Датчик уровня жидкости и емкостной датчик из BLE «маячков» своими руками (II серия)
Тот, кто возьмется за реализацию этого несложного проекта ценой в $1-2 получит опыт создания собственной системы «Умного дома», дополнительный запас знаний в области электроники и главное — удовольствие от проделанной работы.
На этот раз постараюсь коротко, но детально. Кто еще не успел ознакомиться с основами BLE (BlueTooth Low Energy) технологий заложенной в маячки, Bluetooth трекеры (антипотеряшки), беспроводные наушники, часы и фитнес браслеты и прочую носимую современную технику может обратиться к первой части сериала — сюда. Там же Вы найдете простейший процесс изготовления датчика протечки воды.
В отличии от предыдущего, где требовалось припаять к маячку лишь два проводка, к нижеописанным датчикам придется найти (отобрать, приобрести, выпаять) дополнительные детали. Для емкостного датчика потребуется сенсорная кнопка TTP223 (ценой — $1 десяток на любой популярной площадке), а для датчика уровня жидкости обойдемся одним транзистором KT361 (цена 3 руб. 100 шт.) или любым другим в компактном корпусе с p-n-p проводимостью.
Тип, цена и форма BLE брелков или сэлфи-пультов значения не имеет. Вышеуказанные детали должны уместиться в большинстве антипотеряшках представленных рынком, кроме редких брелков в форме карточек.
Кто-то наверняка задастся вопросом — «а зачем усложнять себе жизнь, когда для детекции уровня жидкостей (чаще всего это вода) вполне может сойти и датчик на двух проводниках описанный ранее?». Конечно можно, но мы же не ищем легких путей, нам подавай совершенство.
В случае с дополнительным тразистором мы не просто получим сигнал тревоги, но и заметно продлим жизнь батарейки, так как в режиме охраны (99,9% времени его работы) датчик будет отключен, в то время как в первом варианте от него требуется постоянная связь.
Принцип работы новой версии датчика основан на эмуляции кнопки I/O. Забегая в перед, замечу, что из-за высокой чувствительности транзисторного переключения на этой основе, можно построить практически весь перечень датчиков охранной сигнализации, в том числе детектора огня, движения, качества воздуха и т.д..
Для сопоставимости и наглядности я использовал все тот же белый TrackerPA и причины те же — неудобная схемотехника для изготовления охранных датчиков основанных на разрыве питания, приличный дизайн, относительно хорошая пыле/влагозащита.
Пошагово:
1. Коллектор KT361 транзистора припаиваем к удобному выводу минуса платы (любая из синих точек на фото 3). В моем случае это минус SMD транзистора управления зуммером (точка 1. фото 3).
2. Эмиттер KT361 тонким проводком соединяем с управляющим выводом I/O кнопки (точка 2. фото 3).
3. К выводу базы KT361 припаиваем провод потолще аккуратно пакуем и в качества одного из щупов направляем наружу корпуса (точка 4, фото 4). Второй провод (щуп) припаиваем к любой точке с отрицательной полярностью (на фото 3 синие).
4. Слегка подрезаем защелку верхней крышки
Все — датчик готов к работе.
Еще раз повторюсь — такой принцип подключения приемлем для любого BLE трекера или пульта, поэтому рисовать многочисленные варианты схем для пайки в двух точках (I/O и минус) думаю не целесообразно.
Поскольку все выводы за исключением управляющего (I/O) с максимальным сопротивлением покоя имеют одинаковую отрицательную полярность, ни по току, ни по напряжению утечки в покое практически нет, а вот на выводах (база-земля) с разностью потенциала в 2-3 V обеспечивается высокая чувствительность прибора, которую можно снизить (заодно и возможную утечку через жидкость) включением по любому из выводов постоянного или переменного сопротивления до 1 МОм. Этого можно достичь и разведением концов щупов на расстояние, которое зависит от состава и проводимости контактной среды.
Последовательность срабатывания: первый контакт с жидкостью – датчик выходит на связь и сохраняет такое положение до второго погружения. Каждый новый контакт переключает состояние датчика.
