Automatischer Wasserstandsregler mit SRF04, L293D & PIC16F84A für Haus & Gewerbe

Vollautomatischer Wasserstandsregler mit SRF04, L293D & PIC16F84A

Einführung in den automatischen Wasserstandsregler

Überwachung und Regelung des Wasserstands in Tanks ist in vielen Wohn- und Gewerbebereichen eine der wichtigsten Aufgaben. Ohne automatische Mittel (besonders in Wohngebäuden) ist häufiges manuelles Prüfen mühsam und unpraktisch. In wasserarmen Regionen ist Überlauf teuer.

Lösung: Automatische Überwachung und Regelung. Techniken: Distanzsensoren, Stromsonden, Ultraschall-Sensoren. Hier Fokus auf Ultraschall-Entfernungsmesser.

Weiteres Projekt: Regenalarm-Schaltung – Schnee-, Wasser- & Regendetektor

Systemüberblick

Ultraschall-Sensor oben auf dem Tank montiert. Nach Auslösung sendet er Ultraschallimpuls. Wasseroberfläche reflektiert. Sensor empfängt Echo. Zeitdifferenz zwischen Senden und Empfangen gibt Wegstrecke an → Wasserstand von oben.

Mikrocontroller sendet Triggersignal an Ultraschall-Sensor. Bei Echoempfang wird Zeitdifferenz berechnet (direkt proportional zum Wasserstand). Zeitmessung per Timer, dessen Zählimpulse die Distanz/Wasserstand anzeigen.

Da Sensor oben sitzt, wird Wasserzufluss basierend auf Abstand von oben geregelt. Beispiel:

• Messbereich 0–1 cm → Tank überläuft → Mikrocontroller steuert Motor rückwärts (Wasser ablassen)
• 2–5 cm → Tank voll → Motor AUS
• > 5 cm → Tank fast leer → Motor VORWÄRTS (Wasser zuführen)

Schaltplan

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Abb. 1: Wasserstandsregler

Bauteile

1. Ultraschall-Entfernungsmesser SRF04
2. PIC-Mikrocontroller PIC16F84A
3. Motortreiber L293D
4. Gleichstrommotor
5. Zwei 1 kΩ Widerstände

Ultraschall-Entfernungsmesser SRF04:

Hochwertiger Ultraschall-Sensor für Robotik (Hinderniserkennung). Benötigt 10 µs Triggersignal.

Abb. 2: SRF04 Ultraschall-Entfernungsmesser

Nach Trigger: 8 Ultraschallimpulse à 40 kHz, gleichzeitig Echo-Leitung auf HIGH. Bei Empfang des reflektierten Signals Echo auf LOW. Pulsbreite des Echo-Signals ∝ Distanz. Bei 1 cm → 58 µs Pulsbreite.

Abb. 3: SRF04 Timing-Diagramm

PIC-Mikrocontroller PIC16F84A:

CMOS-kompatibel, 8-Bit, 18 Pin, Flash, einzelner 8-Bit-Timer (mit 8-Bit programmierbarem Vorteiler). Timer-Steuerung via Register: OPTION_REG, TMR0, INTCON. OPTION_REG Bit 5 (T0CS) wählt Timer/Counter: 1 = Counter, 0 = Timer. TMR0 = Timerregister, INTCON Bit 5 (T0IE) = Timer-Überlauf-Flag.

Abb. 4: PIC16F84A

Motortreiber L293D:

16 Pin, H-Brücke, treibt zwei Motoren bidirektional. Zwei Enable-Pins (1, 9) aktivieren bei HIGH. Schnittstelle Mikrocontroller ↔ DC-Motor. Vier Eingänge (zwei pro H-Brücke). Motorsteuerung:

Abb. 5: L293D

IN1 (Pin 2)	IN2 (Pin 7)	EN1 (Pin 1)	Motorbetrieb
HIGH	HIGH	HIGH	AUS
LOW	LOW	HIGH	AUS
HIGH	LOW	HIGH	EIN (Uhrzeigersinn)
LOW	HIGH	HIGH	EIN (Gegen-Uhrzeigersinn)
X	X	LOW	AUS

Hinweis: SRF04 = TTL, PIC16F84A = CMOS → 1 kΩ Pull-up-Widerstand für Pegelanpassung.

Funktionsweise & Betrieb

Programm sendet 10 µs Impuls vom Mikrocontroller an SRF04 (Delay-Funktion). Timerregister TMR0 mit Dezimalwert 200 geladen → 55 Zählimpulse.

Echo-Signal vom SRF04 an Pin RA4 (Timer-Takteingang → externer Takt für Timer). Bei HIGH→LOW-Flanke wird Timer aktiviert. Während Zählung wird Interrupt-Flag T0IE überwacht. Bei Setzen Timer deaktivieren.

Vorgang für jeden Echopuls wiederholen. Anzahl Timerläufe = Anzahl Echopulse. Jeder Echopuls = 58 µs = 1 cm. 5 Pulse = 5 cm. Zählerwert (Integer) steuert DC-Motor.

• Wert 2–5 → RB0, RB1 HIGH (an IN1, IN2 von L293D) → Motor AUS
• Wert 5–20 → IN1 HIGH, IN2 LOW → Motor EIN, Uhrzeigersinn
• Wert 0–1 → IN1 LOW, IN2 HIGH → Motor EIN, Gegen-Uhrzeigersinn

Vorteile

1. Einfaches, komfortables System
2. Kostengünstig durch preiswerte Bauteile
3. Automatisierung beseitigt manuelle Hürden
4. Keine mechanischen Teile → kein Verschleiß, keine Korrosion

Nachteile

1. SRF04 durch viele Elektronikbauteile dämpfungsanfällig → gute Isolierung nötig
2. Sensor und Aktuator müssen räumlich nah beieinander sein (Tank nahe Pumpe). Bei Tauchpumpen mit Dachbehältern nicht direkt einsetzbar. Erweitbar durch Kommunikationsschaltung.