ZAMONAVIY MIKROKONTROLLERLAR, ARDUINO VA ULTRATOVUSHLI SATH DATCHIGI YORDAMIDA SUYUQLIK SATHINI O‘LCHASH TIZIMI

Ushbu maqolada zamonaviy mikrokontroller texnologiyalaridan biri — Arduinoplatformasi asosida ultratovushli sath datchigi (HC-SR04) yordamida suyuqlik sathini avtomatik o‘lchashva nazorat qilish tizimi ishlab chiqildi. Tizim ultratovush to‘lqinlarining refleksiya hodisasiga asoslanadi.Mikrokontroller signal yuborish va qaytish vaqtini o‘lchab, suyuqlik sathigacha bo‘lgan masofanihisoblaydi. Shuningdek, tizim nasosni avtomatik yoqish va o‘chirish funksiyalariga ega bo‘lib, suyuqliksathini me‘yorda ushlab turadi. Tizimning afzalliklari — oddiy konstruktsiya, arzon komponentlar,energiya tejamkorlik va yuqori aniqlik darajasidir. Taklif etilgan yechim laboratoriya, sanoat va maishiysharoitlarda samarali qo‘llanishi mumkin.

ZAMONAVIY MIKROKONTROLLERLAR, ARDUINO VA ULTRATOVUSHLI SATH DATCHIGI YORDAMIDA SUYUQLIK SATHINI O‘LCHASH TIZIMI

FDTU “Elektronika va asbobsozlik” kafedrasi dotsenti Yusupova Feruza., M15-24 guruhi talabasi Ne’matjonov J.S., jamshidbeknematjonov06@gmail.com

Annotatsiya: Ushbu maqolada zamonaviy mikrokontroller texnologiyalaridan biri — Arduino platformasi asosida ultratovushli sath datchigi (HC-SR04) yordamida suyuqlik sathini avtomatik o‘lchash va nazorat qilish tizimi ishlab chiqildi. Tizim ultratovush to‘lqinlarining refleksiya hodisasiga asoslanadi. Mikrokontroller signal yuborish va qaytish vaqtini o‘lchab, suyuqlik sathigacha bo‘lgan masofani hisoblaydi. Shuningdek, tizim nasosni avtomatik yoqish va o‘chirish funksiyalariga ega bo‘lib, suyuqlik sathini me’yorda ushlab turadi. Tizimning afzalliklari — oddiy konstruktsiya, arzon komponentlar, energiya tejamkorlik va yuqori aniqlik darajasidir. Taklif etilgan yechim laboratoriya, sanoat va maishiy sharoitlarda samarali qo‘llanishi mumkin. Kalit so‘zlar: mikrokontroller, Arduino, ultratovushli datchik, HC-SR04, suyuqlik sathi, avtomatik boshqaruv, sensor tizimi, real vaqt rejimi.

LIQUID LEVEL MEASUREMENT SYSTEM USING MODERN MICROCONTROLLERS, ARDUINO AND ULTRASOUND LEVEL SENSOR

Abstract: In this article, an automatic liquid level measurement and control system using an ultrasonic level sensor (HC-SR04) based on one of the modern microcontroller technologies — the Arduino platform — was developed. The system is based on the phenomenon of reflection of ultrasonic waves. The

microcontroller measures the time of signal transmission and return and calculates the distance to the liquid level. The system also has the functions of automatically turning the pump on and off, maintaining the liquid level at the desired level. The advantages of the system are simple design, inexpensive components, energy saving and high accuracy. The proposed solution can be effectively used in laboratory, industrial and domestic conditions. Keywords: microcontroller, Arduino, ultrasonic sensor, HC-SR04, liquid level, automatic control, sensor system, real-time mode.

СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОВРЕМЕННЫХ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ, ARDUINO И УЛЬТРАЗВУКОВОГО ДАТЧИКА УРОВНЯ

Аннотация: В данной статье разработана система автоматического измерения и контроля уровня жидкости с использованием ультразвукового датчика уровня (HC-SR04) на базе одной из современных микроконтроллерных технологий — платформы Arduino. Система основана на явлении отражения ультразвуковых волн. Микроконтроллер измеряет время прохождения и возврата сигнала и вычисляет расстояние до уровня жидкости. Система также имеет функции автоматического включения и выключения насоса, поддержания уровня жидкости на заданном уровне. Преимуществами системы являются простота конструкции, недорогие компоненты, энергосбережение и высокая точность. Предложенное решение может эффективно использоваться в лабораторных, промышленных и бытовых условиях. Ключевые слова: микроконтроллер, Arduino, ультразвуковой датчик, HC-SR04, уровень жидкости, автоматическое управление, сенсорная система, режим реального времени.

Kirish. Bugungi kunda texnologiyalar jadal sur’atlarda rivojlanayotgani sababli, turli jarayonlarni avtomatlashtirish masalalari ishlab chiqarish, energetika, qishloq xo‘jaligi va maishiy sohalarda tobora katta ahamiyat kasb etmoqda. Shunday tizimlardan biri — suyuqlik sathini o‘lchash va nazorat qilish tizimidir. Bu jarayon suv omborlari, yoqilg‘i saqlash rezervuarlari, kimyoviy reaktorlar, sug‘orish tizimlari va maishiy suv ta’minoti tizimlarida muhim rol o‘ynaydi [1,2]. An’anaviy mexanik yoki qo‘lda o‘lchash usullari ko‘plab cheklovlarga ega: ular inson ishtirokini talab qiladi, o‘lchov aniqligi past bo‘ladi hamda uzoq muddatli monitoringni amalga oshirish imkoniyatini bermaydi. Shu sababli, zamonaviy mikrokontroller texnologiyalari va sensor qurilmalar asosida yaratilgan avtomatik tizimlar bunday muammolarni samarali hal etadi. Mikrokontrollerlar ichida Arduino platformasi o‘zining qulay dasturlash muhiti, ochiq manbali arxitekturasi va arzonligi bilan ajralib turadi. Ultratovushli sath datchigi (HC-SR04) esa suyuqlik sathini bevosita kontaktga kirmasdan, havoda ultratovush to‘lqinlarining tarqalish vaqtini o‘lchash orqali masofani aniqlaydi. Shu ikki texnologiyani birlashtirish orqali arzon, ishonchli va energiya tejamkor avtomatik sath o‘lchash tizimini yaratish mumkin [1,3]. Mazkur ishning maqsadi — Arduino mikrokontrolleri va ultratovushli datchik asosida suyuqlik sathini o‘lchaydigan va nasosni avtomatik boshqaradigan tizimni ishlab chiqish hamda uning ishlash algoritmini ishlab chiqishdir. Arduino mikrokontrollerlari osongina dasturlashtirilishi va istalgan vaqtda yangilanishi mumkin bo'lgan ochiq kodli dasturdir. Arduino mikrokontrollerlarida ma'lumot olish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan kirish va chiqishlar mavjud va olingan ma'lumotlarga asoslanib, Arduino chiqishlarni yuborishi mumkin. Arduino mikrokontrollerlari HTTP so'rovlari yordamida internet orqali ma'lumotlarni yuborishi va qabul qilishi mumkin. Internetga ulanishi mumkin bo'lgan oddiy mikrokontroller Esp platasidir. Esp mikrokontrollerlari Wi-Fi serveriga ulanishi yoki Wi-Fi serveri sifatida ishlashi mumkin.[1, 6] Arduino platformasini ikkiga bo'lish mumkin: Uskuna va Dasturiy ta'minot. Arduino Arduino ishlab chiqish platasi deb nomlanuvchi uskunadan foydalanadi. Kodni ishlab chiqish uchun Arduino dasturi Arduino IDE (Integrated Development Environment) deb nomlanadi. Atmel yoki 32 bitli Atmel ARM tomonidan ishlab chiqarilgan 8 bitli Atmel AVR mikrokontrollerlari bilan yaratilgan ushbu mikrokontrollerlarni Arduino IDE da C yoki C++ tili yordamida osongina dasturlash mumkin.[1,6] Ultratovush sensorlari robotlarni atrofdagi obyektlarni idrok etish vositasi, texnik ko'rishga alternativa bilan jihozlash imkonini beradi. Gumanoid robotlar, boshqa turdagi robotlar singari, birinchidan,

