Sensor e Alarme para nível de Água

[aldss]

Muito obrigado pela explicação MOR_AL!
Tinha imaginado que fosse realmente para diminuir a influencia da temperatura, pois mal comparado assemelha-se a um bandgap.
Qual seria a equação de atenuação das frequências?
Seria interessante fazer a Codificação HDB-3 ao invés de Manchester.
Um sensor piezoelétrico (caseiro) não seria interessante para a medição do nível?

[MOR_AL]

Muito obrigado pela explicação MOR_AL!
Na realidade foi um prazer relembrar os meus velhos tempos. Já dizia o meu professor do cursinho vestibular. "Relembrar é viver outra vez!"
Tinha imaginado que fosse realmente para diminuir a influencia da temperatura, pois mal comparado assemelha-se a um bandgap.
Qual seria a equação de atenuação das frequências?

Essa vou deixar para você fazer e nos mostrar, pois não é trivial. Adianto que os seguintes componentes fazem parte da equação:
C5, C1, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 e Q1.
Observe que nada disso é necessário, uma vez que a variação do nível d'água na caixa é lenta. O importante é a influência da tensão da rede nos fios longos desde a caixa d'água até a eletrônica, situada na cozinha.
Neste caso, A equação de atenuação das frequências a que você se refere, pode deixar a análise via transformada de Laplace e usar apenas fasores (em 60Hz).


Seria interessante fazer a Codificação HDB-3 ao invés de Manchester.

Estou usando a codificação Manchester, porém alguma forma mais interessante é sempre bem-vinda. Você poderia nos brindar com uma solução via a codificação de sua sugestão.

Um sensor piezoelétrico (caseiro) não seria interessante para a medição do nível?
Como seria este sensor piezoelétrico (caseiro)?

Estou concluindo que o sensor tem que ser robusto e confiável.
Até o presente momento concluo que a opção de sensor magnético, com um ímã em uma estrutura flutuante e diversas ampolas reed, seria a melhor opção.
A segunda melhor é a do meu primeiro projeto, com uma chave do tipo ampola com mercúrio. O único inconveniente é que é móvel, mas está funcionando desde que o montei. Possui apenas um nível aos 80% do volume da caixa d'água.

Em tempo:
Refiz e testei o sensor que usa a água como fechamento do circuito e gera a tensão cc. Instalei na caixa. Em menos de uma semana o led do nível de 80% deixou de acender. Subi no telhado e observei que o nível da água estava em 100%. Quase queimei a bomba, pois a boia bloqueava a vazão, enquanto eu monitorava o led branco (dos 80%).
Explicação: Com a renovação da água da caixa, acredito que a sua resistividade alterou e causou o problema.
Sensor deste tipo só é confiável se não se converter a tensão para valores analógicos. Por outro lado, com um fio para cada nível, a quantidade de fios entre a caixa e a cozinha fica impossível de se realizar.

MOR_AL

[aldss]

A equação a qual me referia era a de atenuação de frequência para o enlace de RF.
O sensor seria basicamente aquelas capsulas piezoelétricas (baratíssimas) utilizadas tanto para microfones quanto para buzzers utilizando alguma vedação leve e um circuito básico para a adequação do sinal. A interpretação seria pelo próprio uC. O único problema (desafio eu diria) é que o sinal de saída e diferencial (mas nada que um sinal de referência não resolva). O bom da utilização de um sensor assim seria da precisão do volume de agua contido no recipiente.
Para a codificação HDB-3 não entendi o que precisa: de um fluxograma, circuito ou material de referência? A principio é bem simples. Por não permitir que mais que 3 bits nível logico baixo sejam transmitidos consecutivos e por ser bipolar, o nível CC na linha utilizada pela codificação HDB-3 é praticamente 0.

[brasilma]

Perceba que está trabalhando com uma solução extremamente "amigável" fisicamente, imagine em uma planta industrial onde tivesse de controlar o nível de soluções como melaço, óleo de vísceras, petróleo, ou outra porcaria qualquer, sujeitos a mudanças de densidade/viscosidade em função da temperatura, cristalização,... por conta disto (trabalhei com isto), é que sugeri um sistema de medição sem contato físico...

