Эту простую схему датчика, показанную на Рисунке 1, можно использовать для дистанционного контроля уровня жидкости в емкости, например в бассейне. Генератор датчика на таймере LMC555 обеспечивает частоту выходного сигнала, которая зависит от уровня воды. Этот сигнал поступает на счетчик импульсов DS2423. Управляющий компьютер или микроконтроллер считывает выходные данные счетчика импульсов через однопроводную шину [1]. Схема потребляет ток около 150 мкА, что позволяет ей получать энергию из шины через диод Шоттки D1. Поскольку схема измеряет уровень воды, которая является частью электрической схемы, необходимо использовать сигнал, связанный по переменному току, чтобы избежать поляризации воды и образования покрытия на электродах. Один из подходов заключается в том, чтобы сделать воду ветвью схемы, последовательно соединенной с некоторой емкостью. В этой схеме датчика вода находится в ветви, содержащей времязадающую емкость КМОП таймера 555, сконфигурированного как автоколебательный генератор с коэффициентом заполнения 50%. Датчик является для схемы емкостью, значение которой изменяется в зависимости от уровня воды.
 |
|
| Рисунок 1. | Основой датчика уровня воды являются простой таймер 555 и счетчик. |
На Рисунке 2 показан один из методов изготовления датчика. Эпоксидной смолой приклейте с обратной стороны печатной платы последовательную цепочку из N керамических конденсаторов с радиальными выводами одинаковой емкости C. Скрутите выводы соседних конденсаторов, спаяйте их вместе и обрежьте, чтобы они служили электродами для контакта с водой. Внешняя оболочка датчика, сделанная из куска медной трубы диаметром 19 мм, образует другой электрод. Если поместить эту сборку вертикально в сосуд, то емкость между клеммами датчика (верхний по схеме вывод C1 и внешняя оболочка) будет увеличиваться по мере того, как вода будет подниматься и покрывать все большую часть конденсаторов. Вода эффективно замыкает конденсаторы на внешний электрод. Поскольку конденсаторы соединены последовательно, общая емкость CTOTAL изменяется в соответствии с формулой
где n – количество конденсаторов, оба вывода которых покрыты водой. Подставив это выражение в формулу для частоты генерации fOSC таймера 555, получаем
 |
|
| Рисунок 2. | Индикацию уровня воды обеспечивает цепочка последовательно соединенных конденсаторов. |
Обратите внимание, что частота изменяется линейно с уровнем воды.
В данном приложении используются 20 конденсаторов типа CK06 емкостью 0.1 мкФ. Расстояние между выводами конденсаторов составляет 5 мм. Такие размеры обеспечивают диапазон измерений 10 см с разрешением 0.5 см. В этой конструкции сопротивление времязадающего резистора RC выбрано равным 1 МОм, поскольку для минимизации ошибки синхронизации сопротивление времязадающего резистора должно быть намного больше импеданса воды. (Измерения нескольких проб воды из муниципальных и личных скважин показали значения импеданса около 5 кОм на частоте от 5 Гц до 1 кГц при расстоянии между электродами 13 мм). Еще одной причиной выбора времязадающего резистора генератора сопротивлением 1 МОм является то, что максимальная входная частота счетчика DS2423 составляет приблизительно 2 кГц. Кроме того, необходимо минимизировать потребление энергии от шины. Наконец, необходимо обеспечить максимальную изоляцию воды от шины в случае ее катастрофического повреждения.
При таких значениях емкости и сопротивления выходная частота датчика изменяется в диапазоне примерно от 7 до 142 Гц с шагом около 7 Гц. На практике показания счетчика можно считывать с интервалом от нескольких секунд до нескольких минут, чтобы получить эффект усреднения. Этот датчик использовался в течение двух летних месяцев в домашнем плавательном бассейне. Пользователи не заметили никаких изменений в работе из-за коррозии или покрытия электродов.
Ссылка
- Awtrey, Dan, "Transmitting data and power over a one-wire bus," Sensors, February 1997.
Купить DS2423 на РадиоЛоцман.Цены