inson sezgilariga o'xshash sensor tizimlari bilan jihozlangan. HC-SR04 ultratovush masofa o'lchagichi 2- rasmda ko'rsatilgan, bu yerda uzatgich va qabul qilgich mos ravishda T va R deb belgilangan. Masofa o'lchagich 40 kHz chastotada tovush to'lqinlarini hosil qiladi. Tovush to'lqinlari obyektdan aks etadi va qabul qilgichga qaytadi, sensor sensordan obyektga va orqaga tarqalish uchun tovush to'lqinlariga yuborilgan vaqt haqida ma'lumot beradi. Bu jarayonni 1-rasmda aniq ko'rish mumkin [2].

1-2-Rasm. Ultratovushli sath o’lchash sensori va ishlash prinspi (HC-SR04) Ushbu tizimning markazida Arduino mikrokontrolleri joylashgan bo‘lib, u barcha qurilmalar bilan o‘zaro aloqani ta’minlaydi. Mikrokontroller sensorlardan kelayotgan ma’lumotlarni qabul qiladi, ularni qayta ishlaydi va natijaga qarab chiqarish yoki qurilmalarni boshqarish vazifasini bajaradi [1]. HC-SR04 ultratovushli sath datchigi suyuqlik sathini bevosita kontaktga kirmasdan o‘lchaydi. Datchik havoda ultratovush to‘lqinlarini yuboradi va bu to‘lqinlar suyuqlik yuzasidan aks etib qaytadi. Arduino ushbu to‘lqinning borib-qaytish vaqtini aniqlaydi va uni masofa qiymatiga aylantiradi. Masofa ma’lum bo‘lgach, tizim idish balandligi bilan solishtirib, suyuqlik sathini hisoblaydi. Shu orqali suyuqlik darajasi real vaqt rejimida aniqlanadi. O‘lchangan sath LCD displey orqali foydalanuvchiga ko‘rsatiladi, bu esa tizimning ishlash holatini vizual tarzda kuzatish imkonini beradi. Bundan tashqari, Arduino mikrokontrolleri sath ma’lum chegaralardan past yoki yuqori bo‘lganda nasosning ishini avtomatik boshqaradi. Agar sath belgilangan minimumdan past bo‘lsa, mikrokontroller rele modul orqali nasosni yoqadi, sath maksimal darajaga yetganda esa nasos avtomatik tarzda o‘chadi. Shunday qilib, tizim suyuqlik sathini doimiy ravishda monitoring qiladi, foydalanuvchining aralashuviga ehtiyoj qoldirmaydi va suv yoki boshqa suyuqlik resurslarini samarali boshqarish imkonini beradi. Bu yechim, ayniqsa, laboratoriya sharoitida, sanoat jarayonlarida va maishiy suv ta’minoti tizimlarida qo‘llash uchun qulaydir [4].

3-Rasm. Arduino va HC-SR04 sensorini ulash sxemasi Tadqiqot metodikasi: Tizimning ishlash prinsipi ultratovush to‘lqinlarining refleksiya hodisasiga asoslanadi. Datchik tomonidan yuborilgan signal suyuqlik sathidan qaytadi, va bu vaqt Arduino mikrokontrolleri tomonidan o‘lchanadi. Quyidagi formuladan foydalaniladi:

