Ultraschall Füllstandsanzeige / Füllstandsmesser mit ATMEGA8

Ultraschallsensor Version 2

Funktionen und Besonderheiten ( Version 4.00 ) … bis 2014

ACHTUNG ! Die bei den Ultraschallfüllstandsmessern verwendeten Ultraschallkapseln haben seit einiger Zeit (01/2013) eine nachlassende und schlechter werdende Qualität. In feuchter Umgebung können u.a. nach einiger Zeit die bündelnden Schalltrichter lose werden. Aus diesem Grund stelle ich jede Weiterentwicklung dieser Messtechnik ein.
Sonderanfertigungen und Reparaturen sind nach Absprache aber weiterhin möglich. Die neu entwickelte Drucksondentechnik kann alle Messfunktionen problemlos ersetzen.

  • beleuchtetes LCD Display mit 2 Zeilen
  • 2 frei programmierbare Schaltrelais (max. 10A / 250ACV)
  • die komplette Programmierung erfolgt über 2 vorhandene Taster
  • über diese Taster können die Relais auch von Hand bedient werden
  • Messentfernung 20 cm bis 420 cm
  • Messfrequenz 10sec, 60sec, 10min, 60min, 12h
  • verschiedene Zisternenformen sind wählbar, eigene Formen möglich
  • Anzeige von Entfernung, Füllhöhe, Füllmenge (Liter) und (%)
  • Bargraphanzeige der Füllmenge und Anzeige der Relaiskontakte
  • Hysteresefunktion für beide Relais
  • automatische Notbewegung (verhindert Festfressen von Pumpenmotoren und Ventilen)
  • Optional: Steckmodul für zusätzliche analoge Spannungsausgabe 0-10 Volt
  • Optional: Steckmodul für zusätzliche serielle Schnittstelle
  • Optional: Steckmodul für zusätzliche 1-Wire Schnittstelle (IP-Symcon)
  • eingebaute Systemuhr, Datenaufzeichnung über Schnittstelle möglich
  • der Webserver kann an die serielle Schnittstelle angeklemmt werden
  • Zusatzdisplays können an die serielle Schnittstelle angeklemmt werden
  • arbeitet wahlweise mit Sensor 2 oder Sensor 3 (Minisensor) zusammen
  • Spannungsversorgung 15…30 Volt / 0,2 A (Stecknetzteil genügt !)
  • eingebauter 5 Volt Schaltregler verringert Stromverbrauch
  • nicht für Klär- und Abwassergruben geeignet
  • integrierter Frequenzmesser für einfache Sensorjustage (0…80KHz)

ACHTUNG !  nur Version 4 kann auf die Drucksondentechnik umgebaut werden

Dazu werden auf einer kleinen Erweiterungsleiterplatte die für den Betrieb einer Drucksonde fehlenden Bauteile eingesetzt. Es wird dazu der Steckplatz für optionale Module verwendet. An den Schraubklemmen wird die Drucksonde angeklemmt.
Anzeigemodul hydrostatischer Füllstandsmesser icplan.de
Umbau von Ultraschall auf Hydrostatischer Füllstandsmesser

Die Entwicklung der Ultraschallmesstechnik hat mit dem Jahr 2001 angefangen. Ich hatte mir eine Zisterne mit 6 qm gebaut und es gab absolut nichts, um den Füllstand anzuzeigen. Meinen Bentondeckel wollte ich auch nicht immer herunterheben.

