Projeto de automatização de reservatório.

 Olá, pessoal, desenvolvi esse projeto, me baseando em algumas ideias que vi na net, ele tem módulos simples, que ainda podem ser agregados sensores e um sistema de comunicação e comando via bluetooth.

 A primeira sugestiva é utilizar uma fonte linear ajustável, como divulgada num artigo anterior, como observado abaixo:

Fontes:

 Como comentado antes, essa fonte possui tensão regulada na saída e proteção contra curto-circuito, muito adequado para proteger o sistema e fornecer um nível satisfatório de voltagem, que satisfaz a condição de operação. É recomendado usar a configuração sugerida, para ajustar a tensão em função de perdas. Teremos assim melhor estabilidade funcional, compensando a distância da caixa ou reservatório, da unidade de comando e sensoriamento.

Recomendo montarem a fonte em caixa de alumínio, com aterramento de caixa e com fixação do TIP31, obedecendo a isolação do mesmo e usando a caixa como meio de dissipação, já que a fonte linear é de 1A, observem figura ao lado. Vejam os detalhes dos componentes, em especial, a disposição do trafo e circuito de filtragem e proteção. A fonte tem corrente suficiente para alimentar os sensores e circuitos lógicos, fica sugerido usar fiação até uma distância de 30 metros, acima disso será necessário otimizar e usar bluetooth ou criar um link de rádio para efetuar comando e receber informações dos sensores. Maiores detalhes, consultem o artigo publicado sobre fontes de tensão: http://gurueletronico.blogspot.com.br/2012/10/fontes-praticas-pro-dia-dia.html

Lista de materiais:
Conector AC, padrão fonte ATX de PC, tri-way.
 C1, C2 - Capacitor cerâmico ou poliéster de 150nF/250V.
 C3 - Capacitor eletrolítico polarizado de 47uF/25V.
 C4 - Capacitor de 100nF/250V, cerâmico ou poliéster.
 C5 - Capacitor eletrolítico polarizado de 47uF/25V.
 D1, D2 - Diodo retificador 1N4004.
 D3 - Diodo zener de 13V/1W.
 F1 - Fusível de 0,1A/250V.
 L1, L2 - Indutâncias, ver figuras.
 Led1 - Led vermelho padrão.
 Q1 - Transístor BC327 PNP.
 R1 - Varistor S20K250, ver figuras.
 R2 - Resistor de fio de 330 Ohm/1W.
 R3 - Resistor de 1k/1/8W.
 R4 - Potenciômetro de 10k linear.
 R5 - Resistor de fio de 0,4 Ohm/0,5W.
 T1 - Transístor TIP31, darlington, NPN.
 T2 - Transístor 2N2222, NPN.
 S1 - Chave seletora de 3 posições, ver figuras.
 S2 - Chave liga-desliga, de 3 posições ver figuras.

 Módulo de controle:

 Nesse módulo, a ativação da bomba é efetuada quando o sensor sinalizar abaixo de 25% e a bomba é desligada ao atingir 100% do nível de reservatório, sendo assim otimizado o ciclo de uso da bomba d'água e a energia consumida pelo circuito ao lado, observe.
 No circuito de controle só poderemos acionar a bomba, na falta de água em 25% e desliga ao atingir 100%, ou seja, é ativa acionando o gatilho do SCR BT151, pra falta de água e desativa na presença da água, em 100% do tanque, aplicando um pulso entre anodo e catodo. O SCR BT151, possui a característica de selo, é equivalente ao SCR TIC106 e tem um resultado semelhante a um comando elétrico feito num contator. A primeira vantagem é a simplicidade do circuito e a facilidade de usar sensores como boias para integrar nele, a outra sugestiva são os reed-switch., tomando apenas o cuidado para inverter a lógica no sensor de 25%, sugiro usar boias de água que tenham contatos NA (normalmente aberto), para o caso dos sensores de 50, 75 e 100%, o sensor de 25 % terá que ser uma boia NA e NF (normalmente fechado), para o caso de controle do nível e acionamento da bomba de água. Confira o PCB do circuito acima, ao lado.
 Usei essa configuração pela simplicidade operacional e lógica, além de fornecer um controle seguro, pois a lógica anterior não garantia selamento para acionar a bomba de água e na mudança do nível lógico dos sensores, sendo que a lógica digital seria mais complexa e usaria mais componentes, encarecendo o projeto. No entanto, nada impede de estudar o caso e adaptar uma lógica digital para um controle aprimorado por computador ou CLP.
 Usei conectores de dois pontos, como o CONEC1 e 2, e o conector de 3 pontos, que é o CONEC3, o relé K1, é o G5LE, que é alimentado na bobina com 12VDC, 30mA, e a carga é de 220 VAC/10A.
 Pode ser acrescentado um circuito snubber, entre o anodo e catodo do BT151, realizarei teste e informarei aqui.
 Confiram o fotolito do Módulo de Controle:

  Lista de materiais:
 CONEC1,2- Conectores de 2 pontos, ver figuras e texto.
 CONEC3- Conector de 3 pontos, ver figuras e texto.
 D1- Diodo 1N4004, o 1N4148, também serve.
 K1- Relé tipo G5LE, 12VDC/220VAC/10A.
 R1- Resistor de 10k/1/8W.
 T1- Transistor NPN, BC547 ou 548.
     T2- SCR BT151.

 

Outra alternativa pode ser empregada usando o timer 555 como acionador da bomba de água, bastando desligar a mesma ao ser atingido 100% o nível de água no reservatório, já para acionar a bomba, basta o reservatório cair abaixo de 25%, prosseguindo o abastecimento até 100% do tanque, observe a figura ao lado e veja os detalhes de ligações das conexões. Esse circuito é muito simples, eficaz e confiável, sendo também bem econômico para se construir.

