مدار کنترل کننده پمپ آب اتوماتیک و بی سیم

تماشا کردن یا تجربه روشن و خاموش کردن پمپ آب خانگی به صورت دستی بسیار گیج کننده و همچنین خسته کننده است. شاید شما نیز این صحنه را به دفعات تجربه کرده باشید: درحالیکه در خانه تنها هستید و حمام میکنید، مخزن هوایی خالی شده و این امر برای شما مزاحمت ایجاد میکند. یا پس از باز کردن پمپ، فراموش میکنید که آن را خاموش کنید و این امر باعث اتلاف بی رویه آب و انرژی شده است. این مشکلات ما را به فکر ساخت یک مدار انداخت که بتواند به طور خودکار و اتوماتیک پمپ را باتوجه به سطح آب خاموش و روشن کند. در حین ساخت مدار متوجه شدیم که اندازه گیری سطح آب باید به کمک مخزن هوایی انجام بگیرد در حالیکه این مخزن معمولا در تراس آپارتمان ها بوده و خود پمپ، در طبقه همکف قرار گرفته است.

هزینه تامین سیم آن هم با این ارتفاع بسیار بالاست. پس به فکر بی سیم ساختن سیستم افتادیم. برای بی سیم کردن این پروژه، تنها به چند قطعه ساده که بسیار ارزان و مقرون به صرفه هستند، نیاز داریم. شما میتوانید کل این سیستم را با هزینه ای پایین تر از 3 یا 4 دلار بسازید. میتوانید مدارهای الکترونیکی که در گذشته ساختیم را نیز برای اطلاعات بیشتر مطالعه کنید.

این سیستم چگونه کار میکند؟

این مدار به طور اتوماتیک و با نظارت بر سطح آب پمپی که مخزن را پر میکند، آن را روشن و خاموش میکند. هنگامیکه سطح آب پمپ از حد بالایی بیشتر میشود، پمپ خاموش شده و هنگامیکه سطح آب آن از حد پایینی کمتر شده، روشن میشود.

کنترل بی سیم، هزینه و مخارج تامین سیم کافی برای اتصال مخزن و پمپ به هم را از بین میبرد.

قطعات مورد نیاز کنترل پمپ آب بی سیم

سخت افزار یا قطعات استفاده شده در پروژه

• ماژول های RF
• خانواده CD40XX CMOS
• PCB

نرم افزار استفاده شده در پروژه

• EasyEDA

انتخاب سخت افزار/ نرم افزار پروژه

سخت افزار این پروژه، تنها با استفاده از گیت های منطقی و به طور دقیق تر چند گیت NOR یا universal ساخته شده است. ما از گیت های CD4001 quad NOR برای توسعه مدار منطقی ترتیبی خود و ساخت مدار استفاده کردیم. از آنجاییکه سیستم ما بی سیم است، از ماژول های RF نیز برای ارسال سیگنال های ON و OFF به پمپ آب استفاده کردیم. EasyEDA نیز برای طراحی PCBها به کار گرفته شده است.

مدار کنترل کننده پمپ آب اتوماتیک و بی سیم

این پروژه شامل دو شماتیک است. شماتیک اول، مدار اندازه گیری و ارسال است که سطح آب را اندازه گرفته و سیگنال ON و OFF یعنی همان HIGH و LOW را ارسال میکند. در این مدار، سه سیم داریم که به ترمینال های پیچی متصل هستند. این ترمینال ها به عنوان ورودی مدار اندازه گیری درنظر گرفته میشوند. داده این ترمینال ها، به مدار منطقی ترتیبی که توسط گیت های NOR CD4001 ساختیم، اعمال میشود. با استفاده از این داده ها، مدار را هنگامیکه مخزن آب خالی است، تریگر کرده و هنگامیکه مخزن پر از آب است، متوقف میکنیم. حال این سیگنال به فرستنده 433MHz RF اعمال میشود. این فرستنده سیگنال را ارسال میکند.

در شماتیک دوم، مدار دریافت و راه انداز را داریم. این مدار سیگنال ON و OFF را از گیرنده RF دریافت کرده و یک رله را که وظیفه روشن یا خاموش کردن موتور را دارد، درایو میکند.

چگونه این مدار را بسازیم؟

این سیستم شامل دو مدار است. مدار اول سطح آب را اندازه گیری کرده، رله لچ را کنترل کرده و سیگنال ON و OFFرا ارسال میکند. مدار دوم، سیگنال ON و OFF را دریافت کرده و رله را که به منظور روشن و خاموش کردن پمپ استفاده شده، درایو میکند. برای اندازه گیری، دو سیم لخت را به عنوان راهنما در دو ارتفاع مختلف قرار میدهیم. این دو ارتفاع را حد بالایی و حد پایینی درنظر میگیریم. از آنجاییکه این مدار با برق LV یا فشار ضعیف 5 ولت تغذیه میشود، نیازی نیست که از بابت ایمنی کار با سیم های لخت نگران باشید. مدار کنترل شامل یک مدار منطقی ترتیبی است که براساس جدول درستی طراحی شده برای خروجی (در زمان هایی که HIGH میشود)، ساخته شده است. خروجی این مدار منطقی ترتیبی، به فرستنده 433MHz RF اعمال شده و این فرستنده سیگنال ON و OFF را ارسال خواهد کرد. گیرنده RF این سیگنال ON و OFF را دریافت کرده و متناسب با آن رله را روشن یا خاموش میکند. این رله، مسئول روشن و خاموش کردن پمپ HVAC است.

