Аквасторож

Пропоноване пристрій допоможе запобігти аварійні наслідки протікання гарячої і холодної води з несправних кранів або трубопроводів у квартирі або будинку, своєчасно перекривши її подачу.

Це пристрій працює спільно з електрифікованими вентилями (з вмонтованими електродвигунами). Воно перекриє подачу води в квартиру, якщо виникла протікання та в контрольованих зонах з'явилася вода. Оскільки може статися витік як холодної, так і гарячої води, буде потрібно установка двох вентилів, які треба закривати одночасно, але пристрій може працювати і з одним.

Аквасторож містить кілька частин: контролюючий пристрій, що управляє двома (або одним) вентилями, а також один або декілька датчиків затоки і мережевий джерело живлення.

Схема контролюючого пристрою 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.

Рис. 1

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.

Вентилі можна закрити вручну, натиснувши на кнопку SB3, або відкрити, натиснувши на кнопку SB2. Живиться пристрій від мережного блоку живлення напругою 5,5 В, який підключають до гнізда XS5. Розпізнає цей режим світлодіод HL2 зеленого свічення. Для підвищення надійності роботи в пристрій введена акумуляторна батарея GB1, від якої воно харчується у разі відсутності напруги мережі або несправності мережного блоку живлення.

При наявності живлення відбувається постійна підзарядка батареї. Резистор R7 обмежує струм зарядки батареї, діоди 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.

Більшість елементів розміщені на друкованій платі з фольгованого з одного боку склотекстоліти товщиною 1,5 мм, її креслення показаний 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.

Рис. 2

Плата та інші елементи контролюючого пристрою розміщені в пластмасовому корпусі розмірами 79x66x28 мм. Його габарити визначили розміри друкованої плати і тип акумуляторів — 2/3 ААА, які запозичені разом з власниками з газонних світильників. Власники приклеєні безпосередньо до плати (рис. 3). Кнопки з відповідними написами розміщені на передній стінці корпусу (рис. 4), всі гнізда — на задній. Якщо корпус буде більше, бажано застосувати акумулятори і конденсатор С2 більшої ємності.

Рис. 3

Тривалість стробуючого імпульсу можна змінити підбіркою конденсатора С5 (чим більше місткість, тим більше тривалість), період їх проходження — підбіркою конденсатора С4 (також чим більше, тим більше). Слід зазначити, що до контролюючого пристрою можна підключити кілька активних датчиків, в даному випадку на схемі показаний варіант для двох.

Рис. 4

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.

Рис. 5

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.

Креслення плати активного датчика показаний на рис. 6. Она изготовлена из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 1 …1,5 мм.

Рис. 6

В датчику можна застосувати резистори С2-23, Р1-4, конденсатори — імпортні або К50-35, діод — будь-який малопотужний випрямний Шоткі. З'єднувальний провід між контролюючим пристроєм-датчиком повинен бути екранованим і ізольованим. Чутливість датчика можна змінити підбіркою резистора R3, чим більше опір, тим більша чутливість. Опір цього резистора не повинно бути менше 300 кОм, інакше датчик може втратити чутливість зовсім.

Рис. 7

В якості корпусу датчика застосований корпус циліндричної форми від малогабаритного газонного світлодіодного світильника діаметром 45 і висотою 28 мм Сонячну батарею та інші елементи з неї видаляють. При бажанні можна зменшити висоту, зрізавши непотрібну частину. У корпусі розміщена друкована плата (рис. 7), електроди виготовлені з нержавіючої дроту від канцелярської скріпки (рис. 8). Їх вплавляють за допомогою паяльника в нижню частину корпусу датчика, а висновки припаюють до резистори R1 і R2. Після перевірки працездатності датчика всі щілини і отвори герметизують силіконовим герметиком. Датчики розміщують в місцях найбільш ймовірної появи води в разі протечки.

Рис. 8

Блок живлення — мережевий стабілізований (можна імпульсний) з максимальним вихідним струмом 2 А і захистом від КЗ. Його вихідна напруга має бути 5,5 В, оскільки тільки в цьому випадку забезпечується повна зарядка акумуляторної батареї.

Застосовані вентилі (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.

Рис. 9

Якщо планується застосувати вентилі з напругою живлення електродвигунів 12 В, на це напруження можна перевести і весь пристрій. Для цього слід застосувати оксидні конденсатори і акумуляторну батарею на відповідну напругу. У цьому випадку струм, звичайно, зменшиться.

Наявність вбудованої акумуляторної батареї зовсім необов'язково, можна застосувати зовнішню або виключити зовсім, видаливши елементи R7, VD7 і VD8, а живляча напруга подати безпосередньо на висновки конденсатора С2. Але в останньому випадку при відсутності напруги в мережі пристрій працювати не буде.

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: В. НЕЧАЄВ, р. Москва
Джерело: Радіо №10/2017