Sistema automático de depósito de agua | Proyecto completo de prototipo de bricolaje

introducción

En India, muchas casas tienen principalmente dos fuentes de agua para llenar el tanque de agua en el techo. Estos son el almacenamiento subterráneo y el suministro de agua municipal. Dependiendo de la disponibilidad, el tanque de almacenamiento de techo se llena manualmente con la red municipal o con el tanque de almacenamiento subterráneo. El tanque del techo se llena con agua de un tanque de almacenamiento subterráneo, que se hace con la ayuda de una bomba de agua.

Esta forma manual de llenar el tanque requiere mucho control manual del nivel de agua dentro del tanque y también aumenta el desperdicio de agua. Para reducir el desperdicio de agua y mejorar la calidad de vida, este proyecto tiene como objetivo llenar el tanque automáticamente sin intervención humana.

Este proyecto implica determinar el nivel de agua en el tanque del techo, verificar la disponibilidad de un suministro para llenar el tanque y luego llenar el tanque hasta el nivel deseado utilizando una de las dos fuentes disponibles. El llenado del tanque por parte del suministro municipal se controla a través de una válvula solenoide y la bomba de agua a través de un contactor. La toma de decisiones se realiza a través de un microcontrolador, es decir, Arduino Nano y también se utilizan muchos dispositivos electrónicos analógicos como BJT, MOSFET y diodos.

diseño

Metodología:

El funcionamiento del proyecto se puede definir por dos casos utilizando diferentes fuentes de agua dependiendo de la disponibilidad.

Caso 1: El nivel del agua está por debajo del 75% y el suministro municipal no está disponible.

En este caso, el agua se llena a través del depósito subterráneo con una bomba de agua hasta alcanzar un nivel máximo de agua del 75 %.

Caso 2: Nivel de agua por debajo del 100% y suministro municipal disponible.

En este caso, el agua se llena desde el suministro municipal hasta la capacidad total del tanque. Se utiliza una válvula solenoide para dejar de llenar el tanque después de que esté completamente lleno.

Construcción mecánica:

La disponibilidad de servicios públicos municipales se detecta mediante los dos electrodos perforados en la tubería y conectados a Arduino. El espacio entre los electrodos actúa como un obstáculo para el flujo de corriente (resistencia). Cuando el suministro está disponible, la corriente comienza a fluir a través de los electrodos, que luego es detectada por el Arduino (microcontrolador).

El flujo de agua del suministro municipal está controlado por una válvula solenoide y la bomba de agua se usa para llenar el agua desde el almacenamiento subterráneo hasta el tanque del techo.

Se utilizan dos válvulas de retención para evitar el reflujo de agua. Los dos suministros se fusionan en una sola salida a través de un conector en T.

Diagrama de circuito:

El nivel del agua está determinado por los 3 BJT que actúan como interruptores. La base de los BJT está conectada a través de una resistencia a los electrodos sumergidos en el tanque a diferentes niveles (50%, 75% y 100%). Cuando el nivel del agua llega a un electrodo, se enciende el BJT correspondiente y con él el LED conectado al BJT. Los pines colectores de los dos BJT también están conectados a los pines digitales de Arduino para definir aún más la lógica del circuito.

Una pantalla LCD de 16 × 2 está conectada al Arduino Nano a través de la comunicación I2C para mostrar el estado del suministro y la bomba de agua.

La electroválvula se controla a través de un relé. El relé está controlado por el MOSFET IRF530. El pin de la puerta del mosfet está conectado al pin digital D9 del Arduino Nano a través de una resistencia. Se conecta una resistencia entre la puerta del MOSFET y tierra, que actúa como una resistencia desplegable. Se coloca un diodo de rueda libre a través de las bobinas del relé para proteger el MOSFET del alto voltaje generado por el colapso de los campos magnéticos.

