Flüssigkeitsstandsmessung mit einem Laser-ToF-Sensor

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Über dieses Projekt

Die Flüssigkeitsstandmessung ist eine gängige Technik in verschiedenen industriellen und häuslichen Anwendungen (um den Wasserstand in einem Tank zu messen). Dies geschieht normalerweise mit einer in die Flüssigkeit getauchten Sonde und der Messung der Leitfähigkeit zwischen ihnen. Diese Leitfähigkeit wird normalerweise durch die Widerstandsänderung aufgrund der Wasserstandsänderung gemessen. Dieser Sensortyp ist im folgenden Bild dargestellt:

Die andere Möglichkeit, den Füllstand (normalerweise der volle Füllstand) für Anwendungen wie die Motorabschaltung bei vollem Wassertank zu erfassen, besteht darin, einen schwimmerbasierten Sensor zu verwenden, der den Durchfluss mechanisch absperrt. Dies sind in der Regel klobige, mechanische Geräte und können nur erkennen, wenn der Tank voll ist.

Warum wir diese nicht verwenden konnten

Für die spezielle Anwendung, an der wir arbeiteten, konnten wir aufgrund der Beschaffenheit der Flüssigkeit physisch nichts in das Fass geben. Dies ist auch der Fall, wenn Sie Lebensmittel messen. Sensoren in Lebensmittelqualität zu bekommen und die Lebensmittelsicherheitsstandards einzuhalten, könnte eine Herausforderung sein.

Eine nicht-invasive, berührungslose Methode zur Erfassung des Flüssigkeitsstands im Tank schien der beste Ansatz zu sein. In dieser Situation kommt die Frage der Flüssigkeitskontamination nicht einmal ins Spiel.

Wie haben wir das gemacht

Die Lasersensor-Breakout-Platine von ProtoCentral enthält den VL53L0X-Sensor von ST Microelectronics, einen kompletten laserbasierten Time-of-Flight-Entfernungsmesssensor. Das Gute an diesem Gerät ist, dass es unsichtbares IR-Laserlicht von jeder Oberfläche zurückwerfen und die Zeit messen kann, die das Licht benötigt, um den ebenfalls in das Gerät integrierten Detektor zu erreichen.

Der maximale Entfernungsmessbereich des Sensors beträgt 2 Meter, dennoch konnten wir eine Auflösung von 2 mm Wasserstand im Tank erreichen. Das Laser ToF Breakout-Board ist mit einem Arduino-kompatiblen Board verbunden, das als ProtoFly von ProtoCentral bekannt ist und über ein integriertes Bluetooth-Funkmodul verfügt. In Verbindung mit einem Li-Ion-Akku ist dies alles für den kabellosen Betrieb.

Dieses Gerät ist oben auf einem Tank montiert, in den mit einer kleinen Wasserpumpe Wasser gepumpt wird.

Diese Höhendaten werden dann drahtlos an einen Computer gesendet, auf dem eine GUI basierend auf der Verarbeitung läuft. Die Verarbeitungsanwendungen messen und protokollieren die Wasserstandsdaten in Echtzeit. Unten sehen Sie ein Video des Geräts und der Software in Aktion.

Ergebnisse

Insgesamt haben wir gute Erfahrungen damit gemacht, den Wasserstand in einem Tank auf unkonventionelle Weise zu messen. Dieser Sensor bietet auch eine berührungslose und zuverlässigere Messmethode mit sehr geringem Schnittstellenaufwand.

Wir werden auch so bald wie möglich eine Fritzing-Anleitung erstellen, aber es ist ziemlich einfach, dieses Board mit dem gesamten Code und den bereitgestellten Bibliotheken an ein Arduino anzuschließen.

Code

ProtoCentral VL5L0X Breakout-Board

Schaltpläne

ProtoCentral VL5L0X Breakout-Board