[aldss]

Esqueceu de falar de esgoto, que além de tudo ainda tem espuma pra atrapalhar a brincadeira.
Outra coisa que também já tive problemas foi com a parte mecânica que introduzia na erros na leitura do extensômetro.

[MOR_AL]

A equação a qual me referia era a de atenuação de frequência para o enlace de RF.
Haaa!!!
Essa eu nem esquento. Meu Tx e Rx é aquele XingLing. Não tem o que mexer. A tensão de alimentação do Tx é de 3V. Nem vale a pena usar um Step-Up. Ainda tem duas lajes. Talvez o percurso desvie e só pegue duas paredes. É testar e verificar.
O sensor seria basicamente aquelas capsulas piezoelétricas (baratíssimas) utilizadas tanto para microfones quanto para buzzers utilizando alguma vedação leve e um circuito básico para a adequação do sinal. A interpretação seria pelo próprio uC. O único problema (desafio eu diria) é que o sinal de saída e diferencial (mas nada que um sinal de referência não resolva). O bom da utilização de um sensor assim seria da precisão do volume de agua contido no recipiente.
Haa! Então é por som. Seria uma opção, o transmissor é até simples, mas o receptor é meio chato de fazer, mas não muito difícil.
Já comprei no Ebay estas pastilhas e também os módulos Tx e Rx de ultrasom (US) que tem pra vender. Se você comprar a pastilha piezo e fazer o receptor, vai gastar tempo de projeto, vai ficar maior que os módulos prontos de US, e ainda vai ficar mais caro. Verifique e você também vai concluir o mesmo que eu.As pastilhas não são tão baratas assim, não! Ainda tem a corrosão naquela finíssima camada de prata. Sem contar que aquelas pastilhas não possuem uma ressonância só. O ideal seria que fossem como um circuito sintonizado. Com apenas uma ressonância principal, bem maior que as outras. Essas piezos que tem para vender possuem uma base um pouco grossa de metal. Isso reduz a ressonância tendendo a poder ser usado como falante para voz.
Para a codificação HDB-3 não entendi o que precisa: de um fluxograma, circuito ou material de referência? A principio é bem simples. Por não permitir que mais que 3 bits nível logico baixo sejam transmitidos consecutivos e por ser bipolar, o nível CC na linha utilizada pela codificação HDB-3 é praticamente 0.
O código manchester também tem o nível cc nulo e ainda transporta o sinal do clock, junto com o dado.

Fazer o fluxograma do receptor, SEM RUÍDO é relativamente fácil. Estou demorando para fazer o fluxograma considerando ruído, que é o que deve acontecer.
Aí o buraco é mais embaixo. Quando chego no meio do fluxograma, começo a me perder
Estou concluindo que tenho que estabelecer algumas diretivas para me orientar. Desenhei uma recepção com ruído. Olhando dá para ver o que é ruído e o que é sinal, mas colocar isso no fluxograma está se mostrando difícil.
Comecei com uma rotina para ler quando a saída de Rx vai a '1'. Com o byte do preâmbulo, o byte do sinal, do sinal novamente (com alguma alteração) e mais um byte para considerar que o preâmbulo começou depois, pois antes era ruído, Armazeno 512 leituras na RAM. 4 bytes x 8 bits x 8 amostras por semi-período x 2 semi-períodos (64 bytes de RAM).
Bom, fiz o fluxo até aqui!
Agora é tentar "limpar os '0s e '1s' de tudo. Depois é estabelecer onde começa o dado. Depois é estabelecer qual é o tamanho do semi-período. Aí é ler o dado.
As vezes penso em tentar usar um filtro digital, mas para pequeno número de informação, a coisa fica mais difícil que se os dados fossem contínuos... E só usei filtro digital com PC, com microcontrolador fica pior ainda.
Essa parte da recepção dos dados é uma pedra no sapato.
MOR_AL

[MOR_AL]

Perceba que está trabalhando com uma solução extremamente "amigável" fisicamente, imagine em uma planta industrial onde tivesse de controlar o nível de soluções como melaço, óleo de vísceras, petróleo, ou outra porcaria qualquer, sujeitos a mudanças de densidade/viscosidade em função da temperatura, cristalização,... por conta disto (trabalhei com isto), é que sugeri um sistema de medição sem contato físico...

