Šta je to Plutajući Prekidač / Senzor i kako se koristi u Arduino Projektima (Float Switch)

Svjedoci smo da se svakodnevno pomjeraju granice iz svih tehničkih oblasti, a dostupnost senzora i mikrokontrolera posljednjih godina je doprinijela da se IoT sektor razvija daleko brže od svih ostalih. Iako postoji veliki broj rješenja kako da se izmjeri nivo tečnosti, mi u StarmoTech timu smatramo da je potrebno krenuti sitnim koracima i što detaljnije objasniti osnovne principe rada, kako bi razvili što veću kreativnost kod naše publike.

U ovoj lekciji ćemo objasniti:

• Šta je to plutajući prekidač (Float switch)?
• Kako se koristi plutajući plovak (Float switch) u Arduino projektima
• Šema povezivanja i kod za kontrolu plutajućeg plovka (Float Switch)
• Specifikacija materijala

Šta je to plutajući prekidač (Float switch)?

Plutajući prekidač (eng. Float switch) je vrsta senzora koji se koristi za detekciju nivoa tečnosti, obično u rezervoarima, bazenima ili drugim spremnicima. Sastoji se od plutajućeg elementa, obično plastičnog ili metalnog, koji se nalazi na površini ili na dnu tečnosti. Kada se nivo tečnosti promijeni, plutajući element se podiže ili spušta s njom. Ovaj pokret aktivira prekidač unutar senzora, koji zatim može pokrenuti ili zaustaviti određene funkcije, poput uključivanja ili isključivanja pumpe za punjenje ili pražnjenje rezervoara.

Plutajući plovci se koriste i u aplikacijama poput pražnjenja septičkih spremnika, upravljanja razinom vode u bazenima ili rezervoarima za kišnicu, te u uređajima za zaštitu od poplava. Postoje različite vrste plutajućih plovaka, uključujući one s jednim ili više plutajućih elemenata, ovisno o specifičnim zahtjevima aplikacije.

Kako se koristi plutajući plovak (Float switch) u Arduino projektima

Kako bi imali potpunu sliku, na samom početku najbitnije je shvatiti od čega se ustvari sastoji plutajući plovak tj. način na koji funkcioniše. Ako gledamo grubu podjelu, plutajući plovci se dijele na horizontalnu i vertikalnu izvedbu. Na slici ispod možete vidjeti kako izgleda horizontalni, a kako vertikalni plovak.

Nakon što smo vidjeli grubu podjelu plovaka, također postoje i kombinovane izvedbe plutajućih plovkova. Na slici ispod možete vidjeti neke od kombinovanih izvedbi plovaka:

Najbitnije je shvatiti da pomoću plovaka možemo digitalno mjeriti nivo tečnosti. Da li ćete koristiti dva plovka da imate gornju i donju granicu, da li ćete koristiti više plovaka ili ćete ipak koristiti Multi plovak sve ovisi o vašim potrebama i specifičnostima projekta.

Kako bi se razlikovali po kvalitetu i stručnosti, u uvodnom dijelu smo rekli da je najbitnije krenuti sitnim koracima i što detaljnije shvatiti sam princip rada plutajućih plovaka i upravo ćemo u ovome dijelu to objasniti.

OSNOVNA FUNKCIJA PLOVKA je da prati da li je kontakt otvoren ili zatvoren tj. digitalnim očitanjem stanja 0 ili 1 (LOW ili HIGH) pratimo nivo vode.

Suštinsko pitanje je kako ustvari plovak očitava to stanje, tj. koji senzor nam je potreban u plovku da bi pratili stanje ?
Odgovor na ovo pitanje je senzor pod nazivom REED Switch koji možete vidjeti na slici ispod, kao i njegov simol:

Nešto više o REED Switch-u:
Reed senzor je vrsta senzora koji se koristi za detekciju prisustva magneta ili magnetnog polja. Sastoji se od malog hermetički zatvorenog staklenog cilindra u kojem se nalazi par metalnih ili magnetnih reed prekidača (kontakata). Kada se magnet približi senzoru, magnetno polje izaziva zatvaranje ili otvaranje reed prekidača, što se može koristiti za detekciju prisustva magneta ili za prepoznavanje položaja objekata. Zbog svojih karakteristika ovaj senzor je idealan za plutajući plovak.