مزایای استفاده از Varun

Varun توان و انرژی را ذخیره میکند.

استفاده از یک کنترل کننده سطح آب، توان و انرژی را ذخیره میکند. از آنجاییکه سطح آب به صورت اتوماتیک و خودکار کنترل میشود، مقدار برق مصرف شده محدود میشود. در نتیجه مقدار آب و انرژی کمتری برای رگوله کردن منبع آب استفاده میشود. در عصری که صرفه جویی در مصرف انرژی دربالاترین درجه اهمیت خود قرار گرفته است، استفاده از یکی از این دستگاه ها بسیار مفید خواهد بود.

Varun مقرون به صرفه است.

یک کنترل کننده سطح آب، با صرفه جویی در مصرف انرژی، هزینه ها را نیز کاهش میدهد. اساسا، رگولاسیون آب توسط این دستگاه ها بهینه سازی میشود. به این معنی که میزان انرژی برق و آب هدر رفته به حداقل مقدار خود میرسد. همین امر در مدت زمان طولانی مقدار قابل توجهی از هرینه ها را کاهش داده و در مخارج صرفه جویی میکند.

همچنین مزیت دیگر بی سیم کردن این دستگاه، این است که هزینه مربوط به تهیه سیم موردنیاز برای اتصال پایانه حسگر و پایانه کنترل کننده را کاهش میدهد.

Varun به صورت اتوماتیک کار میکند.

این دستگاه میتواند کاملا متکی بر خود کار کند و به دلیل استفاده از سوئیچ های تایمر، هیچ نیازی به تنظیم دستی ندارد. این ویژگی به این معنی است که تمام خستگی ها و ناامیدی های ناشی از مانیتورینگ مخزن آب به صورت دستی به حداقل رسیده و سطوح آب در همان جایی که باید باشند، قرار میگیرند.

مصرف پایدار آب

به علاوه تمام موارد ذکر شده، استفاده از یک کنترل کننده سطح آب میتواند مصرف آب را به ماکزیمم مقدار خود برساند. اغلب از پمپ های آب در میانه روز (بعداز ظهر ها و عصرها) بیشتر استفاده میشود. این کنترل کننده سطح اب، به صورت اتوماتیک در میانه روز آب بیشتر و در شب آب کمتری در اختیار ما گذاشته و از این جهت نیز بسیار مفید و کارآمد عمل میکند. درنتیجه، سطح آب همیشه در ارتفاع مناسبی قرار خواهد گرفت.

یکی از چالش هایی که در حین کار با ماژول های RF با آن مواجه شدیم، این بود که آن ها به طور کامل تنظیم نشده و به درستی نیز پاسخگو نبودند. به همین دلیل برای مدت زیادی درهمین مرحله متوقف شدیم. سپس دریافتیم که یک اندوکتانس متغیر کوچک در ماژول وجود دارد که به وسیله آن، اندوکتانس و درنتیجه فرکانس میتوانند تغییر کنند.

آماده سازی راهنماها برای اندازه گیری سطح آب نیز اندکی چالش برانگیز بود زیرا که برای HIGH کردن ورودی ها، می بایست آن ها را مقداری تقویت میکردیم. در این مرحله از دو ترانزیستور استفاده کردیم.

تنظیم کردن گیرنده و فرستنده RF برای ما یک دستاورد محسوب شده و به خاطر آن به خود افتخار میکنیم. نتیجه کار واقعا خستگی را از تن ما درآورد. مدل سازی مدار کنترلی با استفاده مدار منطقی ترتیبی دیجیتالی و پیاده سازی آن با استفاده از سه گیت NOR عالی پیش رفت. و البته مرحله نهایی و جایی که مدار کاملا مطابق میل ما و موثر عمل کرد نیز قابل چشم پوشی نیست.

چه چیزی خواهیم آموخت؟

ما مدل کردن توتولوژی یا منطق real-time به یک مدار منطقی با استفاده از جدول درستی و درنهایت پیاده سازی آن با گیت های منطقی را آموختیم، اما هیچگاه به این موضوع فکر نکردیم که چرا از دو گیت NOR در این پیکربندی استفاده شده است. این پروژه به ما کمک کرد تا این موضوع را عمیقا آموخته و به درک خوبی از مدارهای منطقی ترتیبی برسیم. همچنین برقراری ارتباط RF بین دو ماژول RF ارزان را نیز آموختیم.

این پروژه را Varun نامیدیم زیرا که مادر یکی از اعضای تیم این نام را پیشنهاد داد. گفته میشود که در اساطیر هندو کشور هند، نام خدای آب Varun است و از آنجاییکه پروژه ما با جریان و صرفه جویی در مصرف آب سروکار دارد، این نام را مناسب پروژه خود دانستیم. در نتیجه Varun پروژه ایست که نه تنها مفهوم و شعار “نجات آب، نجات زندگی است” را تبلیغ و تجلیل میکند بلکه احترام زیادی به تاریخ جامعه مذکور (هند) نشان میدهد.