Asi 71% Zeme je pokrytých vodou, ale len 2,5% z nej je pitná voda. S nárastom populácie, znečistením a zmenami podnebia sa očakáva, že už v roku 2025 sa stretneme s trvalým nedostatkom vody. Na jednej strane už existujú menšie spory medzi národmi a štátmi o zdieľanie riečnej vody na strane druhej na druhej strane ako ľudia plytvame veľa pitnej vody kvôli našej nedbanlivosti.
Na prvý pohľad sa to nemusí zdať veľké, ale ak vám z vodovodu kvapká kvapka vody raz za sekundu, bude trvať iba asi päť hodín, kým stratíte jeden galón vody, čo je dosť vody na to, aby priemerný človek prežil dva dni. Čo je teda možné urobiť, aby sme tomu zabránili? Ako vždy, aj v tomto spočíva odpoveď na vylepšenie technológie. Ak nahradíme všetky ručné kohútiky inteligentnými, ktoré sa samy otvárajú a zatvárajú automaticky, nielenže môžeme šetriť vodou, ale máme aj zdravší životný štýl, pretože kohútik nemusíme ovládať špinavými rukami. Takže v tomto projekte postavíme automatický dávkovač vody pomocou Arduina a solenoidový ventil, ktorý vám môže automaticky dávať vodu, keď je v jej blízkosti umiestnený pohár. Znie to dobre! Poďme si teda jeden postaviť…
Potrebné materiály
- Elektromagnetický ventil
- Arduino Uno (ľubovoľná verzia)
- HCSR04 - ultrazvukový senzor
- IRF540 MOSFET
- Rezistor 1k a 10k
- Nepál
- Pripojenie drôtov
Pracovná koncepcia
Koncept za automatickým automatom na vodu je veľmi jednoduchý. Budeme používať HCSR04 ultrazvukový senzor pre kontrolu, či nejaký objekt tak, že sklo je umiestnené pred dávkovača. Na reguláciu prietoku vody sa použije solenoidový ventil, ktorým je napájané napájanie, voda vyteká a voda bez napájania sa zastaví. Napíšeme teda program Arduino, ktorý vždy skontroluje, či je nejaký predmet umiestnený v blízkosti vodovodného kohútika, ak áno, potom sa solenoid zapne a počká, kým sa objekt neodstráni, po odstránení objektu sa solenoid automaticky vypne, čím zatvorí dodávka vody. Viac informácií o používaní ultrazvukového snímača s Arduino sa dozviete tu.
Schéma zapojenia
Kompletná schéma zapojenia vodného automatu na báze Arduina je uvedená nižšie
Elektromagnetický ventil použitý v tomto projekte je ventil 12V s maximálnym prúdovým prúdom 1,2 A a nepretržitým prúdovým prúdom 700 mA. To znamená, že keď je ventil zapnutý, spotrebuje asi 700 mA, aby udržal ventil stále zapnutý. Ako vieme, Arduino je vývojová doska, ktorá pracuje s napätím 5 V, a preto na jeho zapnutie a vypnutie potrebujeme prepínací obvod vodiča.
Prepínacie zariadenie použité v tomto projekte je IRF540N N-kanálový MOSFET. Má 3 piny Gate, Source a Drain z pinu 1. Ako je znázornené na schéme zapojenia, kladná svorka solenoidu je napájaná z viniča Arduina. Pretože na napájanie Arduina použijeme 12V adaptér, a teda Vin pin bude mať výstup 12V, ktorý sa dá použiť na ovládanie solenoidu. Záporný pól solenoidu je pripojený k zemi cez kolíky zdroja a odvodu MOSFET. Solenoid bude teda napájaný iba vtedy, ak je zapnutý MOSFET.
Hradlový kolík MOSFET sa používa na jeho zapnutie alebo vypnutie. Ak je hradlový kolík uzemnený, zostane vypnutý a zapne sa, ak je pripojené napätie hradla. Aby sa MOSFET udržal vypnutý, keď na kolík brány nie je pripojené napätie, je kolík brány stiahnutý na zem cez odpor 10 k. Pin 12 Arduino sa používa na zapnutie alebo vypnutie MOSFET, takže pin D12 je pripojený k hradlu cez rezistor 1K. Tento rezistor 1K sa používa na účely obmedzenia prúdu.
Ultrazvukový senzor je poháňaný + 5V a pozemné kolíky Arduino. Echo a spúšť pin je pripojený k čapu 8 a čapom 9, resp. Potom môžeme Arduino naprogramovať tak, aby pomocou ultrazvukového senzora meralo vzdialenosť a pri detekcii objektu zaplo MOSFET. Celý okruh je jednoduchý, a preto sa dá ľahko postaviť na vrchnej doske. Moja po pripojení vyzerala nižšie asi takto.
Programovanie dosky Arduino
Pre tento projekt musíme napísať program, ktorý pomocou ultrazvukového senzora HCSR-04 meria vzdialenosť objektu pred ním. Ak je vzdialenosť menšia ako 10 cm, musíme zapnúť MOSFET a inak musíme MOSFET vypnúť. Použijeme tiež palubnú LED pripojenú na pin 13 a prepneme ju spolu s MOSFETOM, aby sme mohli zaistiť, či je MOSFET zapnutý alebo vypnutý. Kompletný program, aby urobili to isté je uvedený na konci tejto stránky. Hneď nižšie som vysvetlil program tak, že som ho rozdelil na malé zmysluplné úryvky.
Program začína definíciou makier. Máme spúšť a echo kolík pre ultrazvukový senzor a kolík a LED bránu MOSFET ako I / O pre naše Arduino. Takže sme definovali, ku ktorému kolíku budú pripojené. V našom hardvéru sme pripojili Echo a Trigger špendlíka 8. a 9. ročník digitálnej kolíka resp. Potom je pin MOSFET pripojený k pin 12 a palubná LED je štandardne pripojená k pin 13. To isté definujeme pomocou nasledujúcich riadkov
#define trigger 9 #define echo 8 #define LED 13 #define MOSFET 12
Vnútri nastavenie funkcie budeme deklarovať, ktoré piny sú vstupné a ktoré budú vystupovať. V našom hardvéri je vstupným kolíkom iba kolík Echo ultrazvukového (USA) snímača a zvyšok sú výstupné kolíky. Takže používame funkciu pinMode v Arduine na zadanie toho istého, ako je uvedené nižšie
pinMode (trigger, OUTPUT); pinMode (echo, INPUT); pinMode (LED, VÝSTUP); pinMode (MOSFET, VÝSTUP);
Vo vnútri funkcie hlavnej slučky voláme funkciu nazvanú measure_distance (). Táto funkcia využíva americký senzor na meranie vzdialenosti objektu pred ním a aktualizuje hodnotu na premennú „ vzdialenosť“ . Na meranie vzdialenosti pomocou amerického snímača musí byť spúšťací kolík najskôr držaný nízko po dobu dvoch mikrosekúnd a potom držaný vysoko po dobu desiatich mikrosekúnd a potom opäť držaný nízko po dobu dvoch mikrosekúnd. Toto vyšle zvukový výbuch ultrazvukových signálov do vzduchu, ktorý sa odrazí objektom pred ním a kolík echa zachytí signály, ktoré odráža. Potom pomocou časovej hodnoty vypočítame vzdialenosť objektu pred snímačom. Ak to chcete vedieť