• v — tovush tezligi (343 m/s), • t — signalning borib-qaytish vaqti. O‘lchangan masofa idish balandligi bilan solishtirilib, suyuqlik sathi aniqlanadi:[5,6,7] L=H−S bu yerda H — idish balandligi, L — suyuqlik sathi. O‘lchov natijalari LCD displeyda ko‘rsatiladi, va sath minimal darajadan past bo‘lsa — nasos avtomatik yoqiladi, maksimal chegarada esa — o‘chiriladi. Dasturiy ta’minot C/C++ tili yordamida Arduino IDE muhitida yozilgan. Sensor va aktuatorlar quyidagi komponentlar bilan bog‘langan: • HC-SR04 ultratovushli datchik (Trig va Echo pinlar orqali), • Rele moduli (nasos boshqaruvi uchun), • 16x2 LCD displey (vizual monitoring uchun), • Arduino Uno mikrokontrolleri. Eksperimental sinovlar laboratoriya sharoitida 30 sm balandlikdagi suv idishi yordamida o‘tkazildi.[9,10] #include <LiquidCrystal.h> // LCD uchun // 2. Signal qaytish vaqtini o‘lchash kutubxona duration = pulseIn(echoPin, HIGH);

// LCD pinlari (RS, E, D4, D5, D6, D7) // 3. Masofani hisoblash (sm) LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); distance = duration * 0.034 / 2;

// Ultrasonik datchik pinlari // 4. Suyuqlik sathini hisoblash const int trigPin = 9; level = tankHeight - distance; const int echoPin = 10; if (level < 0) level = 0; if (level > tankHeight) level = tankHeight; // Rele (nasos) pini const int pumpPin = 8; // 5. Natijani LCD da ko‘rsatish lcd.setCursor(0, 0); // Idish balandligi (sm) lcd.print("Sath: "); const float tankHeight = 30.0; lcd.print(level); lcd.print(" cm "); long duration; float distance, level; // 6. Nasos boshqaruvi (chegaralar) if (level < 10) { void setup() { digitalWrite(pumpPin, HIGH); // nasos lcd.begin(16, 2); // LCD ishga tushiriladi yoqiladi pinMode(trigPin, OUTPUT); lcd.setCursor(0, 1); pinMode(echoPin, INPUT); lcd.print("Nasos: Yoqilgan "); pinMode(pumpPin, OUTPUT); } digitalWrite(pumpPin, LOW); // Boshlang'ichda else if (level >= 25) { nasos o'chirilgan digitalWrite(pumpPin, LOW); // nasos o‘chadi lcd.print("Sath olchash..."); lcd.setCursor(0, 1); delay(2000); lcd.print("Nasos: Ochirilgan"); lcd.clear(); } } else { lcd.setCursor(0, 1); void loop() { lcd.print("Nazorat holati "); // 1. Datchikka signal yuborish } digitalWrite(trigPin, LOW); delayMicroseconds(2); delay(1000); // 1 soniyalik pauza digitalWrite(trigPin, HIGH); } delayMicroseconds(10); digitalWrite(trigPin, LOW);

