Füllstandmessen mit Ultraschall
Füllstandmessen mit Ultraschall Drucken

Hier mein Projekt einer Ultraschall-Füllstandmessung das bei Experimenten mit dem Ultraschallsensor SRF02 entstand. Ziel meiner Versuche war es das Verhalten des Sensors in geschlossenen Behältern oder wie in diesen Beispiel in Rohren zu testen. Dabei stellte sich heraus das der Sensor in einem Kunststoffrohr genau die Länge des Rohres misst.Der Schall der aus dem Rohr austritt wird nicht mehr registriert und so wird die letzte Reflektion des Schalls gemessen der von dem Ende des Rohres reflektiert wird.  Wird ein Gegenstand in das Rohr eingebracht der den Schall reflektiert,  wird der Abstand Sensor zu Gegenstand gemessen. Flüssigkeiten wie Wasser reflektieren ebenfalls den Schall und so kann die Entfernung zur Wasseroberfläche gemessen werden. Genau dieses Verhalten zeigt auch der Sensor wenn er in einem Kunststoffrohr befestigt ist und das Rohr in einen Eimer mit Wasser getaucht wird. Der Ultraschallsensor SRF02 kann erst ab einer Entfernung von ca. 20cm genau messen.  Alles was weniger als 20cm entfernt ist wird falsch oder gar nicht registriert. Aus diesem Grund ist der Sensor immer mindestens 20cm von der maximalen Füllhöhe des Tanks entfernt anzubringen. Auch um ihn vor der Berührung mit dem Wasser zu schützen. Mit diesem System können so Füllstände und auch Wassertiefe gemessen werden . Der Bezugspunkt ist immer die Länge der Steigrohres diealt als Füllstand oder Wassertiefe null angesehen wird. Wird jetzt das Rohr in das Wasser eingetaucht verkürzt sich die Entfernung zur reflektierenden Oberfläche. So kann recht genau die Höhe der Wasserstandes im Rohr erfasst werden. Aus den ersten Versuchen entstand am Ende eine Füllstandanzeige für einen Regenwassertank. Zum Einsatz kam hier auch wieder mein Testboard V2.0 mit einem 2x16 Zeichen Display verbunden ist. Als weiter Hardware ist nur noch der Ultraschallsensor SRF02 über den I2C Bus mit dem Testboard verbunden. Programmiert wurde der Controller wieder in Bascom . Um einen stabilen Messwert zu erhalten misst der Sensor 7 mal in kurzer folge die Entfernung. Die Software bildet aus diesen 7 Messergebnissen den Mittelwert. Die Bildung des Mittelwertes aus den Messergebnissen ergibt einen sehr stabilen Messwert. Auch leichte Schwankungen des Wasserstandes fallen bei der Anzeige dann nicht so ins Gewicht. Der Messwert schwankt gegebenenfalls nur leicht und ist noch gut ablesbar.




Testaufbau für erste Versuche
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Mit diesem Versuchsaufbau habe ich nun einige Test bezüglich der Genauigkeit der gemessenen Wassertiefe gemacht. Gemessen habe ich in verschiedenen fliesenden und stehenden Gewässern . Die gemessene Tiefe habe ich zur Kontrolle des Ergebnisses mit einem Meter überprüft . Die altErgebnisse waren in fliesenden und in stehenden Wasser sehr genau. Um das verhalten des Sensors über längere Zeit zu testen habe ich ihn an einem Regenwassertank befestigt. auch hier ergaben sich genaue Messwerte über tage hinweg bei verschiedenen Wasserständen. Allerdings war immer das Risiko eines Wasserschadens bei Regen gegeben. Nachdem das System seine Tauglichkeit in der Praxis unter Beweis gestellt hatte wurde es zu einem realen Projekt und so entstand eine Wasserstands-Messeinrichtung für Regenwassertanks. Die Elektronik bekam nun ein richtige Gehäuse und es wurden 3 Taster für die Abfrage von min und max. Werten dem aktuellen Füllstand und der Batteriespannung integriert. Der Sensor bekam ein Gehäuse und wurde zum Schutz vor Wasser mit Silikon vergossen.Um den Sensor im Kunststoffrohr zu befestigen wurde er mit einem selbstklebenden Dichtband für Fenster beklebt. Dadurch sitzt er noch besser zentriert im Rohr und es findet keine Übertragung des Schalls vom Sensorkopf auf das Rohr satt.