Entendi!
Estou complicando o meu projeto muito.
Imagina se eu considerasse as condições que você mostrou... Eu não acabaria nunca!!! Hehehe!!!
Quem sabe? Talvez com US seja melhor mesmo.
O problema maior nem é o sensor e sim a recepção do dado. Tx com 3V, duas lajes + uma parede, ou duas paredes + uma reflexão.
Peguei uma daquelas campainhas sem fio, que transmitem em 433MHz. Com o transmissor em alguns locais em torno da caixa d'água, o receptor, na cozinha, captava. Em outros locais, à menos de meio metro de distância, o receptor (a campainha) não tocava. E olhe que a pilha do Tx é de 12V...
MOR_AL

[ze]

Explicação: Com a renovação da água da caixa, acredito que a sua resistividade alterou e causou o problema.
Sensor deste tipo só é confiável se não se converter a tensão para valores analógicos. Por outro lado, com um fio para cada nível, a quantidade de fios entre a caixa e a cozinha fica impossível de se realizar.
MOR_AL

Moris creio que o efeito se chama calcificação. Olha o chute: tipo uma mini eletrólise que forma uma capinha de cálcio (depende da água) isolante no seu sensor o que faz zoar o barraco. Isso é minimizado usando tensão ac ao invés de "pullup" pro vcc nos sensores. Olha o chute - parte II: com ac, os eletrons (ou íons) vão e vem não dando tempo de "colar" na superfície

Certa feita no inicio de carreira, conceitualizei um sistema que media a resistência da água. Tipo assim duas varetas. Se só encostando tinha um valor de R e se enfiar tudo o R diminuiria. Mas foi só teoria mesmo pois havia pouca variação. Talvez se isolasse e medisse a capacitância. sei lá. talvez a quantidade do dielétrico água causasse variação mensurável... Mas ficou só no conceito mesmo

[MOR_AL]

Bom!
Já desisti desse sensor.
Considerando outros sensores, tais como: reeds com ímãs, ultrasom, capacitivos, etc., o sensor deixa de ser problema. Por hora, considero o sensor com reed e ímã o mais robusto e durável. Caso decida alterar o sensor, já possuo todas as opções que apresentei agora.
Por outro lado, um detalhe está me dando muito trabalho. Cismei em considerar que o receptor pode captar ruído, juntamente com o sinal. Aliás é muito comum nesses módulos XingLing.
Desenhei uma sequência de '1' e '0', que poderia ser captado pelo receptor. Vide abaixo.
___----------_---------_____-_______-----
Claramente o '0' com '1s' em volta é ruído, assim como o '1' em volta dos '0s'.
Estou tentando eliminar estes ruídos mais elementares, mas não está nada fácil.
Estou considerando que cada pacote transmitido possua um preâmbulo composto por sete conjuntos de '1' e '0', que correspondem aos bits zero, e um conjunto de '0' e '1', que corresponde ao bit '1'.
O dado é composto por 8 bits, que é formado por 8 '1s' e 8 '0s'.
O dado é praticamente repetido.
No total, tem-se 3 vezes 8 bytes (um preâmbulo mais dois dados) perfazendo 24 bits.
Cada bit é composto por um nível '1' e outro '0'. Então preciso de 24 bits vezes dois níveis, ou 48 bits de memória para gravar a sequência.
Considerei mais um byte, caso ocorra algum ruído um pouco antes da transmissão. Assim não perderia o final dos dados. Logo são 64 níveis a serem gravados para posterior tratamento.
Ocorre que devido ao ruído, eu decidi fazer 8 leituras por nível, na saída do receptor. Isso dá um total de 64 níveis vezes 8 amostras por nível, ou 64 registros com 8 bits cada.
Já fiz um fluxograma para ler e gravar estes 64 bytes com o que leio do receptor.
Agora (já estou quebrando a cabeça há uma semana) estou tentando eliminar ruídos daquele tipo mostrado acima.
Cada vez que começo a fazer um fluxograma, me vem uma nova suposição que bagunça todo o fluxograma.
Agora cheguei a considerar seis fases que podem ocorrer na recepção. Acompanhe com a figura acima.
Dado em '1'.
F1 - Recebendo diversos '1s' seguidos. É dado em '1'.
F2 - Recebendo, logo após, alguns '0s'. Este é ruído!
F3 - Idem diversos '1s'. É dado em '1'.
Dado em '0'.
F4 - Recebendo diversos '0s' seguidos. É dado em '0'.
F5 - Recebendo, logo após, alguns '1s'. Este é ruído!
F6 - Idem diversos '0s'. É dado em '0'.

