31.03.21

[Домашняя]

Предлагаемое устройство поможет предотвратить аварийные последствия протечки горячей и холодной воды из неисправных кранов или трубопроводов в квартире или доме, своевременно перекрыв её подачу. Это устройство работает совместно с электрифицированными вентилями (со встроенными электродвигателями). Оно перекроет подачу воды в квартиру, если возникла протечка и в контролируемых зонах появилась вода. Поскольку может произойти протечка как холодной, так и горячей воды, потребуется установка двух вентилей, которые надо закрывать одновременно, но устройство может работать и с одним. Аквасторож содержит несколько частей: контролирующее устройство, которое управляет двумя (или одним) вентилями, а также один или несколько датчиков залива и сетевой источник питания. Схема контролирующего устройства показана на рис. 1.

В его состав входят D-триггер DD1.1, электронный ключ на транзисторе VT1, генератор импульсов на триггере DD1.2, аккумуляторная батарея GB1, а также элементы управления и индикации. Чтобы не применять дополнительных микросхем, генератор импульсов собран на свободном D-триггере DD1.2, поэтому его схема немного усложнена. Генератор формирует стробирующие импульсы длительностью в доли секунды и периодом следования 30...40 с. Эти импульсы поступают на вход С (вывод 11) D-триггера DD1.1. В момент появления импульса вспыхивает светодиод HL1 "Контроль" белого свечения. Датчики залива подключают к гнёздам XS1 и XS2, через резистор R1 на них поступает напряжение питания, диоды VD1, VD2 — развязывающие, конденсатор С1 подавляет высокочастотные наводки. В дежурном (’’сухом") состоянии на выходе датчиков присутствует высокий уровень (лог. 1), который записывается в D-триггер DD1.1 с приходом каждого стробирующего импульса. В этом случае на прямом выходе (вывод 13) — лог. 1, диоды VD3 и VD4 закрыты и генератор работает постоянно. На инверсном выходе (вывод 12) — лог. О, поэтому транзистор VT1 закрыт и на гнёздах XS3 и XS4, к которым подключены электродвигатели вентилей, напряжение отсутствует. Такое построение контролирующего устройства дополнительно повышает его помехоустойчивость, поскольку, если время прихода помехи не совпадает со стробирующим импульсом, состояние устройства не изменяется. Вентили можно закрыть вручную, нажав на кнопку SB3, или открыть, нажав на кнопку SB2. Питается устройство от сетевого блока питания напряжением 5,5 В, который подключают к гнезду XS5. Индицирует этот режим светодиод HL2 зелёного свечения. Для повышения надёжности работы в устройство введена аккумуляторная батарея GB1, от которой оно питается в случае отсутствия напряжения сети или неисправности сетевого блока питания. При наличии питания происходит постоянная подзарядка батареи. Резистор R7 ограничивает ток зарядки батареи, диоды VD7, VD8 — развязывающие. При заливе на контакты датчика попадает вода, и на его выходе появляется лог. 0, который поступит на вход D триггера DDT.1. В момент появления стробирующего импульса этот уровень будет записан в триггер, и на его прямом выходе появится лог. 0, который запретит работу генератора. Светодиод HL1 станет светить постоянно, сигнализируя о том, что произошёл залив. На инверсном выходе триггера установится лог. 1, которая через конденсатор СЗ поступит на затвор транзистора VT1. Он откроется, и на электродвигатели вентилей поступит питающее напряжение, поэтому вода будет перекрыта. Временной интервал, в течение которого напряжение поступает на электродвигатели, определяет постоянная времени цепи R4C3. Её можно изменить подстроечным резистором R4. По окончании зарядки конденсатора СЗ транзистор VT1 закроется и вентили будут обесточены. В таком состоянии устройство останется до тех пор, пока не будет кратковременного нажатия на кнопку SB1 "Сброс”. После этого, если протечка устранена и датчики "сухие", устройство вернётся в исходное состояние. Большинство элементов размещены на печатной плате из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, её чертёж показан на рис. 2.

В устройстве применены постоянные резисторы МЯТ, С2-23, Р1-4, подстроечный — СПЗ-19, оксидные конденсаторы — импортные (ёмкость конденсатора С2 должна быть как можно больше, поскольку он обеспечивает пусковой ток электродвигателей вентилей), остальные — керамические, например К10-17. Транзистор можно применить и более мощный с п-каналом и изолированным затвором, имеющий сопротивление канала в открытом состоянии не более 1 ...2 Ом и напряжение открывания — не более 2...3 В. Диоды 1N5817 заменимы любыми маломощными выпрямительными Шоттки, 1N5822 — выпрямительными Шоттки с допустимым прямым током не менее 2 А, остальные — любыми импульсными маломощными. Для повышения экономичности применены светодиоды повышенной яркости, которые святят ярко при токе в доли миллиампер, поэтому их следует заменять аналогичными. Все кнопки — с самовозвратом, SB2 — КМ2-1, остальные — любые малогабаритные, но контакты кнопки SB3 должны выдерживать ток электродвигателей. Гнёзда можно применить любые малогабаритные. Плата и остальные элементы контролирующего устройства размещены в пластмассовом корпусе размерами 79x66x28 мм. Его габариты определили размеры печатной платы и тип используемых аккумуляторов — 2/3 ААА, которые позаимствованы вместе с держателями из газонных светильников. Держатели приклеены непосредственно к плате (рис. 3).

Кнопки с соответствующими надписями размещены на передней стенке корпуса (рис. 4), все гнезда – на задней.

