THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF
INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”,
NOVEMBER 20, 2025
145
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ВОДЫ С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАТЧИКА ВОДЫ B51
Ахунджанов Азизбек Абдувосик ўғли
Совместный Белорусско-Узбекский межотраслевой институт прикладных технических
квалификаций
h ps://doi.o g/10.5281/zenodo.17739341
Аннотация. В данной статье рассматривается разработка и реализация системы
измерения уровня воды с использованием датчика B51. В контексте возрастающей
потребности в эффективном мониторинге водных ресурсов и предотвращении
затоплений, такие системы играют ключевую роль. Мы изучим принципы работы датчика
B51, основные компоненты системы, а также этапы её проектирования и создания.
Будут обсуждены преимущества предложенной системы, возможные проблемы и пути
их решения.
В современном мире, где климатические изменения и рост населения приводят к
учащению наводнений и, наоборот, к дефициту водных ресурсов, точное и своевременное
измерение уровня воды становится критически важной задачей. Традиционные методы
измерения часто требуют ручного вмешательства или используют дорогостоящее
оборудование. Развитие микроконтроллерных технологий и доступность недорогих, но
точных датчиков открывают новые возможности для создания автоматизированных систем
мониторинга, которые могут быть использованы в различных областях – от сельского
хозяйства и управления водными ресурсами до систем раннего предупреждения о
наводнениях.
Как известно, с развитием современных вычислительных технологий и достижений
в физике и других науках, концепция квантового мира на микро- и наноуровнях, а также
результаты научных исследований в области нанотехнологий, открыли возможности для
визуализации в 3D-анимации. Теперь, когда люди получили некоторое представление о
микромире, прогресс в микросхемной технологии позволил не только физике, но и всей
науке достичь новых высот. Например, в 1970-х годах развитие полупроводниковой
индустрии привело к появлению новой области физики – «Физики полупроводников». С
тех пор эта область развивалась, и микросхемная технология прогрессировала, предлагая
решения для многих проблем, с которыми сталкивалось человечество.
Тем не менее, как и в любой области, со временем начали проявляться определенные
недостатки. Например, даже те компьютеры, которые мы сегодня считаем
«суперкомпьютерами», начали отставать в некоторых вычислительных задачах. Одной из
проблем микросхемной технологии стало ограничение на размещение более 10 000
элементов на заданной площади. Даже если бы элементы были размещены, это привело бы
к резкому росту стоимости, что не соответствовало бы рыночной экономике. Однако наука
никогда не стоит на месте и начала изучать наноразмеры. В отличие от 20-го века, когда
ученые лишь частично использовали вычислительные технологии для обработки
результатов, к 21-му веку, с развитием микросхемной технологии и ограничением на
размещение элементов на 1 см² поверхности микросхем, ученые столкнулись с серьезной
THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF
INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”,
NOVEMBER 20, 2025
146
проблемой. Даже суперкомпьютеры не могли справиться с вычислительными задачами, не
превышая установленных лимитов.
Концепция системы измерения уровня воды:
Цель данной статьи – разработка недорогой, надежной и легко масштабируемой
системы для измерения уровня воды. В качестве основного компонента для измерения
будет использоваться датчик уровня воды B51, который отличается своей простотой
использования и доступностью. Система будет включать в себя микроконтроллер для
обработки данных, модуль отображения информации и возможность передачи данных для
удаленного мониторинга.
Датчик уровня воды B51:
Датчик B51 представляет собой простой и эффективный модуль для обнаружения
уровня воды. Обычно он работает на основе принципа проводимости, где контакты датчика
погружаются в воду, и изменение сопротивления между ними интерпретируется как
изменение уровня воды. Чем больше контактов погружено в воду, тем выше проводимость
и, соответственно, тем выше измеряемый уровень.
Разработка и реализация:
Этапы разработки включают:
• Выбор компонентов: Определение конкретных моделей микроконтроллера,
дисплея и модуля связи в зависимости от требований к точности, дальности передачи и
бюджета.
• Сборка аппаратной части: Подключение датчика B51 к аналоговому входу
микроконтроллера. Подключение дисплея и модуля связи к соответствующим выводам
микроконтроллера.
