Robotyka dla początkujących

Czujnik poziomu wody DIY to prosty i tani projekt elektroniczny, idealny dla entuzjastów robotyki, automatyki i majsterkowiczów. Pozwala monitorować poziom cieczy w zbiornikach, akwariach czy instalacjach hydroponicznych, zapobiegając przelewom lub suchobiegowi pomp. W tym przewodniku znajdziesz szczegółowe instrukcje budowy trzech popularnych wersji: pojemnościowej na bazie LM1830, ultradźwiękowej z Arduino oraz pojemnościowej bezkontaktowej. Wszystkie opierają się na dostępnych komponentach i nie wymagają zaawansowanego sprzętu.

Zawartość wpisu: [pokaż]

Dlaczego warto zbudować własny czujnik poziomu wody?

W robotyce i elektronice precyzyjne monitorowanie poziomu wody jest kluczowe w projektach takich jak systemy nawadniania, stacje pogodowe ze zbieraniem deszczówki czy automatyka domowa. Gotowe czujniki bywają drogie lub nieprzystosowane do specyficznych zastosowań. DIY pozwala dostosować czułość, zasięg i interfejs – od prostego wskaźnika LED po integrację z Raspberry Pi i wysyłanie danych do chmury. Całkowity koszt waha się od ~10 zł za wersję analogową do ~50–100 zł za rozwiązanie z mikrokontrolerem.

Zalety projektów DIY

Najważniejsze korzyści wynikające z budowy czujnika samodzielnie to:

  • niski koszt i dostępność części – kupisz je na Allegro, AliExpress czy w sklepach Botland/TME;
  • łatwa kalibracja i modyfikacja – dopasujesz próg zadziałania, histerezę i sposób sygnalizacji;
  • elastyczna integracja – współpraca z robotami mobilnymi, Raspberry Pi, sterownikami PLC i systemami IoT;
  • wartość edukacyjna – poznasz oscylatory, czujniki analogowe oraz programowanie Arduino.

Potrzebne narzędzia i materiały

Przed budową przygotuj podstawowy warsztat i narzędzia:

  • lutownica 30–60 W,
  • multimetr,
  • śrubokręty precyzyjne,
  • klej na gorąco i taśma izolacyjna,
  • wiertarka z wiertłami lub otwornicą,
  • koszulki termokurczliwe i opaski zaciskowe.

Wersja 1 – prosty czujnik pojemnościowy na LM1830 (analogowy, 230 V AC)

Idealny do zbiorników z dostępem do wnętrza. Działa na zasadzie zmiany pojemności elektrod zanurzonych w cieczy, a układ LM1830 wykrywa osiągnięcie ustawionego poziomu.

Lista komponentów (koszt ~30–50 zł)

Do budowy potrzebne będą następujące elementy:

Komponent Ilość Uwagi
Układ scalony LM1830 1 Oscylator i detektor poziomu
Płytka prototypowa 86×62 mm 1 Z miejscem na elektrody
Dioda LED dwukolorowa 1 Sygnalizacja (czerwony – niski poziom)
Tranzystor T1 (np. BC547) 1 Sterowanie przekaźnikiem
Przekaźnik 5 V 1 Załączanie alarmu/pompy
Rezystory: 10 kΩ, 1 kΩ kilka Do sygnalizacji i sterowania
Elektrody (drut miedziany lub stal nierdzewna) 2–3 Do samodzielnego wykonania, izolowane
Zworki goldpin 1×3 3 Konfiguracja histerezy
Podstawka DIP-8 1 Dla LM1830
Zasilanie 230 V AC – Uwaga: układ beztransformatorowy – zachowaj szczególną ostrożność

Schemat blokowy

Oscylator LM1830 generuje sygnał na elektrodę, a detektor ocenia zmianę pojemności. Niski poziom wody załącza czerwoną LED i przekaźnik sterujący alarmem lub pompą.

Wersja 2 – ultradźwiękowy z Arduino (cyfrowy, 2 cm – 4 m zasięg)

Precyzyjny pomiar bezkontaktowy. Czujnik HC‑SR04 mierzy odległość do lustra wody, a Arduino przelicza ją na poziom cieczy.

Lista komponentów (koszt ~40–80 zł)

Poniższa tabela podsumowuje wymagane elementy i sposób podłączenia:

Komponent Pin Arduino Typ połączenia
Arduino Uno/Nano – Centrum sterowania
Czujnik ultradźwiękowy HC-SR04 D3 (Trigger), D4 (Echo) Cyfrowe
DS18B20 (opcjonalnie temperatura) D2 Cyfrowe (OneWire)
Buzzer/LED D5 Alarm
Wyświetlacz LCD 16×2 (opcjonalnie) – I2C
Moduł WiFi ESP8266 – Przesył danych

Wersja 3 – pojemnościowy bezkontaktowy DIY (prosty, niski koszt)

Czujnik montowany na zewnątrz zbiornika. Zmiana pojemności między elektrodami w rurze izolacyjnej pozwala wykryć poziom wody bez kontaktu z cieczą.

Komponenty

Do wariantu bezkontaktowego przygotuj:

  • rurę elektroinstalacyjną (np. RLM 16 mm),
  • drut miedziany w izolacji,
  • Arduino (A0) lub komparator LM393.

Krok po kroku – budowa czujnika pojemnościowego LM1830

  1. Przygotowanie płytki – wlutuj trzy zworki (JP1 goldpin 1×3), następnie elementy najmniejsze (rezystory, diody). Na końcu umieść LM1830 w podstawce DIP‑8.