Если корпус будет больше, желательно применить аккумуляторы и конденсатор С2 большей ёмкости. Длительность стробирующего импульса можно изменить подборкой конденсатора С5 (чем больше ёмкость, тем больше длительность), период их следования — подборкой конденсатора С4 (также чем больше, тем больше). Следует отметить, что к контролирующему устройству можно подключить несколько активных датчиков, в данном случае на схеме показан вариант для двух. Активный датчик залива. Самый простой вариант пассивного датчика — резистивный. Он представляет собой два электрода, удалённых друг от друга на некоторое расстояние. В ’’сухом" состоянии сопротивление датчика велико, а когда между электродами появляется вода, сопротивление существенно уменьшается, что и служит сигналом залива. Схема датчика показана на рис. 5.

Он сделан активным — в его состав, кроме электродов, входит и логическая микросхема. Это сделано для того, чтобы уменьшить влияние помех и наводок. Дело в том, что пассивный датчик в "сухом” состоянии, как правило, имеет большое сопротивление и расположен на расстоянии от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров от контролирующего устройства. Поэтому для уменьшения наводок соединительный провод должен быть обязательно экранированным. Но этого может оказаться также недостаточно. В предлагаемом датчике контроль сопротивления между электродами осуществляет логический элемент DD1.1, который в зависимости от ситуации формирует на своём выходе высокий или низкий логический уровень. Датчик подключён к контролирующему устройству с помощью вилки ХР1. На контакт 1 через токоограничивающий резистор R1 (см. рис. 1) поступает питающее напряжение, а контакт 2 соединён с общим проводом. После подключения датчика к контролирующему устройству через диод VD1 конденсатор С1 заряжается практически до напряжения питания. Резисторы R1 и R2 защищают входы элемента DD1.1, конденсатор С2 подавляет помехи и наводки. Чувствительный элемент — электроды датчика Е1. В "сухом” состоянии сопротивление между ними велико, поэтому на нижнем по схеме входе (выводе 12) элемента DD1.1 присутствует лог. 0, а на выходе — лог. 1. При заливе сопротивление уменьшается, и через резисторы R1 и R2 заряжается конденсатор С2. Когда напряжение на нём превысит две трети напряжения питания, на выходе элемента DD1.1 появится лог. 0, который контролирующее устройство воспримет как сигнал о заливе. В таком состоянии питающее напряжение на активный датчик не поступает, и элемент DD1.1 питается от конденсатора С1. Запасённой в нём энергии хватает на 2...3 мин работы, и этого времени вполне достаточно, чтобы контролирующее устройство зафиксировало сигнал. В обоих состояниях элемента DD1.1 его выходное сопротивление мало, поэтому вероятность наведения помех и наводок на соединительный провод невелика. Чертёж платы активного датчика показан на рис. 6.

Она изготовлена из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 1... 1,5 мм. В датчике можно применить резисторы С2-23, Р1-4, конденсаторы — импортные или К50-35, диод — любой маломощный выпрямительный Шоттки. Соединительный провод между контролирующим устройством и датчиком должен быть экранированным и изолированным. Чувствительность датчика можно изменить подборкой резистора R3, чем больше его сопротивление, тем больше чувствительность. Сопротивление этого резистора не должно быть менее 300 кОм, иначе датчик может потерять чувствительность совсем. В качестве корпуса датчика применён корпус цилиндрической формы от малогабаритного газонного светодиодного светильника диаметром 45 и высотой 28 мм. Солнечную батарею и остальные элементы из светильника удаляют. При желании высоту можно уменьшить, срезав ненужную часть. В корпусе размещена печатная плата (рис. 7), электроды изготовлены из нержавеющей проволоки от канцелярской скрепки (рис. 8).

Их вплавляют с помощью паяльника в нижнюю часть корпуса датчика, а выводы припаивают к резисторам R1 и R2. После проверки работоспособности датчика все щели и отверстия герметизируют силиконовым герметиком. Датчики размещают в местах наиболее вероятного появления воды в случае протечки. Блок питания — сетевой стабилизированный (можно импульсный) с максимальным выходным током 2 А и защитой от КЗ. Его выходное напряжение должно быть 5,5 В, поскольку только в этом случае обеспечивается полная зарядка аккумуляторной батареи. Применены вентили (рис. 9) под наименованием "Шаровой электрокран "Аквасторож-15" с напряжением питания электродвигателей 5 В.

В соответствии с приведёнными параметрами они обеспечивают закрытие за 2,5 с. Измерения показали, что при закрывании потребляемый ток — около 300 мА. При остановке он возрастает до 0,7...0,9 А. Если планируется применить вентили с напряжением питания электродвигателей 12 В, на это напряжение можно перевести и всё устройство. Для этого следует применить оксидные конденсаторы и аккумуляторную батарею на соответствующее напряжение. В этом случае потребляемый ток, конечно, уменьшится. Наличие встроенной аккумуляторной батареи вовсе необязательно, можно применить внешнюю или исключить её совсем, удалив элементы R7, VD7 и VD8, а питающее напряжение подать непосредственно на выводы конденсатора С2. Но в последнем случае при отсутствии напряжения в сети устройство работать не будет. Работу всего аквасторожа надо тщательно» проверить перед установкой, впоследствии не забывать о нём и периодически проверять работоспособность, исправность аккумуляторов, в ручном режиме закрывать и открывать вентили, чтобы они не "закисали".

Радио №10 2017г стр. 35