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