Precisie vloeistofniveaudetectie met VL53L0X Laser ToF-sensor op Arduino

Onderdelen en benodigdheden

• Arduino UNO – 1 stuk
• ProtoCentral Electronics ProtoCentral VL53L0X Laser ToF Sensor breakout – 1 stuk

Apps en online diensten

• Arduino IDE
• Processing

Over dit project

Vloeistofniveaumeting is een gangbare techniek in diverse industriële en huishoudelijke toepassingen (zoals waterniveaumeting in een tank). Dit wordt meestal gedaan met een meetstaf die in de vloeistof wordt gedoopt en de geleidbaarheid tussen de elektrodes meet. Deze geleidbaarheid wordt gemeten door de weerstandsverandering door het veranderende waterniveau.

Een andere manier om het niveau te voelen (meestal vol niveau) voor toepassingen zoals motorafschakeling wanneer de watertank vol is, is een drijver-gebaseerde sensor die de stroom mechanisch afsluit. Dit zijn meestal klonterige, mechanische apparaten die alleen detecteren wanneer de tank vol is.

Waarom we deze niet konden gebruiken

Voor de specifieke toepassing waar we aan werkten, konden we fysiek niets in de vat plaatsen vanwege de aard van de vloeistof. Dit geldt ook voor voedsel. Het verkrijgen van voedselgraad sensoren en het handhaven van voedselveiligheidsstandaards kan een uitdaging zijn.

Een niet-invasieve, niet-contact manier om het vloeistofniveau in de tank te meten leek de beste aanpak. In deze situatie speelt vloeistofverontreiniging geen rol meer.

Hoe deden we het

De ProtoCentral Laser-sensor breakout board bevat de VL53L0X-sensor van ST Microelectronics, een complete Laser-gebaseerde time-of-flight (ToF) afstandsmeetsensor. Het voordeel van dit apparaat is dat het onzichtbaar IR-laslicht van elk oppervlak kan weerkaatsen en de tijd meet die het licht nodig heeft om de detector te bereiken, die ook in het apparaat is ingebouwd.

De maximale meetbereik van de sensor is 2 meter, maar we haalden nog een resolutie van 2 mm waterniveau in de tank. De Laser ToF breakout board is aangesloten op een Arduino-compatibel bordje, de ProtoFly van ProtoCentral, die een ingebouwde Bluetooth-module heeft. Gecombineerd met een Li-Ion batterijpakket is dit klaar voor draadloos gebruik.

Deze unit is gemonteerd op de bovenkant van een tank waarin water wordt gepompt met een kleine waterpomp.

De hoogtedata wordt dan draadloos naar een computer gestuurd die een GUI draait op basis van Processing. De Processing-applicatie meet en logt het waterniveau in real-time.

Resultaten

Over het algemeen had ik een goede ervaring met een niet-conventionele manier om waterniveau in een tank te meten. Deze sensor biedt een niet-contact en betrouwbare manier van meten met heel weinig interface-werk.

We zullen ook een Fritzing aansluitschema maken zodra we kunnen, maar het is redelijk rechttoe-rechtaan om dit bordje aan een Arduino te koppelen, met alle code en bibliotheken die beschikbaar zijn.

Code

ProtoCentral VL53L0X breakout board

Bibliotheek en voorbeeldcode: GitHub repository

Schema's

ProtoCentral VL53L0X breakout board hardware

Hardware schematics op GitHub