31.03.21

[Домашняя]

Источником воды в дачных поселках и в сельских домах и сейчас зачастую служат колодцы. Конечно, в прогулках с ведерком до колодца и обратно есть определенный шарм, но все же хочется просто повернуть краник на кухне... В таком случае делают водоснабжение частного дома с помощью погружного насоса, погруженного в колодец на необходимую глубину. Далее два варианта, либо открыл кран, нажал кнопочку, и вода потекла (в этом случае ток на насос подается этой кнопочкой), либо уменьшенная модель водонапорной башни, состоящая из бака, расположенного на чердаке и насоса, пополняющего этот бак из колодца по необходимости. Здесь описывается именно второй вариант. Система работает следующим образом. В баке, расположенном на чердаке, в его крышке установлена система датчиков, состоящая из пяти прутков из нержавеющей стали разной длины. Один пруток имеет такую длину, чтобы опускался практически до самого дна бака. Конец второго прутка должен быть примерно на уровне 1/4 глубины бака. Конец третьего прутка - на уровне половины бака, конец четвертого прутка - на уровне 3/4 глубины бака. И последний пруток, конец которого на уровне поверхности воды при полном баке. С помощью этих датчиков система опре­деляет количество воды в баке. Пять светодиодов индицируют количество воды в величинах «Пусто», «1/4», «1/2>>, «3/4» и «Полный». Кроме того, на основании данных поступающих от датчиков происходит включение и выключение погружного насоса, который накачивает воду в бак из колодца. Шестой светодиод инди­цирует факт включенного состояния насоса (для этого используется отдельный светодиод). Это касается бака, но и за уровнем воды в колодце тоже необходимо следить, поскольку погружной насос может нормально работать только при погружении в воду не менее определенной глубины. А в засушливый период производительность колодца может быть недостаточной, например, для заполнения бака за один раз. Поэтому датчик аналогичной конструкции, но состоящий из двух стержней из нержавеющей стали, установлен и в колодец. Этот датчик имеет только два состояния - воды достаточно для работы насоса и воды не достаточно для работы насоса. Если воды достаточно, - насос работает, когда требуется заполнение бака. Если в процессе заполнения бака уровень воды снижается и становится недостаточным для работы насоса, насос выключается. И будет включен только после того как вода в колодце поднимется до необходимого уровня. Уровень воды в колодце индицируется светодиодом HL7. Принципиальная схема устройства показана на рисунке 1.

Основу схемы составляет микроконтроллер AT89S51. Датчики контроля за уровнем воды в баке подключены к портам Р2.4 - Р2.7. Каждый датчик состоит из щупа из нержавеющей стали определенной длины и каскада на транзисторе КТ3102Е. Если щуп датчика погружен в воду, то между ним и щупом, соединенным с плюсом питания микроконтроллера возникает ток, который открывает транзистор. Таким образом, если вода ниже уровня датчика, то на соответствующий порт поступает напряжение логической единицы, так как транзистор закрыт и на его коллекторе напряжение высокого уровня. Если щуп датчика погружен в воду, то на соответствующий порт поступает напряжение низкого логического уровня, так как электропроводностью воды транзистор открыт, и на его коллекторе напряжение низко. На транзисторе VT5 выполнен датчик уровня воды в колодце. Работает каскад точно таким же образом, - воды достаточно, - на коллекторе ноль, воды не достаточно, - на коллекторе единица. Индикация уровня воды осуществляется светодиодами HL1-HL5. При состоянии «Пусто» включается насос, при этом уста­навливается низкий логический уровень на Р0.5, ключ на транзисторах VT6 и VT7 открывается и подает ток на обмотку реле К1. Реле включает насос. После того как уровень воды достигает состояния «Полный» насос выключается. Светодиод HL6 индицирует состояние насоса (включен или выключен). Исходный файл для микроконтроллера можно скачать на сайте журнала «Радиоконструктор» (www. radiocon. nethouse. ru). Транзисторы KT3102E можно заменить практически любыми аналогами, например, КТ315, ВС548, 2N2222 и другими, при этом желательно отдавать предпочтение транзисторам с большим коэффициентом передачи h21э. Транзистор КТ3107 можно заменить любым аналогом, например, КТ361, ВС558 и другими. Тип реле К1 большого значения не имеет, это может быть практически любое электромагнитное реле с 12-вольтовой обмоткой и контактами по мощности и напряжению подходящими для управления насосом. Напряжение 12V подается от отдельного сетевого источника (сетевого адаптера). Все светодиоды можно использовать любые индикаторное, но лучше повышенной яркости («сверхяркие») чтобы индикация была виднее. Аналогичное устройство можно сделать и без микроконтроллера, схема такого варианта показана на рисунке 2.

Как бы это не казалось странным, но схема на микросхеме K561J1E5 работает практически аналогично схеме на микроконтроллере, однако имеется некоторое различие в работе индикации уровня воды в баке, которая осуществляется по упрощенному алгоритму. Но это лишь незначительно уменьшает удобства пользования системой. Индикация уровня воды в баке осуществляется с помощью светодиодов HL1-HL4, которые непосредственно управляются транзисторными ключами датчиков уровня воды. Практически, чем больше горит светодиодов из них, тем больше воды в баке. Если ни один не горит - бак пустой (воды в нем менее 1/4 объема). Включается насос с помощью RS- триггера на микросхеме D1. Если бак пуст (менее 1/4 объема), то на коллекторе VT1 будет логическая единица, так как тока через проводимость воды на его базу нет, и транзистор закрыт. Эта единица поступает на вывод 5 D1 и устанавливает RS- триггер в состояние нуля на выходе D1.2. Если в колодце достаточно воды для работы насоса, то на коллекторе VT5 ноль, и элемент D1.4 работает как инвертор. Единица с его выхода открывает ключ VT6-VT7 и реле К1 включает насос. При этом горит светодиод HL6, индицирующий включение насоса. Бак наполняется, и когда уровень воды в нем достигает значения «Полный» открывается транзистор VT4. На выходе инвертора D1.1 - единица, которая переключает RS-триггер в состояние единицы на выходе D1.2. Насос выключается. Если в колодце недостаточный уровень воды на коллекторе VT5 будет единица и на выходе D1.4 будет ноль независимо от уровня воды в баке. Микросхему K561ЛE5 можно заменить на К176ЛЕ5 или CD4001 (и другие аналоги).

Радиоконструктор №7  2014г стр. 37