UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA

INSTRUMENTACIÓN

AVANCE DEL PROYECTO

UTILIZACIÓN DEL SENSOR HCsr04 PARA MEDIR EL NIVEL DE AGUA UTILIZANDO ARDUINO UNO R3, DE SENSOR IR, ELECTROVÁLVULAS, PLC

INTEGRANTES:

CARLOS PUCHAICELAEDWIN MACASMARLON MACASERICK VEINTIMILLA

Se utilizó un sensor ultrasónico para medir las distancias a utilizar para controlar el abierto y cerrado de una electroválvula que sirve para controlar el nivel de agua del tanque. Se

utilizó un Arduino 1R3 que nos permitió controlar el sensor y presentar los datos en un lcd donde nos indica las distancias.

PARÁMETROS E INSTRUMENTOS UTILIZADOS:

Plataforma Variables a medir SENSOR Marca

Nivel de agua Ultrasónico Hc-sr04

Arduino Uno R3

Presencia de botellas Infrarrojo E18-d80nk

PLC LOGO! 12/24 RC

TABLA.1.DE VARIABLES A MEDIR

Sensor de distancia HC-SR04

En la parte superior del tanque de almacenamiento frente a la electroválvula se colocara un sensor de ultrasonido Hc-sr04, donde este nos muestra la altura desde el nivel de agua hasta la parte superior del canal.

Este sensor emite un trigger de 10 µs que actúa como un impulso y el cuál funciona como eco. Este fenómemo se origina cuando las ondas de sonido rebotan en una superficie y regresan a nosotros generando ese particular sonido de repetición.

Debido a que el sonido viaja en el aire a una velocidad más o menos constante, es posible estimar la distancia recorrida por un objeto gracias a una sencilla fórmula de física:

V= ∆ s∆Tv

Donde es la ∆ s diferencia en la posición y∆ t es el tiempo que tardó en realizarse este desplazamiento, en este caso se asume una trayectoria casi recta frente al sensor, en la cual se puede determinar con la siguiente formula.

V=dt

Siendo v la velocidad del sonido, d la distancia recorrida por la onda sonora y t el tiempo transcurrido.

La velocidad del sonido es constante en el aire tiene un valor de 340 m/s.Entonces la distancia se obtiene multiplicando dicha velocidad por el tiempo en que tardemos en recibir el eco. Sin embargo, la distancia hacia el objeto no es la calculada sino que se hace necesario

dividir este total entre dos, ya que el tiempo medido es el tiempo de ida y vuelta de la señal ultrasónica hacia el sensor.

d= ∆ t∗340 m /s2

En dónde,

d , es la altura desde la película hasta la ubicación del sensor, cm.v, es la velocidad del sonido, 340 m/s.∆ t , es el tiempo de tránsito del sonido, s.

En este sensor se encontrara 4 pines que están definidos de la siguiente manera.

1. VCC2. Trig3. Echo4. GND

El módulo inicia a trabajar al recibir un pulso positivo en la línea trg de al menos 10us. Luego de que el módulo recibe el pulso, este envía una señal ultrasónica y el módulo cambia el estado de la línea de 0 a 1 y la línea permanece en 1 hasta que se recibe el eco o en su defecto hasta que ha pasado el tiempo máximo de medición.

Lógica de programación

El circuito diseñado consta en las siguientes partes:

Nivel del tanque Estado de operación Sistema de llenado

Nivel del tanque

Para poder determinar el sistema del nivel de operación se dispuso un cierto rango de operación, en el cual está entre la distancia en el que se vacío el tanque es decir si el sensor está a una altura de 10 cm contra el agua (el tanque está lleno) y si la distancia está a 25 cm contra el agua (el tanque esta semivacío y se debe llenar el tanque).

Es decir que si la distancia del sensor al agua es de 25 cm se activara una válvula que procederá a llenar el tanque.

Estado de operación

Para verificar que funcione hasta cierto punto se propuso poner un rango mínimo que es de 30 cm del sensor contra el agua, para que comience a disponer que funcione todo el sistema de llenado.

Sistema de llenado

Una vez que se verifique que al a pesar de que se activó la electroválvula para que llene el tanque y no sube el nivel de agua se activara una advertencia diciendo que no hay agua en el sistema principal o hay poca agua pasando por la electroválvula, se detendrá todo el sistema de llenado (motor de la banda y la electroválvula principal).

CÓDIGO DE ARDUINO PARA DETERMINAR NIVEL DEL AGUA

#include <Ultrasonic.h>float distance; int nivel=25, bidones=0, onmotor=0, offmotor=0, advertencia=0, cont=2, llenando=0, mover=1, act=0, llena_todo=0;Ultrasonic ultrasonic(9,10); // (Trig PIN,Echo PIN)#define trigPin 9#define echoPin 10#define valvula 4#define llena_bidon 7#define motor 5#define adverten 6#define sensor 2

void activa_motor(){ //inicia el primer conteo para habilitar el llenado de los bidones y el movimiento de la banda cont=cont+1; //si estan llenos los bidones mueve la banda y cuenta que pase el otor bidon lleno y los 2 nuevos if (cont > 3){ cont=1; } }

void llenado_automatico(){

//si esta el tanque vacio al inicio, y si se pulsa llena a tope el tanque llena_todo=2; }