Pergunto se alguém já teve conhecimento de algum processo, que tenta reduzir o ruído por programação? Não quero usar filtragem digital tradicional, por que seria trabalhoso, uma vez que receber apenas um bloco de dados e não dados continuamente, não é para qualquer um (como eu). Principalmente se considerarmos que os primeiros bits serão perdidos até que o receptor entre em seu ponto de operação nominal.

Por outro lado, posso desistir dessa "trapizonga" toda. Posso transmitir apenas um byte de dados com a duração dos 4 bytes anteriores. Aí acredito que vai ficar menos complicado filtrar estes ruídos. É só uma sugestão. Nem sei se seria mais fácil mesmo.
Sugestões são bem-vindas.
MOR_AL

[EDSONCAN]

http://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%B3digo_de_Hamming
Edson

[MOR_AL]

http://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%B3digo_de_Hamming
Edson

Conheço. Até já fiz algum filtro para outra aplicação. O problema é que o pacote possui apenas três ou quatro bytes. Até onde eu sei, o pacote deveria ser bem maior, ou contínuo.
Mas acabei modificando o trabalho.
Os módulos Tx-Rx que comprei no Ebay são os mesmos que estes do sítio.
http://www.romanblack.com/RF/cheapRFmodules.htm

A terceira foto da seção "Testing burst times and gain recovery"
Mostra o que o receptor capta quando o Tx transmite com intervalos de silêncio. Muito ruído!
Meu transmissor não pode ficar transmitindo continuamente, pois é alimentado com pilhas e fica no telhado. Tenho que manter o foco no consumo mínimo, para não ter que subir regularmente no telhado para trocar as pilhas.
Desisti de usar transmissão via rádio.
Por outro lado, chegaram meus LM3914 (Dot/Bar Display Driver). Vieram à remo da Ásia e esqueceram na entrada do país, hehehe!
Vou fazer os sensores com ampolas reed e ímãs e montar uma aranha na protoboard para ver se funciona.
No momento estou fazendo experiências com impermeabilização com isopor. O ímã deverá ficar flutuando para acionar o reed correto.
Os dois fios já estão instalados do projeto com LM339, que deu problema devido à variação da resistividade da água.
MOR_AL

[EDSONCAN]

Acho que você esta confundindo janela de Hamming com código de Hamming,
Veja o pdf:
http://www.ime.usp.br/~song/mac412/hamming.pdf

Edson

[MOR_AL]

Acho que você esta confundindo janela de Hamming com código de Hamming,
Veja o pdf:
http://www.ime.usp.br/~song/mac412/hamming.pdf