Natijalar va muhokama: Sinov natijalari tizimning aniqligi ±0.5 sm darajasida ekanini ko‘rsatdi. Datchik 2 sm dan 400 sm gacha bo‘lgan masofalarni ishonchli o‘lchaydi. Nasos boshqaruvi avtomatik tarzda ishlaydi: sath 10 sm dan pastga tushganda — yoqiladi, 25 sm dan oshganda — o‘chiriladi. Shunday qilib, tizim suyuqlik sathini doimiy me’yorda ushlab turadi. Afzalliklari: • Suyuqlik bilan bevosita aloqa yo‘q — korroziya va ishdan chiqish xavfi kamayadi; • Arzon komponentlar asosida yig‘iladi; • Energiya sarfi kam; • Modifikatsiya qilish oson (masalan, IoT moduli orqali masofaviy nazorat).[10,11] Kamchliklari: yuqori harorat yoki bug‘li muhitda ultratovush signallari so‘nishi mumkin, bu aniqlikka ta’sir etadi. Shu sababli, tizimni sanoat sharoitida ishlatish uchun signal filtrlash va kompensatsiya algoritmlarini joriy etish tavsiya etiladi.[12] Xulosa. Ushbu tadqiqot natijasida Arduino mikrokontrolleri va HC-SR04 ultratovushli datchigi asosida suyuqlik sathini avtomatik nazorat qilish tizimi muvaffaqiyatli ishlab chiqildi. Tizim sathni aniqlik bilan o‘lchaydi, nasosni avtomatik boshqaradi va natijalarni real vaqt rejimida ko‘rsatadi. Taklif etilgan yechim energiya tejamkor, iqtisodiy samarali hamda maishiy va ishlab chiqarish jarayonlariga mos. Kelgusida tizim Wi-Fi moduli (ESP8266) yordamida internetga ulanadigan, masofaviy monitoring tizimiga aylantirilishi mumkin.[13-14] Foydalanilgan adabiyotlar Ro‘yxati 1. Study of arduino microcontroller board Alisher Shakirovich Ismailov Zafar Botirovich Jo‘rayev Andijan Machine Building Institute"Science and Education" Scientific Journal / ISSN 2181-0842 March 2022 / Volume 3 https://www.researchgate.net/profile/AlisherIsmailov/publication/359502443_Study_of_arduino_microcontroller_board/links/62402fca8068956f3c50 ea36/Study-of-arduino-microcontroller-board.pdf . 2. Application of ultrasonic sensor for measuring distances in robotics To cite this article: V A Zhmud et al 2018 J. Phys.: Conf. Ser. 1015 032189 3. https://arduinogetstarted.com/tutorials/arduino-ultrasonic-sensor-led 4. An Ultrasonic Sensor for Distance Measurement in Automotive ApplicationsAlessio Carullo and Marco Parvis, Senior Member, IEEE. IEEE SENSORS JOURNAL, VOL. 1, NO. 2, AUGUST 2001 https://www.researchgate.net/profile/MarcoParvis/publication/3430936_An_ultrasonic_sensor_for_distance_measurement_in_automotive_applicatio ns/links/0deec51cddbe09f0e3000000/An-ultrasonic-sensor-for-distance-measurement-in-automotiveapplications.pdf 5. The Working Principle Of An Arduino.. Yusuf Abdullahi Badamasi Nigerian Turkish Nile University Abuja, https://doi.org/10.1109/ICECCO.2014.6997578 Nigeria Emai\:yusufbadamasi23@gmail.com 6. ARDUINO ATMEGA-328 MICROCONTROLLERR.HARI SUDHAN1 M.GANESH KUMAR2 A.UDHAYA PRAKASH3 S.ANU ROOPA DEVI4 P. SATHIYAStudent, Instrumentation and Control Engineering, Saranathan College of Engineering, Trichy, India. 7. V.A. Zhmud et al. Application of Ultrasonic Sensor for Measuring Distances in Robotics. Journal of Physics: Conference Series, 1015 (2018) 032189 https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742- 6596/1015/3/032189/pdf . 8. Carullo A., Parvis M. An Ultrasonic Sensor for Distance Measurement in Automotive Applications. IEEE Sensors Journal, Vol. 1, No. 2, 2001 https://www.researchgate.net/profile/AlisherIsmailov/publication/359502443_Study_of_arduino_microcontroller_board/links/62402fca8068956f3c50 ea36/Study-of-arduino-microcontroller-board.pdf . 9. Badamasi Y.A. The Working Principle of an Arduino. Nigerian Turkish Nile University, 2014 https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=6997578&isnumber=6997537 . 10. Hari Sudhan R., Ganesh Kumar M., Udhaya Prakash A. ARDUINO ATMEGA-328 MICROCONTROLLER. Saranathan College of Engineering, India, 2020. 11. https://arduinogetstarted.com/tutorials/arduino-ultrasonic-sensor-led 12. Al-Khafaji, A.H. Smart Water Level Monitoring System Using Ultrasonic Sensor and Arduino. International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering, 2021.