Veja o detalhe do PCB do lado da solda (botton) e lado dos componentes (top).

Lado da solda, procurei fazer o aproveitamento dos componentes, visando facilidades para manutenção e instalação, além da estética no estado da arte!

 Lado dos componentes, veja que o lay out foi pensado numa instalação em caixa que facilite a entrada dos fios dos sensores e ao mesmo tempo proteja os módulos

 Lista de materiais:
 CONEC X1,2- Conectores de 3 pontos, ver figuras e texto.
 CONEC X3- Conector de 2 pontos, ver figuras e texto.

 C1- Capacitor eletrolítico de 100uF/25V.

 C2- Capacitor de poliéster de 100nF/100V.

 CI 1- LM 555.
 D1- Diodo 1N4004, o 1N4148, também serve.
 K1- Relé tipo G5LE, 12VDC/220VAC/10A.
 R1-R3- Resistor de 10k/1/8W.

 R2- Resistor de 100Ohm/1/8W.
 Q1-Q2- Transistor NPN, BC547 ou 548.

  

Módulo de Sensoriamento:

 

 O sensoriamento é feito pela comparação feita pelos amplificadores operacionais LM339, confira a figura ao lado. No sensoriamento, podemos também sinalizar o nível de ocupação do tanque em 25, 50, 75 e 100%. K1 sinaliza e chaveia relé em 100%, e no começo, k4, sinaliza 25%. Imaginei uma estrutura que usa um cano de PVC, com as fiações emborrachadas, sendo descapadas apenas nos pontos de sensoriamento.
 Pode ser utilizado também um isopor com um imã e uma série de reed-sweetches acopladas no cano, internamente, com a mesma disposição da fiação.
Como sugestiva podemos usar outras configurações que serão postadas futuramente e que também servem como sensores. Os relés acionados podem ligar lâmpadas de sinalização ou circuitos com a mesma finalidade e alimentar o módulo lógico.

 Analise a figura ao lado, na direita e verifiquem o lay-out de circuito impresso, observem que foi criado jumpers para otimizar o aproveitamento de face simples e melhorar os custos de produção da placa, ela também pode ser montada em placa universal, com wire-up.

 Usei 16 jumpers no total para interligar as trilhas do circuito, com um acabamento no estado da arte!

 

 

Fiz um lay-out o mais otimizado possível e com o melhor aproveitamento, a resistência dos fios sensores ficam entre 20 a 30 ohm numa instalação de até 30 m de distância do tanque à unidade de sensoriamento e comutação lógica. Vale a pena complementar que as trilhas que interligam os relés com as cargas AC de até 10A, devem ter necessariamente 2,5mm na placa, vejam o detalhe do Bottom Side na figura ao lado.
  

 Aqui também pode ser usado configurações de bluetooth para distâncias de até 100 metros, e usar um módulo de fonte para alimentar esses circuitos, você pode usar um dos modelos de projetos de fontes citados anteriormente, ou o modelo da primeira figura.

 O circuito com o LM339 é melhor para o projeto, dada a eficácia do comparador, que é superior ao LM324. Tinha algumas falhas no circuito e optei substituir pelo LM339.
 Simulei a eficácia desse circuito com o Circuit Maker e respondeu satisfatoriamente.

 Pessoal, tenho o lay-out profissional feito pelo Eagle do Top Side, olha aí:

 

O padrão de furação e o lay-out seguem a tendência do arquivo Gerber, e coloca a máscara verde padrão e as ilhas em amarelo, destacando o lado da solda do projeto. Veja o Top Side ao lado.

 Uma impressora CNC ou à laser, pode produzir esse lay-out removendo o cobre adicional deixando apenas as trilhas do circuito. Pode ser feito o fotolito como sugerido acima e transferido para uma placa de cobre por processo térmico, usando um ferro de passar roupa, em seguida é só corroer numa solução de percloreto de ferro. Isso é válido tanto para o lado dos componentes (Top Side) e o lado da solda (Bottom Side).

 Na próxima figura temos o desenho do tanque e a sugestiva de instalação dos fios sensores no cano de 3/4 de polegadas de PVC.

 

 Não importa o tamanho do tanque, o que é relevante, é fazer a divisão como é sugerido na figura, e pode ser implementado os canos com os fios internos ou reed switches interligados e com um isopor com um imã pra marcar a passagem pelos reed-switches; posso usar também as boias conforme sugeri acima.
 Pode ser utilizado qualquer líquido, além da água, desde que não sejam inflamáveis. Outro modo é usar sensores de presença de líquido, fácil de encontrar no Mercado Livre.
  

  Lista de materiais:

 C1- Capacitor de 470uF/25V, de poliéster.
 D1 a D8- Diodo retificador 1N4004, 1N4148 serve também.
 K1 a K4- Relé tipo G5LE, 12Vdc/110-220Vac, 10A.
 Led1 a Led4- Led vermelho, verde, amarelo e azul, comum, médio de 5mm.
 X1 a X4- Conector de 3 posições, ver figuras acima.
 R1 a R4- Resistor de 1k, 1/8W.
 T1 a T4- Transístor NPN, BC547 ou 548.
 X5 a X9- Conector de 2 pontos, ver figuras acima.

 Estou pesquisando melhorias desse circuito e aceito sugestões, maiores detalhes, forneço os circuitos e usamos o fórum desse post.
 Abraços à todos! Bom Trabalho!

 Boa prática!

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