Edson

É! Você tem razão, eu confundi sim.
Mas, o problema é que:
1 - Com a saída do receptor do módulo da cozinha Cz recebendo sujeira a todo o momento, conforme mostrado na minha postagem anterior, este módulo ficará a todo o momento funcionando. O que vai de encontro a uma das diretivas. A de consumo!!!
2 - Recebendo sujeira a todo momento, fica impossível identificar o dado, pois um instante antes, com um ruído, o micro estava tentando identificar algo. Aí, quando chega o dado, o micro não tem como identificar, pois estava tratando o que recebera anteriormente, que era sujeira. Para evitar isso, deve-se fazer o transmissor enviar um grande preâmbulo. O CAG (controle automático de ganho) do receptor reduz o ganho do mesmo, reduzindo ou mesmo evitando o ruído. Isso caso a relação sinal/ruído seja, digamos, maior que 7. Existe um valor da relação sinal/ruído, que se relaciona com o número da taxa de erros. Agora esqueci, mas isso é bobagem. Isso exige que o transmissor esteja transmitindo por um período grande, indo de encontro à diretiva do consumo.
Acredito que esta opção do código Hamming seja interessante quando a taxa de erros sem ele, esteja quase boa, que os dados estejam sendo recebidos com poucos erros, porém inaceitáveis.
Com este receptor, sem que o transmissor funcione continuamente, ou quase, nem há como sincronizar. Descobrir o instante da transição no meio do bit, para identificá-lo e conhecer a taxa de transmissão e nem descobrir o instante do início dos dados.
Como mencionei, vou usar o LM3914 com o par de fios já existente e o sensor com ampolas reed e ímã.
O receptor ficará no modo dot (ponto), para consumir com apenas um led aceso e possibilidade de acionar o alarme.
Outra opção é deixar no modo qualquer (ponto ou barra), mas acionando um botão NA, que ligue o aparelho e mostre o nível. Neste caso o alarme não vai funcionar, já que, quando deveria funcionar, o aparelho estará desligado.
Ainda não esmiucei o projeto. Talvez haja uma opção melhor.
Possuo também mais de 500 ampolas com mercúrio, que sobrou de um trabalho há mais de 15 anos. Possuem cerca de 1cm de diâmetro e 2,5cm de comprimento. O chato é que os contatos encontram-se em uma das bases e saem radialmente e são diametralmente opostos. É como a letra "T" só que alta. Não sei o que fazer com estes sensores, pois já é proibida a comercialização com eles.
É isso aí!
MOR_AL

[ze]

moris eu colocaria os reeds dentro de um tubo de pvc de 1/2" com um tampão em baixo e os fios saindo por cima. Não é dificil fixá-los dentro na distância que quero. Opcionalmente resinaria tudo. Uma "resina" muito lôca é derreter isopor com gasolina. Mas faça isso só com auxílio de um adulto. O ímã e boia presos num "anel" de um de 3/4" o qual deslizaria no de 1/2".
Pensando bem se a caixa for reta, eu colaria os reeds por fora ou até mesmo dentro do tubo e o íma de hd/boia num trilho por dentro. Quando ao consumo mínimo, uma fonte e bateria de celular que acho que todo mundo tem algumas na gaveta pode contornar. Como pretendo fazer com mc, penso num alarme a cada mudança de nível e alarme diferenciado pra nível crítico. De fato, em breve devo tentar algo do gênero
Bom... não li todas as páginas. Se chovi no molhado, fds
abç

[MOR_AL]

moris eu colocaria os reeds dentro de um tubo de pvc de 1/2" com um tampão em baixo e os fios saindo por cima. Não é dificil fixá-los dentro na distância que quero.

Tem no Youtube.

https://www.youtube.com/watch?v=Hz4mtB_WY8c

Opcionalmente resinaria tudo. Uma "resina" muito lôca é derreter isopor com gasolina. Já fiz essa mistura. Fica parecendo uma meleca. Não ocuparia todos os espaços.
Mas faça isso só com auxílio de um adulto.

Vou ver se encontro um adulto de 32 anos, com 30 anos menos que eu.!!!
Entendi sua preocupação, mas é que não perderia esta oportunidade hehehe!!!!

O ímã e boia presos num "anel" de um de 3/4" o qual deslizaria no de 1/2".
Pensando bem se a caixa for reta (infelizmente é cônica e com degraus), eu colaria os reeds por fora ou até mesmo dentro do tubo e o íma de hd/boia num trilho por dentro. Quando ao consumo mínimo, uma fonte e bateria de celular que acho que todo mundo tem algumas na gaveta pode contornar. Como pretendo fazer com mc, penso num alarme a cada mudança de nível e alarme diferenciado pra nível crítico.