die Schaltung

  • Regenwasser lässt sich bequem in unterirdischen Regenzisternen sammeln. Bequem und kostenlos kann damit der Garten gewässert, die WC Spühlung und der Waschautomat betrieben werden. Wie kann man aber den Füllstand feststellen? Deckel hoch und mit einer Taschenlampe nachsehen ist der einfachste Weg. Meine Schaltung realisiert eine Füllstansmessung mit einem Ultraschallmodul über dem Wasserspiegel und einem Anzeigemodul mit einer LCD Anzeige. Die Anzeige zeigt den Abstand (Sensor-Wasserstand) in cm und wahlweise den Füllstand in Prozent oder in Litern an. Beide Module werden mit einem einfachen 4 adrigen Kabel verbunden. Das Anzeigemodul versorgt das Ultraschallmodul mit Strom steuert alle Funktionen und die LCD Punktanzeige.
  • Das Ultraschallmodul (Sensor) kann sich bis zu 50 m vom Anzeigemodul entfernt befinden. Das Anzeigemodul wird mit einem einfachen 12 Volt Stecknetzteil versorgt. Es muss nichts programmiert werden ! Alle Funktionen können über Regelwiderstande justiert werden.(min,max,Funktion,Füllmenge)
  • Der Messbereich des Sensors beträgt 256 cm. Alle Entfernungen werden in 1 cm Schritten, der Füllstand in 1% Schritten und die Füllmenge in Litern angezeigt.
  • Displaykontrast justierbar und Vorbereitung für LED Displaybeleuchtung
  • alle Schaltungen/ Layouts als   ZIP-Datei ( 85 KB ) downloaden

Dieses völlig neu konzipierte Anzeigegerät für den Füllstand einer Regenwasserzisterne besteht wie die alte Version aus einem getrennten Ultraschallsensormodul und einem LCD-Anzeigemodul. Beide Module werden mit einem bis zu 50m langen und 4 poligen Kabel verbunden. Als Stromversorgung für das Anzeigemodul genügt ein einfaches Stecknetzteil. Der Ultraschallsensor benötigt keine extra Stromversorgung. Das Anzeigemodul wird nun von einem sehr schnellen und leistungsfähigen RISK Atmelcontroller gesteuert. Auf der LCD Punktmatrixanzeige werden Entfernungsdaten, Füllhöhen, Füllstand in Prozent oder in Litern dargestellt. 4 Anzeigevarianten sind wählbar. Zum Schalten von Verbrauchern sind auf dem Anzeigemodul zwei Leistungsrelais vorhanden. Die Schaltkontakte der Relais können als Öffner oder Schließer programmiert werden und schalten bei einem vorgewählten Füllstand. Dieser Füllstand kann im Bereich von 0 bis 150% in 1% Schritten programmiert werden. Die neue Hysteresefunktion kann jedes Relais bei unterschiedlichen Füllständen ein und ausschalten. Ein ständiges ein und aus der Pumpe wird wirkungsvoll vermieden. Wenn Sie das Volumen Ihrer Zisterne mit angeben, kann der Controller auch den aktuellen Füllstand in Litern berechnen und auf dem Display darstellen. Ist nur ein Schaltfunktion notwendig, kann nach der Programmierung das LCD Display entfernt werden. Mit dem eingebauten Frequenzmesser (Anzeige 0 bis 80KHz, Auflösung 1Hz) kann der einzigste Justagepunkt im Ultraschallsensor problemlos geeicht werden.

LCD-Anzeigemodul mit Anzeigefunktion 2 (Füllmenge,Füllprozente)

Schaltung, Funktion, Besonderheiten ( Version ULTRA2-S V1.32 )

  • Atmel ATTINY2313 Controller 8MHz
  • beleuchtetes LCD Display 1 Zeile 16 Zeichen mit Kontrasteinstellung
  • 2 programmierbare Relais (max. 16A / 250ACV)
  • jedes Relais schalten programmiert bei 0…150 % Füllstand ein oder aus
  • Spannungsversorgung mit Gleichspannung 15…24 Volt / 0,2 A (Stecknetzteil genügt !)
  • Programmierung über 2 Taster (auf Leiterplatte)
  • Messentfernung 20 cm bis 420 cm
  • Messwertglättung mit Statistikfunktion, Messfrequenz 0,2 Hz
  • 4 wählbare Anzeigefunktionen
  • Anzeige von Entfernung, Füllhöhe, Füllmenge (Liter) und (%)
  • Hysteresefunktion 0-100% bei beiden Relais getrennt programmierbar (eine Bildbeschreibung dieser Funktion finden Sie weiter unten)
  • Softwareupdate durch FLASH Technologie jederzeit möglich
  • eingebauter Frequenzmesser für Sensorjustage (0…80KHz)
  • programmierte Werte werden im EEPROM gespeichert
  • Schaltfunktionen auch ohne LCD Display möglich
  • beide Relais können auch über zusätzliche Schalter per Hand bedient werden
  • zwei zusätzlich angebrachte LEDs können den Schaltzustand der Relais zeigen
  • zuschaltbare und automatische Notbewegung nach 6 Tagen von Relais 0 = ein Festfressen von Pumpenmotoren und Ventilen wird verhindert
  • Historie / Softwarestand dieses Projektes ansehen
  • Leiterplatte 70mm x 90mm
  • LCD Display kann mit 20mm Stehbolzen über die Leiterplatte geschraubt werden
  • Leiterplatte ist optimiert für BOPLA Gehäuse M215G (Klarsichtdeckel) oder ET215 (Deckel aussparen und einfach eine kleine Glasscheibe einkleben)
  • ZIP Schaltungen, Bestückung und Layout downloaden

