Аквасторож своими руками схема

Как сделать датчик протечки воды своими руками

Водопроводная система дома, квартиры, в составе которой присутствует большое количество бытовых устройств (стиральная и посудомоечная машины, полотенцесушитель и другие) обладает большим риском создания аварийных ситуаций связанных с протечками воды. Далеко не всегда их можно самостоятельно обнаружить вовремя и принять меры к устранению. Как следствие — затопление своей квартиры и проживающих внизу соседей, что несомненно ведет к значительным убыткам. Минимизировать размер бедствия может умная система оповещения, которая действует при первых признаках появления протечек. В основу этой системы входят датчики протечки воды, а в совокупности с другими умными приборами, такими как умные розетки, они могут создать отличную умную среду у вас дома и избавить от любых сложностей и проблем.

Принцип работы устройства

За основу для анализа наличия протечек принимаются различные физические свойства воды.

Датчики, измеряющие электропроводимость между контактами наиболее часто используются для контроля наличия протечек. Такая схема, собранная самостоятельно, часто заменяет собой промышленный образец. Сами контакты обычно изготавливаются из покрытой фольгой платы, между которыми прорезается изолирующая дорожка.

Также рекомендуем узнать про кран с датчиком включения воды, как он устроен, работает и функционирует.

Классификация датчиков по характеру работы

Различают устройства разными способами, один из них — это возможности и поведение гаджета в критической ситуации.

1. В корпусе устройства сконцентрированы все функциональные возможности, обеспечивающие его автономную работу. Оповещение о протечке обозначается звуковым или световым сигналом. Существуют модели подающие сигнал о наличии отклонений в работе водопровода в виде SMS сообщения на телефон.
2. Информация о протечке через проводную систему посылается на пульт управления. Этот электронный прибор после получения оповещения, обрабатывает данные и дает команду на электромагнитный клапан, который может отключать подачу воды. По такому принципу работает система защиты от протечек воды аквасторож.
3. Беспроводная система защиты от протечек отличается от предыдущей тем, что датчики отправляют сигналы на пульт, используя радиосвязь.

Защита от протечек своими руками

Собрать электрическую схему, работающую на появлении в ней электрического тока при наличии между контактами воды может любой человек знакомый с паяльником и обладающий минимальными навыками любителя радиоэлектроники. Существует много вариантов как простых, так и более сложных. Приведем некоторые примеры.

Самый простой способ основан на применении транзистора

В схеме применяется достаточно большая номенклатура составных транзисторов (подробно о каких моделях идет речь — смотри изображение). Кроме него в схеме применяются следующие элементы:

• источник питания — батарея с напряжением до 3 В, например, CR1632;
• резистор величиной от 1000 кОм до 2000 кОм, который регулирует чувствительность устройства к реагированию на появление воды;
• звуковой генератор или сигнальная светодиодная лампочка.

Полупроводниковый прибор находится в закрытом состоянии в схеме, где источнику питания не позволяет заставить его работать установленная мощность. Если появляется дополнительный источник тока, вызванный благодаря утечке, транзистор открывается и подается питание на звуковой или световой элемент. Устройство работает как сигнализатор наличия протечки воды.

Корпус для датчика можно изготовить из горлышка от пластмассовой бутылки.

Конечно, приведенный вариант простейшей схемы может быть использован только для понимания принципов работы, практическая ценность такого датчика минимальна.

Рекомендуем к прочтению: как работает система Аквастоп и как с помощью её может быть решена задача защиты от протечек.

Аквасторож своими руками

В отличие от предыдущего способа, где для устранения протечки требуется присутствие человека, здесь сигнал поступает на аварийное устройство, которое перекрывает подачу воды автоматически. Для выработки такого сигнала требуется собрать более сложную электрическую схему, в которой основную роль играет микросхема LM7555.

Присутствие микросхемы позволяет стабилизировать параметры сигнала за счет сравнительного аналогового устройства находящегося в ее составе. Оно срабатывает на тех параметрах сигнала, которые необходимы для приведения в действие аварийного устройства, перекрывающего воду.

В качестве такого механизма используется электромагнитный клапан или шаровой кран с электроприводом. Они встраиваются в водопроводную систему сразу после входных вентилей подачи воды.

Эта схема также может использоваться в качестве датчика для подачи светового или звукового сигналов.

Выход этой схемы может быть соединен с функциональной кнопкой старого сотового телефона, например, через оптрон или реле. Телефон, в свою очередь, может быть настроен на отправку СМС сообщения хозяину квартиры.

В заключение можно добавить, что датчик протечки не является особо сложным устройством, которое будет недоступно обычному обывателю, если захотеть, то можно собрать его самому у себя дома. Функции, которые выполняет эта маленькая невзрачная коробочка, должны быть внедрены в каждом доме, а польза от неё просто неоценима.

Видео по теме

Источник

Подключение «Аквасторожа» к «умному дому» на Z-Wave

В прошлом году купил оборудование для аварийного перекрытия кранов при обнаружении протечки от «Аквасторож». Долго не мог его поставить. Была идея интегрировать его в Z-Wave сеть и получить аналог gidrolock, но работающий на батарейках. Наконец-то руки дошли…

Аквасторож представляет собой базу с подключаемыми кранами и датчиками протечки. Данный комплекс может работать, как от сети 220 В через адаптер, так и от батареек. Разработчики предусмотрели возможность подклюения к системам «умный дом». Путём замыкания одной пары контактов в Ethernet розетке можно открыть краны, а другой закрыть их. Контакты реле замыкаются на 1 секунду при обнаружении протечки. На плате есть не распаянный разъём UART, но в данной статье расскажу о реализации документированных функций.

Задачи разработки

• Дистанционное включение\выключение кранов.
• Информирование о протечке.
• Два счётчика воды.
• Не нарушать работу «Аквасторожа».