  2. Montaż elektrod – wykonaj dwie elektrody ze stali nierdzewnej (10–20 cm), zaizoluj przewody poza końcówkami. Umieść w zbiorniku na żądanym poziomie (jedna jako referencyjna).

  3. Podłączenie – elektrodę 1 podłącz do wyjścia oscylatora LM1830, elektrodę 2 do masy. Wyjście układu poprowadź do tranzystora T1 i LED. Aktywuj tryb z histerezą (zworka JP1) dla stabilnej pracy.

  4. Testowanie – po ostrożnym podłączeniu 230 V AC sprawdź działanie: niski poziom = czerwona LED + przekaźnik; po dolaniu wody LED gaśnie.

Uwaga bezpieczeństwa: pracujesz z napięciem sieciowym 230 V AC. Zapewnij izolację, stosuj obudowę i nie zanurzaj nieizolowanych elementów w przewodzącej cieczy.

Krok po kroku – ultradźwiękowy czujnik z Arduino

  1. Montaż mechaniczny – wywierć otwór w pokrywie zbiornika (otwornica lub wiertło krokowe). Zamocuj HC‑SR04 skierowany w dół; w razie potrzeby dodaj dystans.

  2. Połączenia:

    HC-SR04
    VCC → 5 V (Arduino)
    GND → GND
    Trig → pin 3
    Echo → pin 4

    Dodaj rezystor podciągający 10 kΩ na linii Echo dla stabilności.

  3. Programowanie (Arduino IDE):

    #include <NewPing.h>

    #define TRIGGER_PIN 3
    #define ECHO_PIN 4
    #define MAX_DISTANCE 400 // cm

    NewPing sonar(TRIGGER_PIN, ECHO_PIN, MAX_DISTANCE);

    void setup() {
    Serial.begin(9600);
    }

    void loop() {
    int distance = sonar.ping_cm();
    int waterLevel = MAX_DISTANCE - distance; // Poziom wody

    Serial.print("Poziom wody: ");
    Serial.println(waterLevel);

    if (waterLevel < 10) { // Alarm niski poziom
    tone(5, 1000, 500); // Buzzer
    }

    delay(1000);
    }

    Zainstaluj bibliotekę NewPing i wykonaj kalibrację w pustym oraz pełnym zbiorniku.

  4. Instalacja i testy – oczyść otwór z opiłków, przewody zabezpiecz koszulkami termokurczliwymi. Testuj, wlewając wodę i obserwując odczyty w Monitorze portu szeregowego.

Integracja z WiFi: dołącz ESP8266 i wyślij pomiary przez MQTT do Home Assistant dla zdalnego monitoringu.

Krok po kroku – pojemnościowy bezkontaktowy czujnik

  1. Budowa sensora – umieść przewód miedziany w białej rurze elektroinstalacyjnej (RLM 16 mm), a całość unieruchom klejem na gorąco; zewnętrzna izolacja chroni przed korozją.

  2. Podłączenie do Arduino – sygnał z sensora podłącz do A0 (wejście analogowe). Użyj biblioteki do pomiaru pojemności lub odczytu analogowego.

  3. Kalibracja – zmierz wartości „na sucho” i „na mokro”, a następnie ustaw próg w kodzie:

    int sensorPin = A0;
    int level = analogRead(sensorPin);
    if (level > 500) { // Wysoki poziom
    digitalWrite(13, HIGH); // LED
    }

    Dostosuj próg do konkretnego zbiornika, grubości ścianki i materiału.

  4. Montaż – przyklej rurę na zewnątrz zbiornika w wybranej wysokości i przetestuj działanie przy różnych poziomach napełnienia.

Testowanie i kalibracja całego systemu

Aby uzyskać powtarzalne i stabilne pomiary, zrealizuj poniższe kroki:

  • podstawowe testy – zwiększaj poziom wody stopniowo, obserwuj odczyty multimetru oraz w Monitorze portu szeregowego;
  • kalibracja – w analogowych wersjach dopasuj progi/histerezę; w ultradźwiękowych sprawdź echo w pustym zbiorniku i koryguj offset;
  • filtracja i logowanie – zastosuj filtr uśredniający (np. średnia z 10 pomiarów) i integrację z Raspberry Pi do rejestracji danych.

Częste problemy i rozwiązania

Poniżej znajdziesz najczęstsze trudności oraz sposoby ich eliminacji:

  • fałszywe odczyty – dodaj histerezę, filtr medianowy lub uśrednianie sygnału;
  • korozja elektrod – stosuj stal nierdzewną, miedź w izolacji lub rozwiązania bezkontaktowe;
  • ograniczony zasięg – w głębokich zbiornikach rozważ kilka czujników i mapowanie strefowe.

Rozszerzenia dla robotyków i elektroników

Jeśli chcesz rozbudować projekt o funkcje pro, rozważ poniższe pomysły:

  • IoT – ESP32 + aplikacja Blynk do zdalnego monitoringu i powiadomień;
  • integracja z robotami – sterowanie pompą przez mostek H (L298N) lub przekaźnik SSR;
  • multi‑czujnik – dołóż pH, temperaturę (DS18B20 na D2) i przewodność (Gravity A1) dla pełnej diagnostyki;
  • zaawansowany projekt – połącz z kamerą i prostą analizą obrazu (AI) do wizualnej weryfikacji poziomu.

Ten przewodnik pozwoli Ci zbudować niezawodny czujnik poziomu wody DIY w kilka godzin – bez kompromisów między kosztem a funkcjonalnością.