Sensor y Controlador Nivel Fluido Inteligente con Arduino y Ultrasonido HC-SR04

Componentes y materiales

Componente	Cantidad
Arduino UNO	1
Sensor ultrasónico HC-SR04 genérico	1

Aplicaciones y servicios

• Arduino IDE

Descripción del proyecto

El diagrama muestra el sensor ultrasónico y Arduino. El modelo construido fue solo para presentación.

Introducción

Los indicadores de nivel se usan en todos los sectores industriales. También podemos implementarlos a pequeña escala o uso doméstico. Hemos construido un sensor de nivel de fluido que proporciona datos continuos: indica cuánto fluido hay en el tanque. El sistema es un sistema de realimentación: no solo informa la cantidad, sino que la controla mediante bomba.

Construcción

El Arduino es el microcontrolador. El sensor HC-SR04 se conecta a Arduino y se monta en la parte superior del tanque. Usé dos bombas sumergibles para el modelo; son unidireccionales (transportan fluido en un solo sentido). Podría usarse una bomba bidireccional para ambas direcciones. Ambas bombas reciben señal del Arduino. Requieren 12V, así que hace falta un driver de motor (no mostrado en el diagrama).

Funcionamiento

Dividimos el modelo en dos secciones:

• Sistema de sensado
• Sistema de control

Sensado

El sensor HC-SR04 trabaja a 40 kHz (ultrasonido >20 kHz). Tiene Transmisor y Receptor. El transmisor emite 40 kHz; la onda rebota en la superficie del fluido y la recibe el receptor. 4 pines: GND a GND Arduino, VCC a 3.3V o 5V. Pin Trigger inicia la emisión; pin Echo recibe el eco. Medimos el tiempo y lo convertimos en distancia:

duration = pulseIn(echoPin, HIGH); // tiempo en µs
distance = duration * 0.034 / 2;   // distancia en cm

Sistema de control

Arduino recibe datos del sensor y envía señales a las bombas. Definimos un nivel umbral en el código. Si el nivel supera el umbral, la bomba del tanque se activa y extrae fluido hasta bajar del umbral. Si el nivel cae por debajo, la bomba del depósito bombea fluido al tanque. En la práctica se usa el tanque y una sola bomba.

Mejoras futuras

• Usar bomba bidireccional externa al tanque (solo una bomba).
• Mostrar resultados en pantalla OLED o LCD.
• Almacenar datos en la nube vía IoT.
• Controlar y consultar nivel desde app móvil vía IoT.
• Añadir zumbador seguridad contra desbordamiento; modificar código para evitar rebose.

Código

Controlador nivel agua (Arduino)

int tankPump = 3;
int reserviorPump = 2;
int trigPin = 9;  // blanco
int echoPin = 10; // marrón
long duration;
int distance;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(tankPump, OUTPUT);
  pinMode(reserviorPump, OUTPUT);
  pinMode(trigPin, OUTPUT);
  pinMode(echoPin, INPUT);
}

void loop() {
  ultrasound();
  pump();
}

void ultrasound() {
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(trigPin, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
  distance = duration * 0.034 / 2;
  Serial.print("Distance:"); Serial.println(distance);
  delay(1000);
}

void pump() {
  if (distance > 10) {           // nivel bajo -> llenar
    digitalWrite(tankPump, HIGH);
    digitalWrite(reserviorPump, LOW);
  } else {
    digitalWrite(tankPump, LOW);
  }
  if (distance < 6) {            // nivel alto -> vaciar
    digitalWrite(reserviorPump, HIGH);
    digitalWrite(tankPump, LOW);
  } else {
    digitalWrite(reserviorPump, LOW);
  }
}

Esquemáticos