Descobri, com os dois projetos anteriores, que alarme é alarme. Ou seja. Não há necessidade de diferenciá-los, já que quando tocam, nossa preocupação é observar os leds. Descobri também, que é "sacal" ficar tocando por muito tempo. O ideal seria tocar por um período, digamos 30 segundos e, caso não o interrompê-lo momentaneamente, ficaria tocando em intervalos regulares (10 em 10 minutos), por um período de 0,3 segundo. Uma nova redução do nível tornaria a funcionar como sem a nossa intervenção. Em tempo. Digo daqueles alarmes XingLing de abertura de portas ou janelas. Tocam com mais de 100dB com 4,5V.

De fato, em breve devo tentar algo do gênero
Bom... não li todas as páginas. Se chovi no molhado, fds . Nossa. Não precisa ficar desbocado.
abç

Já comprei dois tubos de pvc. São tubos para banners. Possuem diâmetros menores que os conhecidos de 20mm cola, ou 1/2" rosca e de 25mm cola, ou 3/4" rosca.
Os reeds têm um diâmetro de aprox. 1/10". Dá para colocar no tubo mais fino. Com isso a influência do ímã é maior. Na verdade um sujeito já fez assim, com tubos e conexões pvc para água. Tem no Youtube.

https://www.youtube.com/watch?v=Hz4mtB_WY8c

Já pesquisei sobre flutuadores (espuma com duas densidades extremas e isopor)
Peguei diversos pedaços de ambos e untei-os com:
1 - Tinta acrílica como base de pintura de peças de ferro (Ferrolac).
2 - Cola PVC (Cascorex).
3 - Cola para Isopor.
4 - Batipedra, usado em automóveis.

Apliquei duas camadas e aguardei 24h entre aplicações. Os dias estão infernais de quentes. Depois deixei 24h secando. Depois deixei ao Sol por um dia. Um baita dum Sol.
Depois pesei todas as peças e anotei o valor e o impermeabilizante usado no corpo da amostra.
Depois coloquei tudo dentro de um copo com água e um outro copo por cima para manter as amostras submersas, mas sem forçá-las. Deixei por 24 horas.
Depois pesei tudo novamente, para ver a absorção de água.
De cara descartei todas as peças com espuma por não formar uma camada isolante.
Descartei o Batipedra por não impermeabilizar. É um produto preto com a consistência de quase massa.
Descartei a cola PVC Cascorex, que no início parecia bem seca, mas que formou uma película que escorregava entre ela e o isopor. Talvez fosse interessante usar um sensibilizante e aplicar UV, mas não cheguei a tanto.
A amostra com tinta acrílica Ferrolac aparentemente funcionou, mas a superfície ficou meio estranha.
A cola para Isopor é a que me convenceu de ser a melhor.
Todas as amostras aumentaram de peso, o que mostra que há alguma infiltração de água. Mas escolhi mesmo a cola para isopor.
O isopor testados é aquele de média a péssima qualidade. Tirado de um pedaço de isopor que servia de proteção de equipamento.
Comprei aqueles copos de isopor. São de ótima qualidade em termos de células fechadas.
O copo serviu para colocar um pouco de cola de isopor para submergir as amostras. Depois esvaziei e deixei secar. Ficou ótimo.
Penso em fazer o flutuador com estes copos, ou usar algum frasco plástico com cerca de 8 a 10 cm de diâmetro e inserir isopor em seu interior, depois usar a cola de isopor para manter tudo em seus lugares e impermeabilizar tudo.
Os copos não possuem quase resistência mecânica, de modo que tensiono em usar as bases dos frascos plásticos.

Tanto uma solução com o LM3914, como com um PIC16F628A possuiriam o mesmo sensor. Portanto nada impede futuras alterações.
Com microcontrolador ainda tem-se quatro vantagens (até agora):
1 - Poder mantê-lo na maior parte do tempo em modo sleep, economizando bateria.
2 - Incluir o alarme em modo sleep.
3 - Descartar uma micro switch para colocar o alarme em outro nível.
4 - Poder manter a indicação do nível, em níveis intermediários, entre dois reeds consecutivos. O espaçamento entre dois níveis adjacentes é tal que, em algumas partes entre dois níveis não há influência do ímã.

É isso aí.
MOR_AL