простые и интересные  РАДИОСХЕМЫ сделанные своими руками

» ДАТАШИТ
Например: TDA2050


» РАДИОБЛОГИ
Цветомузыка на микросхеме индикаторе уровня
Генератор импульсов на микросхеме К174ХА11
Реставрация лабораторного БП
Зарубежные схемы FM трансмиттеров
Почему светодиоды надо питать током?
Последнее интервью Никола Теслы
Керамические конденсаторы К10-83
Использование старых спутниковых тюнеров
Шуруповёрт: вторая жизнь
Генератор импульсов с независимой регулировкой длительности и скважности


Цифровой туалет - Автоматизация сливного бачка

При проведении ремонта в туалете и ванной я решил по максимуму их автоматизировать. Построенная система функционирует уже более 4-х лет и зарекомендовала себя только с положительной стороны. Система реализует следующие функции: автоматическое включение-отключение освещения (туалет с учетом день-ночь), управление электромеханическими защелками дверей, управление вентилятором ванной с учетом влажности воздуха и наличии человека, автоматический двухрежимный смыв унитаза, автоматические краны подачи воды умывальника в обычном режиме и с возможностью автоматической подачи жидкого мыла. Система выполнена в виде отдельных блоков, расположенных в наиболее оптимальных местах туалета. В данной статье описана часть системы - устройство, реализующее автоматический смыв унитаза и управление вентилятором в туалете.

В устройстве, в качестве исполнительных механизмов применены универсальные электро-моторные привода центральных замков большинства легковых автомобилей (рис.1), которые имеют очень низкую стоимость и продаются в любом авто-магазине. Внутри корпуса привода находится электродвигатель постоянного тока, редуктор и зубчатая линейка, которая превращает круговое вращение шестерни в поступательное движение штока. Преимуществом данного привода, например, перед соленоидом является довольно большое и равномерное усилие на всем диапазоне движения штока, возможность работать в любом направлении, а также достаточный ход самого штока. Система установлена на инсталляции GEBERIT (название сливного бачка унитаза, который монтируется скрытым за стеной). Большинство инсталляций имеет схожую конструкцию пусковых кнопок, поэтому легко подойдет и на любую другую.

Датчиком наличия человека является оптопара - инфракрасный светодиод HL1 и интегральный фотоприемник DA1, которые установлены в небольшие отверстия в кафеле, спереди заклеены пленкой для тонировки стекол автомобиля и практически незаметны. Сначала был еще датчик наличия воды в баке - электродный, а затем оптический (для индикации о ее отсутствии и предотвращения ложного смыва), но в процессе эксплуатации эти узлы оказались не очень надежны, не нужны и были исключены из устройства. ИК-датчик работает по принципу отражения от объекта пачек импульсов частотой 36 кГц, пачки сформированы в пакеты и программно представляют собой законченный цикл достоверного сигнала наличия или отсутствия человека.

Дальность «захвата» датчика регулируется с помощью переменного резистора R30. При нахождении человека в зоне действия датчика в течение нескольких секунд загорается светодиод HL2 и звучит короткий BIP, это сигнализирует о том, что посетитель зафиксирован и при дальнейшем отсутствии в течение нескольких секунд в зоне действия датчика, произойдет половинный (пол бачка) смыв унитаза. Дальше последует небольшая пауза для предотвращения ложного смыва и набора воды в сливной бачок, после - прозвучит 2 BIP и устройство снова перейдет в дежурный режим. При нахождении человека в зоне действия датчика более полутора минут, выдается переменное напряжение 220 В для закрытия жалюзи вентилятора ванной комнаты, затем прозвучит три коротких BIP, включится вентилятор туалета и последует предварительный (половинный) смыв унитаза. Затем наступит пауза для набора воды, о чем сигнализирует мигающий светодиод HL2, снова проверяется наличие человека в зоне действия датчика и при его отсутствии происходит полный (полный бак) смыв унитаза. Этот алгоритм оказался наиболее удачным и практически исключает необходимость, каких либо дополнительных действий с точки зрения гигиены унитаза.

