ULN2003を使用した液面計

cash886

このチュートリアルでは、ULN2003 IC を使用して、シンプルで安価な水位インジケーターを作成します。

用品

このチュートリアルでは次のものが必要です:

  • ULN2003 IC x 1

  • 8 x 異なる色のLED

  • 8 x 220オーム抵抗器

  • 100オーム抵抗器 x 1

  • ブザー x 1

  • 長いリボンケーブルと

  • ブレッドボードまたはカスタムビルドのPCB

ステップ1: ULN2003 ICについて

上部の切り込みは、チップの番号の開始点と終了点を示しています。左から右へ反時計回りに進むと、これが IC のピン番号 1 になります。

* 左側のピン 1 ～ 7 はベース入力です。

* 右側のピン 10 ～ 16 はコレクター出力です。

* ピン 9 はフライバック ダイオードの共通カソード ノードです (誘導負荷に必要)。

* また、ピン 8 は IC のすべてのチャネルで共有される共通エミッタです。このピンは通常、グランドに接続されます。


UNL2003 IC には、16 ピン DIP パッケージに、それぞれ定格 50V、500mA の高電圧、高電流 NPN ダーリントン トランジスタ アレイが 7 つ含まれています。外部のドロップ抵抗なしで、IC をデジタル ロジック (Arduino や Raspberry Pi、TTL または 5V CMOS デバイスなど) に直接接続できます。ULN2003 は、高電流および高電圧容量で知られています。

ダーリントンペアは、より高い電流出力を得るために「並列」にすることができます。


この IC について詳しく知りたい場合は、以下の説明にあるリンクから私の「チュートリアル No. 51: ULN2003 IC のすべて」をご覧ください。

ステップ2: 回路図

回路は非常にシンプルです。


1K 抵抗を介して 7 個の LED を IC の 7 つの OUT ピンに接続しました。

左側には、リボン ケーブルに接続された 7 つのデジタル入力があります。リボンのもう一方の端は、水位を検出するために、さまざまな高さで露出した端子が付いた状態で水槽に沈められています。7 本のワイヤに加えて、8 本目のワイヤがタンクの底に留まり、+ve 端子に接続されています。


タンクが満たされ始めると、水位が上昇し、IC 内のダーリントン トランジスタのプラス端子とベースの間に導電パスが作成されます。したがって、ロジック HIGH が IC の入力ピンに送信され、対応する OUT ピンが LOW になり、下の赤から上の緑まで LED が 1 つずつ点灯します。下の赤 LED は水が不足していることを示し、上の緑 LED はタンクが 100% 満水であることを示します。


タンクが満杯になったときに音声で知らせるブザーを回路に追加することもできます。

超ファンキーにしたい場合は、ウォーターポンプのオン/オフを切り替えることができるリレー モジュールを追加することもできます。

ステップ3: ブレッドボードデモ

PCB 上にコンポーネントを組み立てる前に、ブレッドボードで簡単なテストを行って、ロジックが期待どおりに動作することを確認しましょう。

このデモでは、コーヒーマグに普通の水道水を入れます。


ご覧のとおり、マグカップに水を入れ続けると、LED インジケーターが下の赤から上の緑に上がっていきます。マグカップが 100% いっぱいになるとブザーが鳴り始めます。つまり、セットアップは期待どおりに動作しています。

ステップ4: ボード

私のボードは 2D と 3D でこのように見えます。

PCB の設計方法を学習したい場合は、以下の説明にあるリンクから私の「チュートリアル No. 45: トランスフォーマー PCB バッジ」をご覧ください。

ステップ5: コンポーネントの組み立て

さて、部品を基板に半田付けしましょう。

まず、すべての抵抗をボードに半田付けしましょう。

次に、すべての LED をボードに半田付けします。電源インジケータとして 3mm の緑色の LED を使用しています。

次に、IC ベースをボードにはんだ付けします。私は IC とマイクロ コントローラを非常に大切にしているので、ボードに直接はんだ付けすることはありません。IC の場合は、常に IC ベースを使用するようにしていますが、ベースがない場合はメス ピン ヘッダーを使用します。

ICベースをはんだ付けした後、ブザーをボードにはんだ付けしています。

セットアップを完了するために、リボン ケーブルをボードに半田付けします。私のセットアップでは、50 センチメートルの長さのケーブルのみを使用しています。しかし、実際のシナリオでは、これよりも長いケーブルが必ず必要になります。

ステップ6: 最終デモ

最終的なセットアップは次のようになります。


水位が上昇すると、IC 内部のダーリントン トランジスタのプラス端子とベースの間に導電パスが作成されます。これにより、IC の入力ピンでロジック HIGH がトリガーされ、対応する OUT ピンが LOW になり、下の赤から上の緑まで LED が 1 つずつ点灯します。マグカップが 100% いっぱいになると、上の緑の LED が点灯し、ブザー音も聞こえます。

ステップ7: ユーザビリティ

率直に言って、液面レベルインジケータの構築にこの IC を使用することには、利点よりも欠点の方が多いと思います。

  • 皆さんは異なる意見をお持ちかもしれませんが、私の意見は以下の事実に基づいています。液体に浸したままにするプローブの選択は、次の理由から非常に慎重に行う必要があります。

  • 「腐食」と「電気分解」により錆び、汚れ、劣化が生じ、LED が徐々に暗くなり、最終的には消えてしまいます。

  • したがって、プローブは 2 ～ 3 年ごとに清掃して交換する必要があります。

  • この回路は水道水ではうまく機能しますが、塩水や可燃性液体では使用しないでください。ご家庭で硬水が使用されている場合、プローブに塩分が付着するため、定期的に塩分を洗浄する必要があります。

  • 金属製のタンクを使用している場合、この回路は機能しません。


接触点を「非腐食性」のものに交換すると効果があるかもしれませんが、私はそれに賭けるつもりはありません。

もう 1 つの選択肢は、不純物で覆われていてもインピーダンスが低い「大きな電極」を使用することです。


結論として、ULN2003 はこのアプリケーションに最適なデバイスではないと言いたいと思います。動作に必要な水の伝導率が低く、入力電圧の上昇と下降に応じてより急激な出力変化が得られる「CMOS バッファ」またはインバータと「非腐食性の大型電極」を使用する方がよいかもしれません。

ステップ8: ありがとう

私の投稿をご覧いただき、ありがとうございました。お役に立てれば幸いです。

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参考文献

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