Схеми монтажу та принцип роботи автоматики для свердловинних насосів. Основні різновиди та властивості автоматики для занурювальних насосів Автоматичний захист свердловини: види систем

Насос – серце системи, автоматика – її мозок. Самостійно запуск не станеться: або це доведеться робити особисто, або перекласти турботу на розумні пристрої. Що стосується установки найпростішої автоматики своїми руками, складного в цьому нічого немає: складові є у продажу, до них додаються інструкції - залишається змонтувати автоматику для насоса свердловин за схемою, тобто банально з'єднати деталі.

Якщо зовнішній насос можна увімкнути самому, полити город, наповнити бочку і вимкнути, зі свердловинним інакше: установка автоматики необхідна - це етап облаштування свердловини. Прилади не купують заздалегідь, а вибирають разом із насосом: потрібно знати, які захисні схеми вже інтегровані в обладнання (захист від сухого ходу, перегрівання в сучасних моделяхвже є; як правило, додається поплавець).

Схема установки автоматики для свердловинного насосу

Як всяка електроніка, автоматика буває кількох поколінь (поки що трьох), але принцип її роботи однаковий. Покоління обирають, відштовхуючись від завдань. Найпростіша автоматика забезпечує своєчасне увімкнення/відключення обладнання залежно від тиску в накопичувальному баку та аварійне відключення(При нестачі води в джерелі). Сучасні електронні пристрої не тільки захищають насос, контролюють його запуск, а й оптимізують роботу всієї системи, що обходиться без акумулятора.

Перше покоління автоматики

Перше покоління автоматики - найпростіші пристрої, що автоматизують подачу води та захищають свердловинний насос.

• блокатор сухого ходу,
• вимикач-поплавець,
• реле тиску.

Блокатор сухого ходу простий: якщо немає рідини, він вимикає обладнання. Майже ту ж роль грає поплавець, що реагує зниження рівня води. Пристрої найпростіші, але насос добре захищають.

Захист від сухого ходу, що підключається до реле

Реле тиску встановлюють на накопичувальний бак (без нього автоматика першого покоління не має сенсу). Реле бувають уже з манометром (якщо ні, то манометр теж знадобиться).

Гідроакумулятор - складова насосної станції. Саме в ньому нагнітають необхідний тиск, що розповсюджується на всю систему. За рівнем тиску слідкує реле.

Принцип простий. При відкритті крана:

• вода йде з бака,
• тиск знижується,
• реле запускає насос,
• вода надходить у бак і тиск підвищується,
• при досягненні заданого значення реле вимикає обладнання.

При налаштуванні реле задають два порогові значення - мінімальне і максимальне. Як тільки тиск досягає мінімуму, реле вмикає насос, при наборі максимуму - відключає.

Перше покоління автоматики переважно використовують у облаштуванні неглибоких свердловин. З великою глибиною все серйозніше.

Друге покоління автоматики

Блок управління II покоління - електронний пристрій, який приймає сигнали від датчиків, що віддає відповідні команди. Датчики автоматики встановлюють на свердловинному насосі та в трубопроводі, що дає можливість виключити із системи накопичувальний бак.

Система працює у режимі реального часу. При відкритті крана:

• вода йде з трубопроводу;
• тиск знижується;
• датчик реєструє падіння рівня, надсилає інформацію на мікросхему;
• блок керування включає насос;
• вода надходить у трубопровід;
• при досягненні максимального тиску датчик дає сигнал на мікросхему;
• блок вимикає обладнання.

Хоча система досконаліша, принцип її роботи той самий: досягнення мінімального рівня тиску – включення насоса, досягнення максимального – відключення.

Крім традиційного набору функцій автоматику II покоління забезпечують наступними опціями:

• температурний контроль,
• аварійне вимикання,
• блокування сухого ходу (не потрібне, якщо є в насосі),
• відстеження рівня рідини,
• рестарт.