Если Вам нужно, чтобы датчик при контакте просто выключался, проводок с эмиттера KT361 вместо точки 2 (фото.3) припаиваем к выводу кварцевого резонатора (кристалла, генератора частоты) идущего к процессору, в моем случае к точке 3 (фото.3). После этого включение датчика придется производить вручную.
Те, кто хочет дистанционно контролировать не только протечки и уровень воды, но и горючие жидкости (впрочем, как и любые другие) по одному проводнику без всяких микро гальванических эффектов, переходим к третьему варианту датчиков.
Емкостной датчик (объема)
Датчик получился специфичный, с необычными функциями. Необычность в том, что его реакция не совсем прямолинейна, а работает он по принципу: есть объем – включился, нет объема — сохраняет состояние, выключение происходит при повторном контакте. Датчик как «взрослый» самостоятельно подстраивается под окружающую среду (больше масса покоя — меньше чувствительность, меньше масса — большая чувствительность), но судя по Youtub-у и публикациям, некоторые экспериментаторы считают, что сделать корректный емкостной датчик на основе TTP223 невозможно. Но они ведь не догадываются, что мы будем использовать «умную» базу на Android, которая все вычислит и в нужный момент произведет необходимую для нас действия.
Принцип работы и применения
Емкостные датчики чаще всего используются для контроля влажности твердых и геле образных сред, уровня жидкости, контроля массы тел. Их работа основывается на изменении разницы потенциалов обкладок конденсатора и изменении электро проницаемости окружающей среды.
Для нашей кнопки этот эффект выглядит приблизительно так:
При изменении емкости конденсатора С1, который Вы найдете на борту платы схемы (он единственный) в сторону уменьшения – чувствительность датчика увеличится, а увеличив емкость конденсатора чувствительность уменьшится.
Для улучшения радиопередачи, как первый, так и второй вышеописанные наши датчики можно вывести из закрытого пространства (подкухонной тумбочки, стиральной машинки, ванной и т.д.) или другого помещения удлинением проводников. В таком случае, для емкостного датчика с целью уменьшения внешних паразитных полей, которые возникают при непосредственном соседстве с проводниками переменного тока и при проводке щупов через простенки, советую использовать «витую пару». Второй провод припаивается к выходу конденсатора на специально предусмотренную рядом с детекторным проводом площадку (точка 4 фото 8).
Построение датчика:
В этом случае выбор пал на iTAG c такой же как и у TrackerPA неудобной для изготовления других датчиков схемотехникой, но большим внутренним пространством, который хорошо подходит для размещения дополнительной платы. Кроме того, нам потребует двух сантиметровый отрезок тонкого изолированного провода и один (второй по необходимости) жесткий с хорошей изоляцией проводник (щуп — антенна) любой длины.
1. Под выводом GND (точка 2 фото 7) отмечаем место пайки – зачищаем скальпелем небольшую площадку, жирно лудим. Сопоставляем точки как на фото 8, даем припою хорошо прогреться и стечь к контактным площадкам.
2. Коротким проводом соединяем управляющий вывод (I/O на фото 9) с управляющим выводом кнопки схемы маячка (точка 3 фото 8).
3. Один провод припаиваем к точкам 5 или по необходимости создаем витую пару. Провода выводим проделав (расширив) отверстия за пределы корпуса.
Вставляем аккумулятор и датчик готов к работе.
В случае его использования для контроля уровня агрессивных жидкостей, концы проводов (щупы) можно изолировать клеем (лаком) или подогнуть так, чтобы металл в проводнике не соприкасался с жидкостью.
Подойдет датчик и для незаметного включения/выключения нашей охранной сигнализации. Сам датчик внутри помещения, а снаружи двери кончик щупа (коснулись — включилась, еще раз коснулись выключилась). Если обеспечить хороший контакт щупа с ручкой двери, любое соприкосновение с ручкой человека даст сигнал на базу, что будет еще одним барьером к несанкционированному проникновению в жилище. При желании можно организовать сенсорное беспроводное управление любыми домашними приборами. Но это уже другая история.