Делать решил на базе ZUNo shield. Поставляется в герметичным корпусе с гермовводом, на борту имеет клеммники и свободное место для установки батарейки и дополнительных электронных компонентов. Ардуино подобный.

Ethernet разъём

Один из замыкаемых проводов это «земля» «аквасторожа». Можно объединить земли ZUNo и «Аквасторожа» и управлять кранами непосредственно через GPIO ZUNo. Так я и сделал. Но в случае выхода ZUNo из строя (например села батарейка) на управляющие линии «Аквасторожа» подаётся «ноль» и он начинает циклически перезагружаться. Подобный вариант подключения сильно влияет на надёжность всей системы, поэтому немного усложнив схему перешёл на два герконовых реле, которые обеспечили гальваническую развязку от «Аквасторожа». Потребляют реле около 7 мА во включенном состоянии. Чтобы переключить краны нужно на одну секунду включить одно реле, что вполне приемлемо. Заряда батарейки хватило на несколько тысяч переключений. (Сейчас у меня на руках есть электромагнитные импульсные однокатушечные реле. Для их переключения нужно подать импульс 1 мс, что гораздо энергоэффективнее. Но для управления нужно 4 транзистора и две ножки ввода/вывода на реле).

Сон в Z-wave

Немного расскажу о том как спят Z-Wave устройства и о вытекающей отсюда проблеме.
Z-wave устройства могут быть спящими или часто просыпающимися. Спящее устройство самое энергоэффективное, но ему нельзя послать команду (в моём случае на переключение кранов). Мне подходит второй тип. Устройство FLiRS — Frequently Listening Routing Slaves. Настроенное на такой режим работы устройство просыпается каждую секунду и если за короткий промежуток времени не получает сигнал на полное просыпание от контроллера – засыпает. Например: шлю команду на открытие кранов. Контроллер понимает, что моё устройство, часто слушающее, и посылает в течение секунды особый короткий пакет (wakeup beam), чтобы все FLIRS устройства в сети проснулись. Как только моё устройство примет этот пакет оно отправляет отчёт о том, что проснулось и готово принять команду. Получает команду на закрытие кранов. Снова засыпает. И так каждый раз, когда происходит управление устройством. Недостаток в том, что устройство может принять wakeup beam как в конце рассылки контроллером, так и в начале. Контроллер шлёт его около секунды. В худшем случае устройство проснётся в начале этой рассылки, и будет ждать почти секунду, до поступления команды. Но поскольку открывать и закрывать краны часто не нужно, это не является серьёзным недостатком.

Реализация

ZUNo Shield имеет небольшую макетную плату, на которой можно разместить необходимые компоненты.

Схема содержит два реле и два транзистора для их управления. Простенькая схемка.

Пара слов об энергопотреблении.

ZUNo shield содержит микросхему драйвер для протокола RS-485 и подтягивающий резистор для пина «11» на нижней колодке, для протокола One Wire. После удаления этих компонентов основным потребителем остаётся ZUNo.

Потребление в режиме сна составляет около 5-10 мкА, а в активном режиме до 60 мА (реле активно и ZUNa работает на передачу).

Осциллограммы потребления тока для разных режимов работы

Направление оси тока сверху вниз.

Устройство в ожидании команды:

Примерно каждую секунду видны короткие пики, в течение которых устройство просыпается и проверяет, не пришёл ли wakeUp beam.

Устройство получило команду:

Сначала устройство проснулось, получило wakeUp beam, дождалось получения команды (от 0 до 1 секунды), если команда на управление кранами, то включает соответствующее реле на 1 секунду (на этом этапе нужно контроллер переводить в сон с сохранением ножек в текущем состоянии, но я побоялся и поленился) и остальное время тратится на внутреннюю работу чипа, после чего ZUNо засыпает. Итого почти 3,5 секунды на одну операцию открытия или закрытия кранами. Ужасно долго, но из-за того, что подобные операции будут выполняться крайне редко, оптимизацией можно пренебречь. Да и даст она мало, потому-что скетч в Arduino ide это лишь малая часть того, что «ворочается» в этом маленьком микроконтроллере, и что надёжно спрятано производителем от любопытных.

Схема подключения к «Аквасторожу»

Заключение

Получилось добавить достаточно аккуратно «Аквасторож» в существующую Z-Wave сеть. Главным минусом является отсутствие обратной связи от «Аквасторожа». На данном этапе жду новой версии библиотеки ZUNo, в которой будет исправлен баг, не дающий нормально спать ZUNo, поэтому вместо фотографии с установленным и подключенным «Аквасторожем» картинка с отладочным процессом.

Источник

Аквасторож

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…40с. 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. 0, поэтому транзистор VТ 1 закрыт и на гнёздах ХS3 и ХS4, 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 DD1.1. В момент появления стробирующего импульса этот уровень будет записан в триггер, и на его прямом выходе появится лог. 0, который запретит работу генератора. Светодиод НL1 станет светить посто­янно, сигнализируя о том, что произо­шёл залив. На инверсном выходе триг­гера установится лог. 1, которая через конденсатор С3 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 R4С3. Её можно изменить подстроечным рези­стором R4. По окончании зарядки кон­денсатора С3 транзистор VT1 закроет­ся и вентили будут обесточены. В таком состоянии устройство останется до тех пор, пока не будет кратковременного нажатия на кнопку SВ1 «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 МЛТ, С2-23, Р1-4, подстроечный — СП3-19, 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 n-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 Шотки, 1N5822 — выпрямительными Шотки 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, SВ2 — 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 гнёзда — 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 Шотки. 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».

Автор: И. НЕЧАЕВ, г. Москва
Источник: Радио №10/2017

Источник