Opracowanie zasilanego bateryjnie ultradźwiękowego urządzenia do pomiaru poziomu cieczy
Wyzwanie dla klienta
Nasz wieloletni klient zwrócił się do nas z prośbą o opracowanie autonomicznego, zasilanego bateryjnie urządzenia do pomiaru poziomu płynów w zbiornikach. Kluczowe wymagania obejmowały:
- Długa żywotność baterii: Minimum 1 rok, optymalnie 2 lata.
- Praca na zewnątrz: Zaprojektowany, aby wytrzymać trudne warunki środowiskowe.
- Łączność: Niezawodna komunikacja z serwerem klienta.
- Zintegrowany lokalizator: Funkcja GNSS do mobilnego monitorowania zbiorników.
Projekt ten wiązał się z kilkoma wyzwaniami:
- Wybór odpowiedniej metody pomiaru.
- Opracowanie rozwiązania o bardzo niskim poborze mocy w celu wydłużenia żywotności baterii.
- Projektowanie energooszczędnego systemu komunikacji bezprzewodowej.
- Zapewnia niezawodne działanie w szerokim zakresie temperatur i poziomów wilgotności.
Rozwój rozwiązań
1. Wybór metody pomiarowej
Zaczęliśmy od oceny różnych technologii pomiarowych:
Czujniki ToF (Time of Flight): Popularne i niedrogie czujniki oparte na podczerwieni mierzą odległość poprzez pomiar czasu przelotu impulsów świetlnych. Nasze testy wykazały jednak, że w warunkach silnego oświetlenia otoczenia (70 000 luksów), typowego dla środowisk zewnętrznych, czujniki były bardzo podatne na zakłócenia. Było to szczególnie problematyczne w przypadku zbiorników wykonanych z półprzezroczystych materiałów, które przepuszczały światło podczerwone. Dokładność i zasięg czujników ToF uległy znacznemu pogorszeniu, co czyni je nieodpowiednimi do tego zastosowania.
Mikrofalowe radary FMCW: Okazały się one odporne na zmiany temperatury i zakłócenia świetlne, ale niedrogim opcjom brakowało precyzji wymaganej dla potrzeb naszego klienta.
Radar ultradźwiękowy: Ostatecznie wybraliśmy technologię ultradźwiękową ze względu na jej doskonałą dokładność, opłacalność i niezawodność w środowiskach zewnętrznych. Chociaż wymagała ona kalibracji podczas produkcji i kompensacji termicznej (ponieważ prędkość dźwięku zmienia się wraz z temperaturą), te drobne kompromisy zostały przeważone przez jej zalety.
2. Zarządzanie energią
Aby spełnić wymagania klienta dotyczące wydłużonego czasu pracy baterii, wybraliśmy sprawdzony mikrokontroler o bardzo niskim poborze mocy. Jego wiele trybów zarządzania energią pozwoliło nam zoptymalizować zużycie energii, osiągając docelowy czas pracy baterii do dwóch lat.
3. Komunikacja i lokalizacja
Aby zapewnić łączność, zintegrowaliśmy moduł COMBO, który łączy w sobie odbiornik GNSS do śledzenia lokalizacji i moduł komunikacyjny GPRS/GSM do niezawodnej transmisji danych. Opracowane na zamówienie oprogramowanie układowe umożliwiło precyzyjne pomiary, wykrywanie zdarzeń i okresową dwukierunkową komunikację z serwerem klienta.
4. Gotowość produkcyjna
W celu wsparcia masowej produkcji zaprojektowaliśmy dedykowane stanowisko montażowe oraz specjalistyczny system kalibracji i testowania. System testowy zapewnił dokładną kalibrację ultradźwiękowej ścieżki pomiarowej, włączając parametry kompensacji termicznej dla niezawodnej pracy w zmiennych warunkach środowiskowych.
Wyniki
- Precyzyjny pomiar z rozdzielczością 1 mm.
- Do 2 lat żywotności baterii, sprawdzone w rzeczywistych warunkach.
- Solidne działanie w środowisku zewnętrznym, na które nie mają wpływu zmiany temperatury ani oświetlenia.
- Bezproblemowa łączność z serwerem zaplecza klienta w celu monitorowania w czasie rzeczywistym.
- Niezawodne śledzenie GNSS do mobilnego zarządzania zbiornikami.
Urządzenie jest obecnie w masowej produkcji, a INVENTRONICS zapewnia regularne dostawy do klienta. Projekt ten podkreśla naszą zdolność do radzenia sobie ze złożonymi wyzwaniami inżynieryjnymi i dostarczania innowacyjnych, dostosowanych rozwiązań, które spełniają i przekraczają potrzeby klientów.
