Датчик утечки воды и не только, просто и почти даром
- понедельник, 7 июля 2025 г. в 00:00:10
Традиционный подход к разработке устройств автоматизации содержит этапы проектирования и изготовления печатных плат и корпусов, а также, в случае использования микроконтроллеров, этап разработки программы и программирование микроконтроллеров.
Мое хобби в создании таких устройств сводится к стремлению избежать этапа изготовления печатных плат, либо сделать этот этап максимально простым; всеми силами избегать проектирование и изготовление корпусов. В некоторых случаях, применить микроконтроллеры, но избежать написание программ и программирование устройств.
Далее продемонстрирую этот подход на примере изготовления датчика утечки воды.
Этот датчик имеет более широкую сферу применения. На его основе можно делать датчики, которые должны работать автономно, но не потреблять(почти) энергию в дежурном режиме. Это датчики обнаружения различных аварийных ситуаций, например, контроль несанкционированного открытия окон и дверей, обнаружение пересечения охраняемого периметра.
Особенностью данного технического решения является тот факт, что датчик не потребляет ток от батарейки (примерно 0.1 мкА), что ограничивает срок работы на одном элементе CR2032 лишь временем саморазряда батарейки.
Конструкцию датчика условно можно разделить на три части: базовую, сенсорную и исполнительную.
Базовая часть:
1) Инвертор SN74LVC1G04DBVR +резистор 1МОм , “Чип и Дип”, 9 руб.
Можно взять одновибратор SN74LVC1G14 (цена 7 руб) или другие аналогичные.
Схема базовой части очень простая . A(2) - первый контакт сенсора, Vcc(5)-плюс CR2032, GND(3) минус CR2032 и второй контакт сенсора, Y(4) -выход к исполнительной части (питание зуммера или радио модуля), Резистор 1МОм соединяет A и Vcc.
Остальные детали покупал на Алиэкспресс, цена с учетом стоимости доставки.
2) Корпус 40x20x11 мм3 , 34 руб;
3) Плата для пайки SMD(не обязательно), 3 руб;
4) Держатель батарейки, 10 руб.
Базовая часть практически не потребляет энергии в режиме ожидания и обеспечивает при низком входном сопротивлении сенсорной части выходное напряжение логической единицы с максимальным током до 25 мА, что достаточно для работы различных исполнительных устройств.
Схема соединений такая:
Сенсорная часть для обнаружения утечки воды изготавливается из медной пластины 0.5x15x15 мм3, 10 руб, которая разрезается на две равные части.
Две части пластины впаиваются параллельно в основание корпуса и являются контактами сенсора с контролируемой поверхностью. При желании разместить базовую часть на стене, сенсорную часть можно сделать из 2-х жильного провода с двумя контактами.
Исполнительная часть зависит от реализуемого варианта функций датчика.
Вариант 1: Зуммер, 10 руб.- обеспечивает звуковое оповещение о возникновении аварийной ситуации.
Вариант 2: Релейный модуль, 70 руб
.- обеспечивает включение двигателя для закрытия шарового крана, установленного на трубопроводе подачи воды.
Вариант 3: Модуль передатчика 433 МГц, от 50 руб.- обеспечивает большую дальность связи и меньшее потребление, чем модули BLE при равной мощности в эфире.
Вариант 4: Модуль BLE от 80 руб. - позволяет принять данный сигнал на смартфон. Модуль не требует программирования. При возникновении аварийной ситуации, базовая часть подает питание на модуль BLE, который начинает излучать сигнал рекламы в эфир. Этот сигнал принимает устройство управления двигателем перекрытия воды, либо смартфон.
В итоге,
затраты на создание полноценного автономного датчика утечки воды, который может многими годами находится в дежурном состоянии, составляют от 70 до 150 рублей (без стоимости батарейки).
Изготовление такого датчика не требует ни разработки печатной платы или корпуса, ни их изготовление, ни умения программировать микроконтроллеры.
Достоинством данного решения является нулевое потребление в дежурном режиме.
Это означает, что при отсутствии саморазряда CR2032, ее емкость в 200 мАч теоретически обеспечит работоспособность датчика в течении 2000000 часов или 22 года.
Поэтому рекомендую раз в год, например, 1 января проверять датчик путем замыкания сенсора накоротко. Через пять лет заменить батарейку на новую (50 рублей в 5 лет это тоже почти даром).
Кроме того, конструкция датчика сделана таким образом,что легко вынуть батарейку или присоединить к ней светодиод для проверки.
Все варианты испытывались.
С модулями 433, BLE как и WiFi работаю давно. Есть целый зверинец. Любой купленный модуль BLE (например, PB-03F цена 89 руб) при подаче напряжения питания начинает передавать рекламу имя модуля в эфире ai-thinker,ток потребления 6 мА. Рекламу можно принять на смартфон.