Якщо найпростіша автоматика дешева, то тут уже ціни підвищуються, і це цілком можна віднести до мінусів (дорожче за I, але не дотягує до III покоління, що дещо знижує доцільність придбання БО через лише відмову від гідроакумулятора).

Третє покоління автоматики

З пристроїв III покоління збирають потужні, надійні, енергоефективні системиавтоматики для свердловинних насосів. Незважаючи на збереження основоположного принципу, різниця між традиційними найпростішими та найсучаснішими приладами солідна. Солідна і вартість останніх, але вкладені кошти вони відпрацьовують на всі 100%, у тому числі значно збільшуючи термін служби насоса та створюючи серйозну економію енергії за рахунок тонкого налаштування.

Свердловинні насоси оснащують стандартними двигунами. При включенні вони починають качати воду на повну силу, споживаючи вказаний максимум електроенергії. Своїми руками відрегулювати двигун неможливо, оскільки спостерігається стала різниця значень: потрібна різна кількість води, що залежить від паркану - щоразу переналаштовувати свердловинний насос (що знаходиться на глибині) неможливо. Автоматика III покоління виконує цю функцію легко - на двигун подається рівно стільки енергії, скільки потрібно досягнення заданого тиску: для заповнення невеликої витрати система включає устаткування на малих оборотах.

Схема установки блоку управління (зрізати ватермарку)

Крім тонкого регулювання напруги, що подається на двигун, автоматика III покоління оснащена всіма стандартними опціями та розширеними захисними: оберігає прилад від перепадів напруги, перегріву, сухого ходу та інше. Систему можна налаштувати на роботу в різних режимах, що дозволяє організувати водопостачання за нестандартною, але оптимальною для конкретного будинку схемою, яка рясніє нюансами. Накопичувальний бакне потрібно: датчики встановлюють безпосередньо у трубопроводі, обладнанні та інших місцях. Отримані з датчиків дані обробляє блок управління.

Установка автоматики для свердловинного насосу

Найпростішу автоматику для свердловинного насоса можна встановити своїми руками: монтаж складнощів не викликає. Поплавець, блокатор сухого ходу в основному вже є в приладах (якщо блокатора немає, його можна встановити).

Схема встановлення реле тиску

Додатково придбати потрібно лише гідроакумулятор, реле тиску, Зворотній клапан, що запобігає втраті тиску за рахунок відтоку рідини. Реле встановлюють на бак або розвідний колектор. На трубу, якою вода надходить у гідроакумулятор, також монтують очисні фільтри. Зворотний клапан ставлять на насос (найчастіше).

Підключення зводиться до простим діям:

1. Складання системи.
2. Встановлення гідроакумулятора.
3. Монтаж реле тиску.
4. Подача харчування (якщо потрібно).
5. Налаштування верхнього граничного значення тиску (шляхом обертання гайки).
6. Настроювання нижнього порогового значення тиску.
7. Пуско-налагодження: тест та при необхідності додаткове налаштування.

Тиск у гідроакумуляторі накачують простим насосом. У цьому полягає роль людини (більше нічого не потрібно - далі система працює сама).

Установку автоматики ІІ та ІІІ поколінь своїми руками проводити не рекомендується. Тонка настройка блоку управління, правильне розміщеннядатчиків – сфера діяльності фахівців. Пристрої складні, потребують специфічних знань та навичок. Краще один раз сплатити за монтаж автоматики, ніж своїми руками вивести з ладу дорогий електронний блок управління. Що ж до вибору, треба брати або перше, або третє покоління: установка пристроїв другого як устаткування свердловини автоматикою не видається доцільною.

Вибір автоматики для насосу

Необхідною умовою у дальній дорозі в холодну пору року є підтримання комфортної температури в салоні автомобіля. І тут одним із оптимальних рішеньбуде обігрівач Webasto - автономний прилад, що забезпечує прогрівання повітря в машині до необхідної температури.

У статті ми розповімо про те, що являє собою цей пристрій, навіщо воно потрібно, а також опишемо процес самостійної установкиобігрівача.