Далее происходит программная пауза для набора воды и предотвращения ложного смыва, звучит 2 BIP и следует переход в ждущий режим. Вентилятор остается в работе еще некоторое время и затем отключается. Вначале многих посетителей смущало полное отсутствие, каких либо кнопок, но это ощущение возникало лишь в первые разы использования (всего лишь от непривычки), реально же никакой необходимости в дополнительных кнопках нет.

Конструктивно устройство выполнено на односторонней печатной плате размерами 105 на 97 мм (Рис. 2) и помещено в стандартный радиолюбительский корпус Z46A. Там же расположена герметичная свинцово-кислотная аккумуляторная батарея 12 В - 1.3 А (Рис. 3), входящая в состав источника бесперебойного питания всей системы «Цифровой туалет», являясь так же источником больших, кратковременных токов смыва унитаза и работы автоматических кранов.

Управление исполнительными механизмами (моторизированными приводами) осуществляется по принципу плавного нарастания тока (ШИМ модуляция), что позволило добиться плавного и безударного нажатия рычагов подачи воды (за четыре года эксплуатации не возникло ни одного замечания в работе механического узла, который обычно является самой ненадежной частью любой системы).

Схема устройства изображена на рис. 4, условно разделена на 2 части - источник бесперебойного питания 12 В, и собственно электронный блок, в основе которого находится микроконтроллер PIC16F84A. Узел электронного управления высоким напряжением переменного тока 220 В взят из даташита на оптосиммисторы MOC3041. Силовое управление приводами рычагов смыва 12 В выполнено на мощных полевых транзисторах IRF640NPBF (VT4, VT5). Использование этих транзисторов в качестве выходных ключей допускает их подключение напрямую к портам микроконтроллера, но такая схема в данном случае не сработала. Дело в том, что выходного напряжения порта МК не достаточно для полного открытия этих транзисторов при больших токах нагрузки. Вследствие возникающего переходного сопротивления транзисторы начинали греться, а выходной ток не дотягивал номинального.

В качестве драйверов были установлены имеющиеся в наличии оптопары U2 и U3, возможно это и не стандартное решение, но работает отлично. Резисторы R31, R32 служат для «смягчения» токов транзисторов во время зарядки конденсаторов C11, C12 которые сглаживают напряжение от ШИМ модуляции и убирают неприятный «писк» в обмотках электродвигателей. В случае отсутствия данных R их можно заменить перемычками. Так же можно исключить самовосстанавливающи еся предохранители FU3, FU4 которые установлены на случай пробоя порта МК или транзисторов VT4, VT5. В данном случае защита на их основе заключается в том, что при достижении границы тока срабатывания эти предохранители имеют принцип саморазогрева и вследствие этого резкого увеличения их внутреннего сопротивления, и таким образом отключают нагрузку. На этот процесс необходимо некоторое время и при нормальной работе устройства эти предохранители просто не успевают «сработать», при более длительном времени, чем необходимо для нормальной работы – происходит защитное отключение выходных цепей питания приводов. ИК-датчик подключен экранированным проводом, а фильтрующий конденсатор C1 расположен непосредственно на самом фотоприемнике.

На плате имеются светодиоды неисправности блока питания (повышенной нагрузки) HL3, наличия питания HL4 и заряда батареи HL5, так же имеется джампер X1, с помощью которого можно включить настройку зоны действия ИК-датчика. В этом случае работа устройства блокируется, а светодиод HL2 отображает только сработку датчика. В устройстве имеется два высоковольтных выхода 220 В – один для подключения вентилятора туалета, другой для подключения жалюзей вентилятора ванной комнаты, которые в частном случае имеют общий вентиляционный короб. Имеющиеся на рынке в настоящее время вентиляторы с автоматическими жалюзями имеют привод их управления построен по принципу разогрева биметаллической пружины, и при подаче на этот узел напряжения - перемещение, а вследствие и закрытие жалюзей происходит с некоторым запаздыванием. Во избежание перетока воздуха из туалета в ванную комнату, перед включением вентилятора в туалете, жалюзи вентилятора ванной комнаты необходимо закрыть заблаговременно.

Вентилятор ванной комнаты при данном использовании необходимо доработать (перевернуть механизм управления жалюзями на 180 градусов, чтобы жалюзи были «нормально открытыми» и вывести отдельными клеммами подачу на них напряжения рис. 5). Механический узел сочленения приводов и инсталляции оказался очень простым и надежным. Конструкция его видна на рис. 6.