Schaltung, Funktion, Besonderheiten ( Version ULTRA2-A V1.40 )

  • Atmel ATTINY2313 Controller 8MHz
  • beleuchtetes LCD Display 1 Zeile 16 Zeichen mit Kontrasteinstellung
  • Analog-Entfernungsausgang 0…10,0Volt (Auflösung 1% = 0,1Volt ; 1000 Ohm)
  • Analogspannung über Software negierbar ( 0% = 10,0Volt…100% = 0Volt )
  • Spannungsversorgung mit Gleichspannung 15…28 Volt / 0,2 A (Stecknetzteil genügt !)
  • Programmierung über 2 Taster (auf Leiterplatte)
  • maximale Messentfernung bis 420 cm
  • Messwertglättung mit Statistikfunktion, Messfrequenz 0,3 Hz
  • 4 wählbare Anzeigefunktionen
  • Anzeige von Entfernung, Füllhöhe, Füllmenge (Liter) und (%)
  • Softwareupdate durch FLASH Technologie jederzeit möglich
  • eingebauter Frequenzmesser für Sensorjustage (0…80KHz)
  • einfache Justage der 10 Volt Analog-Ausgangsspannung (andere Spannungsbereiche nach Absprache lieferbar; 0-1 Volt; 0-5 Volt)
  • Über die analoge Ausgangsspannung könnten mehrere Drehspuhlinstrumente angeschlossen werden. Diese zeigen dann an mehreren Stellen den Füllstand graphisch dar.
  • programmierte Werte werden im EEPROM gespeichert
  • Analogfunktion auch ohne LCD Display möglich
  • Leiterplatte 70mm x 90mm
  • LCD Display kann mit 20mm Stehbolzen über die Leiterplatte geschraubt werden
  • Leiterplatte ist optimiert für BOPLA Gehäuse M215G
  • ZIP-Datei mit allen Schaltungen, Layouts und Bestückungsvorlagen


LCD Ultraschall Analog-Anzeigemodul 2

Mini Ultraschall Füllstandsmesser

  • kleines aktives serielles Ultraschallmodul (mit eigenem Controller) für Entfernungsmessungen, Objekterkennung und Füllstandsmessung in Behältern und Zisternen
  • 5 Volt Versorgungsspannung
  • nur 3 Verbindungsleitungen sind nöig, Kabellänge bis 50m
  • Multisensor – 9 Sensoren an einem seriellen Anschluss
  • Messbereich 20 – 420cm, Messfrequenz ca. 3 Hz, Auflösung 1cm