Емкостной датчик, как и датчик уровня жидкости в режиме охраны постоянно выключен. Естественно иногда датчик нужно будет проверять на взаимосвязь с базой. В нашем случае это можно делать 1-2 раза в год легким касанием щупов. Если же кто-то предпочитает постоянный и дистанционный мониторинг датчиков на связь и степень заряда батарейки, то датчики на охрану выставляем в рабочем состоянии, но тогда и расход заряда батарейки выше (до 1,5 лет).
Для нетерпеливых
Некоторые, наверное уже заметили и задались вопросом — «как должна реагировать база, когда датчики на одно и тоже действие могут находиться как в включенном, так и в выключенном состоянии?».
Нет, мы не станем мониторить состояние связи встроенными в Macrodroid средствами для BLE маячков и даже не станем искать и настраивать специализированные плагины от Tasker (не каждый сможет правильно определить и вписать UUIDs или MAC адреса) и уж тем более, мы не станем писать собственные скетчи и программы на Java, Puthon, XML, С+…. Ведь мы рассчитываем на то, что построение собственной охранной системы будет доступно любому кто получил базовое школьное образование и не боится припаять пару проводков.
Пошагово: В триггеры Macrodroid добавляем «Уведомление получено» и/или «Уведомление очищено», в настройках триггера указываем с какого приложения получить эти уведомления и что они должны содержать — к примеру слово «ДВЕРИ».
В закладке «Действия» прописываем, все что мы хотим от базы.
Macrodroidпостоянно мониторирует все происходящее, увидев уведомление с конкретным текстом от ALARM BLE iTAG, немедленно отреагирует — позвонит, отправит СМС, проиграет выбранную вами музыку, отправит через Wi-fi команду внешним приемным устройствам и многое другое.
Подробное описание и принципы настройки базы Вы найдете в последнем выпуске сериала, а в следующем (если Вам понравится и этот материал) постараюсь описать в деталях изготовление охранных датчиков окон с «вечной батарейкой» и дверей.
Интересное использование BLE трекеров можно подсмотреть ЗДЕСЬ.
А пока представляю на обсуждение под катом фото-идею для «узких специалистов».
Источник
Набор для сборки датчика уровня
Всем привет. Сегодня речь пойдет об очень простом наборе для самостоятельной сборки прибора, для контроля уровень воды. Данный набор может с успехом распаять школьник 5-7 класса за один вечер. Можно конечно сделать и полностью самостоятельно, включая плату, но я решил сэкономить время, поэтому был заказан набор.
Набор был приобретен с целью хоть как то автоматизировать набор воды в бочку на даче. При чем это не совсем бочка, а скорее труба, уходящая вниз на 2.5-3 метра, поэтому запасы воды там приличные (для простоты пусть будет бочка). Задумка была простая, пока нет регулярного водоснабжения электроклапан открывается и набирает в бочку воды по заданный уровень. Расход воды ведрами по необходимости и автоматический долив в бочку. Для того что бы клапан часто не срабатывал от колебаний воды, задумано несколько уровней. Нижний при котором включается клапан и верхний при котором выключается. Т.е. есть определенная мертвая зона при которой расход воды есть, а подача воды в бочку пока отсутствует. Кстати, эта мертвая зона и есть фактически такое понятие, как гистерезис.
В прошлом году эту функцию выполняло такое пардон устройство, как поплавковый механизм из бачка унитаза. Работало исправно, изредка засорялось, поскольку вода поступает по трубам прямиком из реки. Но в итоге зиму не пережило, поскольку было выполнено из пластмассы и развалилось от мороза.
Данный набор был призван заменить вышедший из строя механизм.
По мере хранения собранной платы и ожидании дачного сезона, была произведена попытка применить собранную плату на производстве, вот на такой установке. 
Это просто большая кастрюля с нагревателем типа ТЭНов мощностью 27 КВт. Продукцию достают из холодильника целыми поддонами и закладывают в кострюлю. Надо все это нагреть до 90 С. Представляете сколько электроэнергии тратится ежесуточно?!