void setup() {

pinMode(trigPin, OUTPUT); pinMode(echoPin, INPUT); pinMode(valvula, OUTPUT); pinMode(adverten, OUTPUT); pinMode(llena_bidon, OUTPUT); pinMode(motor, OUTPUT); //Configura in2Pin como salida //interrupcion para la activacion del llenado de los bidones y parada del motor //sensor de posicion attachInterrupt(0,activa_motor, FALLING ); //interrupcion para que llene totalmente el tanque, cuando este se encuentre vacio al inicio //pulsador de inicio attachInterrupt(1,llenado_automatico, FALLING ); }

void loop() { int duration, distance; digitalWrite(trigPin, HIGH);

delayMicroseconds(1000); digitalWrite(trigPin, LOW); duration = pulseIn(echoPin, HIGH); distance = (duration/2) / 29.1; if (cont==3){ digitalWrite(motor, LOW); //desactiva el motor if(llenando>12){ //cuenta 6 segundos //si an pasado mas de 6 segundos digitalWrite(llena_bidon, LOW); //despues de que lleno por 6 segundos apaga electrovalvula digitalWrite(motor, HIGH); //enciende motor por llenando=0; }else { digitalWrite(llena_bidon, HIGH); //habilita el llenado llenando=llenando+1; } if(llenando>12){ //cuenta 6 segundos llenando=0; //reinicia conteo del paso de los bidones cont=1; } }else { llenando=0; digitalWrite(motor, HIGH); //gira el motor si no hay bidones digitalWrite(llena_bidon, LOW); //bidon } //led de advertencia para avisar si no hay agua o es deficiente el nivel del agua del tanque if (distance >= 25){ advertencia=advertencia+1; if (advertencia<2){ digitalWrite(adverten, HIGH); }

else { digitalWrite(adverten, LOW); advertencia=0; } } else { digitalWrite(adverten, LOW); } //nivel=25 si esta entre 0 y 25 if (distance >= nivel || distance <= 0){ //si no hay agua para llenar el tanque if (distance >= 30 || distance <= 0){ //cierra electrovalvula porq no hay agua digitalWrite(valvula, LOW); } else { //abre electrovalvula digitalWrite(valvula, HIGH); } nivel=10; } else { nivel=25; //esta cerrada la electrovalvula tanque lleno digitalWrite(valvula, LOW); } //si se pulso el pulsador comienza el llenado a tope if (llena_todo==2){ if (distance >= 10 || distance <= 0){ //abre electrovalvula digitalWrite(valvula, HIGH); }else { //cierra electrovalvula digitalWrite(valvula, LOW); llena_todo=0; } }else { llena_todo=0; }

delay(500);}

Imágenes de la implementación

Sensor IR (E18-d80nk)

Este sensor lo utilizamos con el fin de que detecte la presencia o no presencia de las botellas para que posteriormente éste envíe una señal al PlC y este a su vez proceda a realizar la parada del motor realizando la abierta de las electroválvulas.

Diagrama del sensor:

Se lo acondicionó para que su funcionamiento detecte una presencia a una distancia de 10 cm, lo cual es suficiente para la detección de la botella.

Características:

Voltaje de funcionamiento: 5V DC  Corriente de trabajo: 10-15 mA  Corriente de impulsión: 100mA  La detección de la gama: 3-80 cm  Cableado: Rojo (VCC), negro (GND), amarillo (OUT)  Diámetro: Aprox. 18 mm  Longitud total del sensor: Aprox. 33 cm  Longitud del cable: Aprox. 27 cm

Electroválvulas

Las utilizadas fueron las que regularmente se las encuentra en lavadoras, las mismas que se van a encargar de proveer de agua a las botellas para su posterior llenado, para el funcionamiento de estas se lo realizó mediante un tiempo estimado después de varios experimentos para lo cual llegamos a la conclusión de un tiempo determinado de 6 segundos. Se utilizarán 3 electroválvulas de las cuales 2 cumplirán la función de llenado de las botellas y una se encargará de proveer de agua al balde desde un grifo.

Características:

Estado: Normalmente cerradas

Tamaño: ¾ pulgadas

Tensión nominal: AC 120V-220V 50hz/60hz

Presión de trabajo: 0.02mpa~0.8mpa

La vida laboral:& ge; 100, veces 000

Relé

Relay 5VDC-SL-C Tipo de PCB

Características Carga clasificada: 10A 250VAC/28VDC, 10A 125VAC/28VDC, 10A 125VAC/28VDC Vida útil eléctrica: 100.000 Vida mecánica: 10 millones Tensión de la bobina: 3-48VDC El poder de la bobina: 0.36W, 0.45W Bobina de recogida de tensión: Temperatura ambiente: -25 grados Celsius a 70 grados Celsius Resistencia de aislamiento:> = 100 M (ohm)

Balde (Tanque)

El cual contendrá el agua que dé la electroválvula desde el grifo para luego proveerla para las dos electroválvulas que se encargarán del llenado de las botellas. Se le procedió a hacer dos orificios uno en la parte superior y el otro en la inferior a los cuales se les introdujo y pegó una unión sin reducción de ¾ pulgadas. Otra función de dicho balde será la de albergar al sensor ultrasónico en la parte superior opuesta a la electroválvula el cual como se lo explicó anteriormente medirá los niveles de agua de este.

Botellas

Se las llenará con el fin de que simulen a los bidones reales.

Características:

Capacidad: 1.2 litros

Diámetro: 11.67 cm

Alto: 19.6 cm

DIAGRAMA DE EMSAMBLAJE DE LOS COMPONENTES

Inconvenientes:

La ejecución del PLC no fue posible, por el motivo de que no se encontró el cable para transferir la información del ordenador al PLC, por lo cual se utilizó la plataforma de Arduino.

LOGO! 12/24 RC