• Программирование микроконтроллера: Написание кода для:
o Инициализации датчика и дисплея.
o Чтения данных с аналогового входа, к которому подключен B51.
o Преобразования полученных значений в понятные единицы измерения
уровня воды (например, проценты или сантиметры).
o Отображения текущего уровня на дисплее.
o Передачи данных через выбранный модуль беспроводной связи.
• Калибровка системы: Важный этап, который включает в себя сопоставление
показаний датчика с фактическим уровнем воды. Это может потребовать нескольких
измерений при разных уровнях воды и последующей коррекции программного обеспечения
для обеспечения точности.
• Тестирование: Проверка работоспособности системы в различных условиях,
имитирующих реальное использование.
Преимущества и перспективы:
• Низкая стоимость: Использование доступных компонентов делает систему
экономически выгодной для широкого применения.
• Простота установки: Легкость сборки и настройки позволяет быстро развернуть
систему.
• Масштабируемость: Возможность добавления дополнительных датчиков или
интеграции с более сложными системами.
• Удаленный мониторинг: С помощью модулей беспроводной связи данные могут
быть переданы на удаленные серверы для анализа и визуализации.
THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF
INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”,
NOVEMBER 20, 2025
147
• Применение: Системы такого типа могут быть применены для:
o Мониторинга уровня воды в резервуарах и баках.
o Контроля ирригационных систем в сельском хозяйстве.
o Раннего предупреждения о наводнениях в малых водоемах.
o Автоматизации систем наполнения/опорожнения.
Принцип работы:
Датчик состоит из нескольких параллельных дорожек, каждая из которых является
проводником.
Рисунок 1
S (сигнал) - это вывод аналогового выхода. Он обеспечивает напряжение,
пропорциональное уровню воды. Вы подключаете этот контакт к одному из контактов
аналогового входа на вашем A duino.
+ (VCC) Контакт обеспечивает питание датчика. Лучше всего питать датчик от сети
от 3,3 В до 5 В. Имейте в виду, что аналоговое выходное значение будет изменяться в
зависимости от подаваемого напряжения.
– (GND) является заземляющим штифтом.
Подключение датчика уровня воды к A duino
Подключить датчик уровня воды к вашему A duino очень просто! У него есть только
три контакта, которые вам нужно подключить:
Сначала подключите контакт + (VCC) на модуле датчика к контакту 5 В на A duino,
а контакт – (GND) на датчике подключите к одному из контактов GND на A duino.
Тем не менее, есть важная вещь, о которой следует помнить. Одна из
распространенных проблем с этими датчиками заключается в том, что они не служат очень
THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF
INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”,
NOVEMBER 20, 2025
148
долго, потому что они постоянно контактируют с водой. Когда датчик постоянно питается
во время погружения, он имеет тенденцию к более быстрой коррозии, что сокращает срок
его службы.
Чтобы избежать этой проблемы, рекомендуется включать датчик только тогда, когда
вам нужно снять показания. Простой способ сделать это — подключить контакт питания
датчика к одному из цифровых выходных контактов A duino, а затем повернуть этот
контакт в HIGH или LOW в вашем коде по мере необходимости.
При попадании воды на дорожки, между ними возникает электрическая
проводимость.
Рисунок 2
Когда вы запустите эскиз, вы должны увидеть значения, подобные следующим:
• Когда датчик сухой, показания равны 0.
• Когда датчик частично погружен в воду, показания составляют около 420.
• Когда датчик полностью погружен в воду, показания поднимаются примерно до 520.
•
THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF
INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”,
NOVEMBER 20, 2025
149
Рисунок 3
Архитектура системы:
Предлагаемая система состоит из следующих основных блоков:
1. Датчик уровня воды B51: Основной элемент для определения уровня.
2. Микроконтроллеры (например, A duino Uno или ESP32): Мозг системы,
отвечающий за:
o Считывание аналогового сигнала с датчика B51.
o Преобразование аналоговых данных в значимый уровень воды.
o Управление выводом информации на дисплей.
o Передачу данных по беспроводной связи (опционально).
3. Модуль отображения (например, LCD-дисплей 16x2 или OLED-
дисплей): Для локального отображения текущего уровня воды.