weitere Besonderheiten

  • Multisensor – es können bis zu 9 Sensormodule parallel angeklemmt werden, jedes ist über die seriellen Befehle adressierbar
  • das Modul wird über das 3 adrige Kabel mit Strom versorgt und empfängt / sendet serielle Steuerdaten
  • der Stromverbrauch liegt unter 20mA
  • kann direkt an einem Controllerport angeklemmt werden
  • serielle Datenübertragung (Senden und Empfangen über eine Leitung)
  • Kalibrierung und Programmierung über diese serielle Verbindung
  • integrierter Temperatursensor mit 1 Grad Auflösung
  • zuschaltbare Kapsel-/Modulheizung (verbraucht zusätzliche 100mA Strom – verhindert Kondenswasserbilung)
  • manuelle oder automatische Sensorkalibrierung alle 256 oder 65535 Messungen
  • zuschaltbare Statistik bzw. Mittelwertberechnung der Messdaten
  • serielle Kommunikation über einfache sichtbare ASCII Zeichen
  • Entfernungsdaten werden auf Anfrage oder automatisch gesendet
  • Überflutungserkennung und Überflutungszählung
  • Firmware kann aktualisiert werden
  • auch für eigene Applikationen geeignet
  • Sensorgrösse 50mm x 50mm x 37mm
  • ein 10m Kabel wird mitgeliefert ( 25m oder 50m gegen Aufpreis)
  • die Befestigigung erfolgt über 2 an der Rückseite befindlichen Löcher
  • nicht für Klär- und Abwassergruben geeignet

…so sah die 1. Version (09/2005) des Sensor aus.


das Modul ist fast komplett mit SMD Bauteilen bestückt und aufgebaut
(hier nur das Sensormodul ohne Kapseln)

die Schaltung

  • Auf Basis der Sensortechnik vom Füllstandsmesser und einer Controllerschaltung kann dieses UNI-Modul bei nahezu gleicher Hardware verschiedene Funktionen erfüllen. Als Verbindungsleitung zu diesem UNI-Modul ist nur eine 4 adrige Leitung notwendig. Die 5 x 7 cm gross Schaltung wird mit 12 Volt Gleichspannung versorgt. Die Software ist in einem ATMEL Controller mit Flash-Speicher gespeichert. Dieser kann problemlos überschrieben bzw. aktualisiert werden. Das Modul ist für die Montage in einem BOPLA T210 Gehäuse gefertigt. Die Ultraschallkapseln werden mit Silikon eingeklebt und vertragen Spritzwasser.

UNI-Modul als Ultraschallschalter

 

 

Funktion 1 – Ultraschallschalter

    • 12 Volt Spannungsversorgung
    • Entfernung 10 bis 256 cm über Jumper programmierbar / Genauigkeit 1 cm
    • 3 Messungen pro Sekunde
    • Durchschnittsmessung ber Jumper programmierbar
    • Relais-Schaltfunktion über Jumper negiert
    • Schaltleistung 1.0A 30VDC oder 0,5A 125VAC (OMRON G5V-1)
    • Anwendungen: Einparkhilfe, Raumberwachung, Sanitär-Lüftersteuerung, Personenzählung, Grenzwertschalter für Füllstände, Näherungsschalte, Kollisionsschalter, Roboteranwendungen und viele Anwendungen mehr.

Funktion 2 – Ultraschallsensor mit SPS – Analogausgang und RS232 Schnittstelle

    • 12 Volt Spannungsversorgung
    • gleichzeitig wird die Entfernung als analoge Spannung und als serielle Daten ausgegeben
    • Entfernung 10 bis 256 cm (Entfernungen bis 512 cm können durch sorgfältige Justage und Ausrichtung erreicht werden)
    • 3 Messsungen pro Sekunde
    • Durchschnittsmessung über Jumper programmierbar
    • serielles Datenformat über Jumper programmierbar (ASCII Text oder HEX-Daten)
    • serielle Schnittstelle mit nur einem Optokoppler und Widerstand
    • serielle Daten können durch Hyperterminal (WIN95..) angezeigt werden
    • über die analoge Spannung kann mit einem Drehspulinstrument der Fllstand oder die Entfernung angezeigt werden
    • eine SPS Steuerung kann die analoge Entfernung weiterverarbeiten
    • analog Anwendungen: Entfernungsanzeiger mit Zeigerinstrument, SPS Steuerungen, Roboteranwendungen
    • serielle Anwendungen: Entfernungsmessung mit Controllern, Wertaufzeichnung und Auswertung mit einem PC

Download aller Schaltung, Layout und Bestückunsunterlagen als ZIP-Datei