Na slici ispod možete vidjeti dva stanja plovka Otvoren (NO – Normal Open) i Zatvoren (NC – Normal Close):

Ako detaljnije pogledate sliku iznad zaključit će te da se položaj REED senzora mijenja u ovisnosti o položaju magneta. Kada magnet dođe u područje djelovanja REED senzora on se sastavi, tj. promijeni stanje na close i propusti signal na osnovu kojega mi na mikrokontroleru očitavamo stanje HIGH ili LOW i pratimo nivo vode.

Sada kada znamo osnovni princip rada Plutajućeg Plovka vrijeme je da se bavimo na šeme i kodove!

Šema povezivanja i kod za kontrolu plutajućeg plovka (Float Switch)

Pa da krenemo sa Šemom i kodom. U slučaju da ne želite prepisivati kod sa slike, kliknite na ovaj GITHUB link i preuzmite kod iz ovog tutorijala, kao i od ostalih Tutorijala.

Kao što smo prethodno objasnili, u ovome tutorijalu ćemo koristiti dva plovka koji će imati funkciju “graničnika”. Na slici ispod možete vidjeti sve moguće logičke kombinacije sa plovkom.

U slučaju da koristimo samo jedna senzor, možemo koristiti i INPUT_PULLUP funkciju, ali u slučaju da koristimo više senzora preporučuje se korištenje PULL UP ili PULL DOWN metode. U ovom primjeru, na šemi ispod koristit ćemo samo jedan senzor koji je direktno povezan, dok u Serial Monitoru možete vidjeti očitanja.

Kod koji ćemo koristili je iz lekcije “Dugme, Tipka ili Prekidač u Arduino svijetu (Push button – Pull-up / Pull-down)“.

Da bi kod bio jasniji za početnike, jedino što smo promijenili je naziv varijable iz BUTTON_PIN u Plovak_1, naziv varijable ButtonState u stanjePlovka1 i tekst koji se ispisuje u Serial Monitoru.

Sada kada smo se uvjerili da je šema tačna i da naš kod ispravno radi, povežimo dva senzora sa PULL DOWN metodu kao na šemi ispod:

Nakon što smo povezali sve komponente kao na šemi iznad, upišimo finalni kod:

Sa šeme iznad vidljivo je da sve kombinacije plovaka rade rade i da smo pravilno sve isprogramirali. Sve što je potrebno je da uslove podesite svojim potrebama tj. potrebama projekta.
Na slici iznad (slika logičkih kombinacija) možete vidjeti kako plovci reaguju (šalju digitalnu vrijednost) u kojoj situaciji.

Dodavanjem više plovaka ili ugradnjom multi plovka uz samo nekoliko linija koda možete preciznije pratiti stanje nivoa vode.

Zadatak za kraj:
Kada su oba plovka na LOW upali relej koji pokreće Elektromagnetni Ventil koji će puniti posudu vodom sve dok oba plovka ne budu na HIGH. Nakon što su oba plovka na HIGH prekini punjenje i čekaj da se ispuni uslov da oba plovka budu na LOW.

Specifikacija materijala:

• 1x Arduino Uno
• 1x Breadboard
• 2x Senzor Nivoa Vode Horizontalni
• 2x 10k otpornik
• 1x Elektromagnetni ventil
• 1x ispravljač 220/12V ili kućište za baterije 8AA (napajanje za relej koji pokrece el. mag. ventil)
• 7x Komunikacijski kablovi

Napomena: Nakon što pročitate bilo koji Tutorijal na internetu, uvijek pogledajte Datasheet bilo koje komponente ili senzora, jer se tu nalaze svi bitni fabrički detalji!