4. Модуль беспроводной связи (например, ESP8266 для Wi-Fi или LoRa-
модуль): Для удаленной передачи данных в облачное хранилище или на сервер
(опционально).
5. Источник питания: Для обеспечения работы всех компонентов системы.
THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF
INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”,
NOVEMBER 20, 2025
150
Рисунок 4
Характеристики:
• Рабочее напряжение: DC 3-5В
• Рабочий ток: менее чем 20мА
• Тип сенсора: Аналоговый
• Зона обнаружения: 40 мм x 16 мм
• Производственный процесс: FR4 двусторонней HASL
• Рабочая температура: 10-30
• Влажность: 10%-90% без конденсации
• Продукт Размеры: 62 мм x 20 мм x 8 мм
• Масса: 4гр.
В следующей таблице перечислены контактные соединения:
Рисунок 5
Проводка показана на изображении ниже.
THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF
INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”,
NOVEMBER 20, 2025
151
Рисунок 6
Программная часть:
Программа, загруженная в A duino IDE, использует функцию analogRead() для
получения показаний с датчика. На основе полученного значения A duino выполняет
логику управления насосом и выводит информацию на последовательный монитор.
Например, при низком уровне воды на дисплее может появляться сообщение “Low Wa e
Le el – Pump ON”, а при полном резервуаре — “Tank Full – Pump OFF”.
// -------------------------------------------------------------
// Пример использования датчика уровня воды
// -------------------------------------------------------------
// Пины датчика
#de ine SENSOR_POWER 7 // Пин питания датчика
#de ine SENSOR_PIN A0 // Аналоговый пин для считывания
// Переменная для хранения уровня воды
in wa e Le el = 0;
oid se up() {
// Настраиваем пин питания датчика как выход
pinMode(SENSOR_POWER, OUTPUT);
// Выключаем датчик при старте
digi alW i e(SENSOR_POWER, LOW);
// Инициализация сериального порта
Se ial.begin(9600);
}
THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF
INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”,
NOVEMBER 20, 2025
152
oid loop() {
// Получаем текущее значение уровня воды
in le el = eadSenso ();
// Выводим результат в монитор порта
Se ial.p in ("Уровень воды: ");
Se ial.p in ln(le el);
delay(1000); // Задержка 1 секунда
}
// -------------------------------------------------------------
// eadSenso ()
// Включает датчик, ждёт стабилизацию,
// считывает показание и выключает датчик.
// -------------------------------------------------------------
in eadSenso () {
digi alW i e(SENSOR_POWER, HIGH); // Включаем датчик
delay(10); // Ждём 10 мс для стабилизации
wa e Le el = analogRead(SENSOR_PIN); // Читаем аналоговое значение
digi alW i e(SENSOR_POWER, LOW); // Выключаем датчик
e u n wa e Le el; // Возвращаем измеренное значение
}
Распиновка датчика уровня воды
Рисунок 7
THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF
INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”,
NOVEMBER 20, 2025
153
Рисунок 8
Заключение:
Разработка системы измерения уровня воды с использованием датчика B51 представляет
собой практическое и экономически эффективное решение для мониторинга водных
ресурсов. Благодаря простоте конструкции и доступности компонентов, такие системы
могут быть широко внедрены для решения актуальных задач в различных отраслях.
Дальнейшие исследования могут быть направлены на повышение точности,
интеграцию с более интеллектуальными системами анализа данных и улучшение
энергоэффективности для автономной работы.
На этом этапе, как и нанотехнологии, системы измерения уровня воды могут быть
миниатюризированы и интегрированы в более сложные и распределенные сети, что
открывает путь к созданию "умных" городов и инфраструктур, способных самостоятельно
реагировать на изменения окружающей среды.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Кудрявцев В.В. Датчики и сенсоры: Учебное пособие. Москва: Издательский дом
МЭИ, 2014.
2. Соловьев Ю.А. Беспроводные сенсорные сети. Технологии, стандарты, приложения.
Москва: Горячая линия — Телеком, 2010.
3. Новицкий П.В., Амельяненко В.В. Оценка погрешностей результатов измерений.
Ленинград: Энергоатомиздат, 1991.