Продукция между прочим представляет из себя свиные желудки и кудрявку (часть кишков).
Насколько я знаю желудки чем то набивают и употребляют в пищу, с кишками примерно то же самое — в том числе и колбасы с сосисками.
Это дело варится и повторно замораживается. Далее отправляется в Китай. Вот так вот, круговорот товара в природе. Мы им натуральные субпродукты, а в ответ электронику.
Назрел вопрос перевести нагрев кастрюли на пар. Так экономнее и мощность выше. Производительность вырастает в разы. Вот тут и потребовался датчик уровня, что бы никого паром не обварило и пар подавался только тогда, когда в емкости присутствует хотя бы минимальное количество воды.
Однако я вовремя спохватился и отказался от окончательной установки, хотя испытания показали работоспособность платы. Применять на производстве самоделки противопоказано. Поэтому нашли менее оперативно нужный прибор, который выполняет те же функции, но имеет еще и сертификат. Принцип работы заводского прибора практически соответствует набору с интернет магазина и в конкретном случае выполняет те же функции.
Этот прибор отечественного производства Овен САУ-М7. 
В небольшом пакетике «кучка» деталей, плата и провода. 
По номиналам я не сортировал, просто разложил для наглядности. 
Схема не простая, а очень простая. Используется 4 элемента 2И-НЕ, при чем два из них выполняют функцию триггера. Он нужен для формирования петли гистерезиса.
Контакты 1 и 2 разъема J3 дают сигнал о нижнем уровне и включают реле. Контакты J4 1 и 2 — верхний уровень и аварийный, при срабатывании любого из них реле выключается. Срабатывание реле дублируется зажиганием светодиода. Схема уверенно срабатывает на водопроводную воду и так же уверенно на воду после водоподготовки, в которой солей меньше.
Я собирал плату практически не глядя в схему, разве что номинал резисторов посмотрел.
Перепутать выводы маловероятно и даже установить такие детали, как разъемы или транзисторы неправильно помешает нанесенная шелкография.
Единственный минус при монтаже — я перепутал местами светодиоды. Но это так, мелочи, на работоспособность не влияют. 
В качестве датчиков были применены самодельные датчики уровня кондуктометрического типа. Примерно вот так они выглядят в сборе: 
На плате со стороны установки деталей нанесена шелкография, вполне качественная. 
Процесс распайки деталей вам не будет интересен, поскольку я не являюсь сборщиком и не владею особенностями тех процесса по сборке плат. Что в руку попалось с краю, то и запаивал.
Печатная плата со стороны пайки покрыта защитной маской. Металлизации нет. Плата односторонняя.
Использовал припой типа ПОС 61 с канифолью. Насвинячил немного. 
Провода питания зафиксировал герметиком, что бы не обломались на выходе из отверстий. Провода, что шли в комплекте, мне показались слишком короткими. 
Плату помыл растворителем со спиртом и покрыл слоем Plastik 70. Сразу заметил разницу между моими прежними платами и этой. Поверхность блестит и контакты покрыты слоем пленки.
Выявился некоторое неудобство, которое на самом деле является плюсом. Хотел снять видео о работе платы с использованием мультиметра, а получил проблему в виде того, что цупы, банально не продавливают покрытие защитное. Поэтому в видео отсутствует мультиметр. 
Видео демонстрации работы платы:
Upd: пока писал обзор, на страницу с товаром даже не обращал внимание, как обычно. И только после написания обзора обратил внимание на товар. Плата не совпадает с той, что мне прислали и судя по комментариям многим высылают два разных варианта платы. На функционале это не сказывается. Обе платы работоспособны.
Итоги: Простейший набор, доступен для школьников, так же имеет практическое применение. К покупке рекомендую. Осадок небольшой остался из за того, что плата пришла не та, которая в описании.
В моем случае оказались лишними провода. Вероятно они планировались для вывода из платы светодиодов на переднюю панель и подключения источника питания.
Источник