Тяга привода и фиксатор поставляются в комплекте с приводом центрального замка. Остается лишь проделать два осевых отверстия в инсталляции напротив оси движения рычагов, надежно закрепить привода сзади и, воспользовавшись тягой и фиксатором сочленить привода и рычаги смыва инсталляции. Общий вид компоновки устройства виден на рис. 7.

При изготовлении датчика необходимо учесть, что ИК-светодиод и фотоприемник не должны иметь никакой оптической связи, исключая отраженный сигнал (для этого необходимо оставлять их немного «утопленными» над поверхностью кафеля, а заднюю часть вскрыть черным лаком или заклеить непрозрачным материалом). Также для настройки и визуального контроля работы датчика можно применить любой черно-белый видео-глазок или камеру для видеосъемки в ночное время, заклеив предварительно их инфракрасную подсветку. При подключении электромоторных приводов, необходимо учесть следующее. Различные инсталляции имеют различный принцип работы, который в конечном итоге требует различного алгоритма управления кнопками смыва, и вследствие различной прошивки контроллера.

Варианты такие: половинный смыв – одновременное нажатие двух кнопок (рычагов), полный смыв – нажатие одной (своей) кнопки (прошивка AUTOSMIV1), вариант 2: половинный смыв – нажатие одной (своей) кнопки, полный смыв – одновременное нажатие двух кнопок (прошивка AUTOSMIV2), третий вариант я не встречал, но решил скомпилировать и такую версию: половинный смыв – нажатие кнопки половинного смыва (привод1), полный смыв – нажатие второй кнопки полного смыва - привод 2, (прошивка AUTOSMIV3). Также, для соответствующего направления движения штоков, необходимо определить правильную полярность подключения приводов опытным путем.

Наладка устройства заключается в следующем. Установить джампер X1 в положение «TEST». Затем, при отключенной аккумуляторной батарее подать питающее напряжение 220 В на устройство и с помощью переменного резистора R21 установить напряжение на клеммах подключения аккумулятора - 13.7 В; подсоединить аккумуляторную батарею, и если она сильно разряжена, необходимо ее подзарядить несколько часов. Далее, с помощью резистора R30 необходимо оптимально отрегулировать зону «захвата» ИК-датчика относительно нахождения человека. Джампер X1 переключаем в положение «WORK» и опытным путем определяем полярность подключения приводов. Необходимую прошивку можно установить изначально - по-нажимав кнопки (рычаги) смыва инсталляции вручную и проанализировав результаты их работы по смыву.

Трансформатор Tr1 - BV EI 304 2043 или TL30S-120-233 с выходным напряжением 12-15v и номинальным током нагрузки 0.2 А, данный тип трансформаторов имеет встроенный в первичную обмотку термопредохранитель, что обеспечивает дополнительную, противопожарную безопасность устройства и подойдет по размерам на печатную плату. Можно применить и любой другой с аналогичными параметрами и рассчитанным на круглосуточный режим работы. ИК-светодиод LED - 3014IRAB, но подойдет и другой с любого пульта дистанционного управления, например телевизором. Светодиоды HL2, HL3, HL4, HL5 – любые индикаторные, обеспечивающие удобный визуальный контроль и необходимую яркость свечения. Интегральный стабилизатор DA2, установлен на теплоотвод площадью не менее 9 см², остальные элементы схемы не нуждаются в дополнительном охлаждении. Аккумуляторная батарея – свинцово-кислотная не обслуживаемая 6FM1.3 (12V 1.3AH/20HR), подойдет и другая с аналогичными параметрами. Конфигурация контроллера указана в программе, в битах конфигурации и дополнительных установок не требует. Фильм о данном проекте можно посмотреть далее.

Видео

А в следующей разработке узнать про схему ещё одного автомата в ванную комнату.

Val0057 - 15.07.2015 - Прочитали: 4365

        
Ваши комментарии к материалу
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
» ПОИСК СХЕМ



» РАДИОЭЛЕМЕНТЫ

» МИКРОНАУШНИКИ

Группа вконтакте Канал ютуб Группа в фэйсбук Мобильная версия © 2010-2016, "Радиосхемы". Все права защищены. Почта