Füllstandssensor und Kontrolleinheit
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Das fertige System wurde anschließend in einem Regenwasser Tank verbaut . Der Sensor und das System laufen mittlerweile schon über ein Jahr und tun immer noch ihre Dienste ohne eine Verschlechterung der Messergebnisse. Selbst Schnee und Frost konnten dem Sensor nichts anhaben. Um die Laufzeit der Batterie zu erhöhen wurde dem System ein Schalter hinzugefügt. So hält die Batterie auch einige Monate. Diese System könnte jetzt noch um eine Steuerung für eine Pumpe erweitert werden. In der Software wurde ein Watchdogtimer aktiviert um ein sicheren Programmablauf zu gewährleisten und das System immer in einem sicheren Zustand zu halten. Hier noch zwei Bilder vom Einbauort des Sensors.

Einbauort des Sensors
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Kommentare (8)
Langzeithaltbarkeit
8 Montag, den 18. August 2014 um 00:22 Uhr
R.Richter
Hallo, mich würde mal interessieren ob das System immer noch in Betrieb ist.
Mit freundlichen Grüßen R.Richter
Haltbarkeit
7 Dienstag, den 22. Mai 2012 um 10:40 Uhr
XQZ
Hallo zum Thema Haltbarkeit des Sensors kann ich nur so viel sagen er funktioniert immer noch ohne Probleme. Zu beginn des Projekts hatte ich auch Zweifel an der Haltbarkeit des Sensors . Allerdings werden Ultraschallsensoren auch im Kfz Bereich z.B. für Einparkhilfen verbaut und die sind auch extremen Bedingungen ausgesetzt. Um einen Druckausgleich im Steigrohr zu schaffen habe ich 4 Bohrungen am oberen Ende des Steigrohrs . Es kann gut möglich sein das über diese Bohrungen die Feuchtigkeit aus dem Rohr entweicht und der Sensor relativ trocken bleibt.
Haltbarkeit 2
6 Montag, den 21. Mai 2012 um 21:37 Uhr
Wie der schreiber unter mir, interessiert auch mich die haltbarkeit des ganzen aufbaus. Ist diese hohe Luftfeuchtigkeit nicht sehr "ungesund" für den Sensor, vor allem für die Membran?
LG Andreas
Haltbarkeit
5 Montag, den 07. Mai 2012 um 08:01 Uhr
Hallo, der Aufbau ist ja nun schon einige Zeit her, gab es mittlerweile Probleme bezüglich der Feuchtigkeit und dem Sensor? Ich wollte das ähnlich aufbauen, bin mir aber noch nich sicher ob der Senor lange hält.

Gruß

Lars
Gehäuse
4 Dienstag, den 08. November 2011 um 00:08 Uhr
XQZ
Der SRF02 ist ein Ultraschallsensor. Der Sensorkopf darf nicht abgedeckt werden sonst funktioniert er nicht mehr. Der SRF02-Sensor ist seitlich mit Dichtband beklebt. An der Vorderseite ist er offen. Die aufsteigende Feuchtigkeit im Steigrohr scheint dem Sensor nicht zu schaden.
Gehäuse des SRF02?
3 Donnerstag, den 03. November 2011 um 18:18 Uhr
Sehr schöne Lösung, wie ich finde. Darf ich nach genaueren Details zum SRF02-Gehäuse fragen? Ist der Sensor komplett gekapselt? Wenn ja,
aus welchem Material besteht die Kapselung. Mein Problem: Sobald ich
den Sensor vorne abdecke, misst er nicht mehr. Vielen Dank schon mal
im Vorraus.
Sensor
2 Donnerstag, den 06. Oktober 2011 um 16:18 Uhr
XQZ
Bei diesem Ultraschallsensor handelt es sich um eine SRF02 den gibt es zum Beispiel bei Robotikhardware.de.
Super
1 Mittwoch, den 05. Oktober 2011 um 20:04 Uhr
Einfach Genial, genau sowas brauche ich auch noch, was ist das für ein Ultraschallsensor wenn ich Fragen darf?
yvComment v.1.24.0