La bomba de agua puede ser controlada directamente por el relé, pero debido a la alta corriente de arranque de la bomba, los contactos del relé se dañan fácilmente. Por lo tanto, usamos un contactor. Un contactor es similar a un relé, pero funciona con 220 VCA y tiene contactos de metal más grandes y pesados ​​que tienen menos probabilidades de dañarse. El contactor se controla utilizando el mismo sistema MOSFET de relé que se explicó anteriormente. El pin de puerta del MOSFET está conectado al pin digital D8 de Arduino Nano.

El Arduino Nano se alimenta con una entrada de 5V. Los 5V se logran mediante un convertidor reductor conectado a un suministro de 12V. Un capacitor de 4700 uF está conectado al suministro de 12 para actuar como un filtro de paso bajo.

codigo arduino:

En el código Arduino, el comportamiento de los componentes de hardware se define en base a la metodología mencionada anteriormente.

Las variables GreenState, YellowState registran el estado de los transistores conectados a los LED verdes y amarillos. Dado que la salida está desfasada 180 grados, ALTO corresponde a que el transistor está apagado y BAJO a que el transistor está encendido.

Los datos de estas variables se utilizan además para definir la lógica if-else para controlar el solenoide y la bomba de agua.

Se utiliza una pantalla LCD de 16×2 para mostrar el estado de las dos fuentes de agua. La pantalla LCD se controla mediante comunicación I2C. Las bibliotecas Wire.h y LiquidCrystal_I2C.h se utilizan para la comunicación I2C con la pantalla LCD.

Después de cada ciclo, se agrega un retraso de 2000 ms cuando se ejecuta el código.

implementación del diseño

Construcción mecánica:

La parte mecánica de este proyecto consta de una tubería de PVC de ½ pulgada y sus accesorios.

Se utilizan los siguientes accesorios:

• conector de ángulo
• conector en T
• Adaptador de cobre hembra
• Boquilla de manguera de acero

Se insertan dos clavos de metal en el tubo PCV para que actúen como un electrodo para detectar la disponibilidad de servicios públicos municipales (como se explica en la sección de Construcción mecánica).

Circuito:

El circuito completo se suelda en una placa perforada de acuerdo con el diagrama del circuito. Los bloques de terminales se utilizan para conectar la fuente de alimentación de 12 V CC, la sonda de nivel, el electrodo y el solenoide.

Los tres LED están soldados en una placa perforada separada para montarlos en la caja.

Se agregan pieles térmicas a los MOSFET para disipar el calor generado durante la operación del MOSFET.

Montaje electrónico completo:

El circuito está encerrado en una caja de plástico, con la tapa utilizada para montar la pantalla LCD y los LED. Junto con el circuito, también se incluyen en el estuche un SMPS de 12 V 3,3 A y un contactor.

Varios conectores están unidos a los lados de la carcasa para conectar varios elementos y dispositivos sensores.

Estos conectores son:

• Conectores JST para conectar la sonda de nivel de agua y los electrodos
• Toma DC para conectar la electroválvula
• Conector de 220V de 3 pines para conectar la bomba de agua
• Toma de corriente de montaje en panel de 3 pines AC 220V 10A para entrada de 220V
• Un interruptor de 10A

Montaje completo:

La parte mecánica está montada verticalmente en un pequeño tanque. Y la sonda de nivel de agua se inserta en el tanque a través de un pequeño orificio.

Una bomba de agua de 0,5 hp está conectada a nuestra mecánica, que se controla a través del circuito.

Trabajar:

Caso 1: El nivel del agua está por debajo del 75% y el suministro municipal no está disponible.

Caso 2: Nivel de agua por debajo del 100% y suministro municipal disponible.

Mejoras futuras

• La sonda de nivel de agua se puede mejorar aún más agregando una rejilla de contactos metálicos para medir con precisión el nivel del agua.
• El agua tiende a llenar el electrodo de prueba de alimentación, lo que a veces tiende a dar datos erróneos sobre la disponibilidad de alimentación. Se puede mejorar mejorando el diseño mecánico o utilizando un sensor de presión en lugar de electrodos metálicos.