si el bizcocho está hecho o para hacer brochetas. Además, he utilizado dos alambres de los típicos que vienen en cualquier embalaje para sujetar cables. Suelo recolectar este tipo de agarres ya que son muy útiles en muchas ocasiones. El resultado lo puedes ver en las siguientes imágenes.
Gracias a estos dos palos podemos situar el ultrasonido baca abajo encima de cualquier recipiente o cubeta. En la siguiente imagen te muestro un ejemplo de cómo quedaría.
6. CALIBRANDO EL SENSOR DE NIVEL DE AGUA CON ARDUINO:
Ha llegado la hora de empezar a programar. Lo primero que debemos hacer es calibrar el sensor de nivel de agua con Arduino. Para ello voy a utilizar un vaso medidor, es decir, un vaso que tiene marcadas las medidas. Así podremos asignar una medida del sensor de ultrasonidos a una cantidad de líquido. Esto nos permitirá saber qué cantidad de líquido tenemos en el recipiente. Algo que tienes que tener en cuenta es que el sensor de ultrasonidos mide la cantidad de espacio vacío en el recipiente. Por lo tanto, si conocemos la capacidad total del recipiente, al restar la cantidad de espacio vacío sabremos cuánto líquido hay. Mira el esquema general.
Entonces, según este esquema general debemos conocer que valor obtenemos con el sensor de ultrasonidos cuando está vacío, cuando está lleno y una medida conocida. Esta última medida la haremos con vaso medidor calculando el valor para 100 ml. Antes de comenzar con las medidas, debemos de tener en cuenta que el vaso debe ser cilíndrico, es decir, la base debe ser del mismo diámetro que la parte de arriba. Si intentamos medir en un recipiente que no es cilíndrico, en forma de cono, las medidas no serán proporcionales.
Calcular la media para eliminar el ruido:
En todos los sistemas electrónicos se genera un ruido debido al movimiento de los electrones, al propio sensor, la placa de Arduino, etc… Esto se traduce en una variación o fluctuación en las medidas
que vamos obteniendo a través del sensor. Para eliminar este tipo de ruido se suele aplicar un filtro paso bajo que elimina las frecuencias bajas, justo donde se encuentra el ruido. La forma más sencilla de aplicarlo a través de la programación es hacer una media de los valores que se van obteniendo.
Pero no solo para eliminar el ruido, calculando la media podemos eliminar las fluctuaciones debidas al movimiento del recipiente. Imagínate un depósito de gasolina de un coche. Cuando va en marcha el combustible no está quieto, se va moviendo. Si se quiere medir con un sensor de ultrasonidos sería complicado si no se utiliza alguna técnica como esta. Dependiendo del número de muestras que utilicemos para obtener la media, podremos tener un valor más preciso o menos preciso. Pero esto también influye en cuánto tarda en estabilizarse la medida cuando se produce un cambio. Por lo tanto, si cogemos un número alto de muestras, la media será más precisa, pero tardará más tiempo en reflejar los cambios. Por el contrario, si cogemos un número bajo de muestras, la media será menos precisa, pero veremos reflejados más rápidos los cambios. Elegir uno u otro dependerá de lo que queramos conseguir, rapidez o precisión. Otro factor a tener en cuenta es el tamaño del tipo de dato que vamos a almacenar. Debemos de tener mucho ojo ya que podemos provocar un desbordamiento. Todas las muestras se irán almacenando en una variable para luego calcular la media, por lo tanto, si elegimos un número alto de muestras debemos asegurarnos que no nos saldremos de rango. En este caso yo voy a elegir precisión, voy a coger un rango de muestras de 100. El código es muy parecido al que hemos utilizado para probar el sensor de ultrasonidos al que he añadido el cálculo de la media cada 100 valores. No voy a profundizar más en esta técnica, si quieres aprender todo lo que hay detrás te aconsejo que veas la lección donde muestro como estabilizar el sensor de temperatura LM35.
Calculando el nivel de líquido
Con los datos obtenidos en la fase anterior, con el recipiente en vacío, lleno y con 100 ml, ya podemos obtener una fórmula para el sensor de nivel de agua con Arduino. Las medidas obtenidas nos indican la cantidad de espacio vacío que hay en el recipiente. Vamos a comenzar cambiando el rango para llevarlo a 0 eliminando el offset de 2,20 cm. Es como si el líquido estuviera a 0 cm cuando el recipiente está cero. VACÍO
LLENO
100 ML
11,41 cm
2,20 cm
9,26 cm
9,21 cm
0 cm
7,06 cm
El siguiente paso es calcular cuánto ocupa 100 ml de líquido en nuestro recipiente. Esto se hace restando la distancia cuando está vacío menos la distancia cuando tiene 100 ml.
9,21 - 7,06 = 2,15 cm / 100 ml
Esta medida nos dice que cada 2,15 cm hay 100 ml de líquido. Con esto ya es sencillo calcular cuánto líquido hay dentro del recipiente. Vamos a hacerlo con un ejemplo. Supongamos que el sensor de ultrasonidos nos da una distancia de 7,11 cm. Ese sería el espacio vacío, pero nosotros queremos saber cuánto espacio queda lleno. Lo calculamos restando la distancia en vacío menos la distancia obtenida. 11,41 - 7,11 = 4,30 cm
Como sabemos que cada 2,15 cm hay 100 ml, aplicando una simple regla de 3 sabremos la cantidad de líquido que tenemos.
Pues ya tenemos la base matemática para calcular el nivel de líquido en nuestro recipiente, ahora solo nos queda aplicar dichos cálculos en nuestro sketch.
7. MOSTRANDO LOS DATOS LCD:
Por último y, aunque no es necesario, vamos a mostrar la información en una pantalla LCD de 16×2. La información que vamos a mostrar es la cantidad de líquido en ml y el porcentaje de llenado. Estos datos son fundamentales en el sensor de nivel de agua con Arduino. El siguiente código lo único que hago es mezclar el código anterior donde obtenemos la cantidad de líquido y el código con el que hemos probado el LCD.