Способи прогріву автомобіля

Для забезпечення комфортного мікроклімату в салоні машини найчастіше використовуються автомобільні пічки. Проте вони мають істотний недолік – вони функціонують лише тоді, коли двигун автомобіля перебуває у робочому режимі.

Однак це можливо не завжди, а тому в деяких ситуаціях водієві доводиться мерзнути, нарікаючи на неправильно вибраний одяг чи взуття.

Альтернативою піч може стати електрообігрівач, проте і в цьому випадку є нюанси. І найголовніше полягає в тому, що запас електроенергії в автомобілі не нескінченний, і тому не завжди є можливість витрачати заряд акумулятора на обігрів.

Виходом із такої ситуації є автономні обігрівачі автомобіля. Звичайно, ціна такого пристрою виходить значно більшою, ніж у стандартної печі, але й вигод від його експлуатації більш ніж достатньо.

Кому буде корисний обігрівач

У чому полягають ці вигоди?

• По-перше, автономний обігрівач створює у кабіні автомобіля комфортну температурувідразу ж після включення.
  Якщо з пічкою ми почули б від водія звичне «Потерпіть, зараз заведемося і нагріємося», то у випадку з автономним теплогенератором мерзнути не доведеться.

Зверніть увагу!
Деякі автономні обігрівачі Webasto обладнано модулем, що забезпечує включення системи з мобільного телефоначи спеціального пульта.
В цьому випадку можна почати обігрів салону завчасно, і до вашого приходу автомобіль буде досить теплим.

• По-друге, використання цього пристрою забезпечує передпусковий прогрів двигуна.. Завдяки цьому навіть на сильному морозі автомобіль заводиться дуже швидко і ресурс двигуна суттєво економиться.
• Також варто згадати про такі переваги, як підтримання температури в машині при тривалій стоянці.(дальнобійники та очікуючі у чергах на митницю оцінять), швидке обігрів стекол, захист їх від обмерзання та запітніння тощо.

Виходячи з цих переваг, пристрої для обігріву від компанії Webasto можна рекомендувати:

• Тим, хто не любить мерзнути в салоні автомобіля або сім'ям, які часто возять у салоні автомобіля маленьких дітей.
• Тим, хто довго стоїть у пробках, чергах тощо. Насамперед це таксисти, кур'єри, далекобійники, водії спецтехніки тощо.
• А також тим, хто намагається зменшити знос двигуна свого автомобіля та по максимуму реалізувати його ККД.

Конструкція обігрівачів

Повітряні

За конструкцією автономні системи опалення діляться на повітряні та рідинні. До найпоширенішої категорії пристроїв належать саме повітряні системи.

Повітряна автономна системаопалення Webasto має таку конструкцію:

• Основним елементом є замкнута герметично камера згоряння.
• У неї під дією паливного насоса через автоматично регульований краніз вбудованим фільтром надходить паливо.
• За запуск процесу займання відповідає свічка розжарювання.
• Паливно-повітряна суміш спалахує і згоряє у спеціальному пристрої – пальнику з насадкою особливої ​​форми. Повітря надходить у насадку пальника за допомогою спеціального пристрою, що нагнітає, після чого - проходить в теплообмінник.
• У теплообміннику повітря прогрівається до необхідної температури, а потім під впливом того ж нагнітача надходить у салон.

Охолоджене повітря із салону через забірні отвори знову потрапляє в обігрівач, де знову нагрівається.

Повітряні обігрівачі можуть бути встановлені практично на будь-якому автомобілі, габарити якого дозволяють вмістити корпус пристрою. Особливостями повітряних моделей є відносно мала маса (до 7 кг), а також невелика витрата пального. За годину роботи установки у режимі безперервного обігріву спалюється від 0,1 до 0,25 л палива залежно від модифікації.

Рідинні

Рідинні моделі автономних теплогенеруючих пристроїв від компанії Webasto відрізняються більшою витратою палива. За годину роботи така установка витрачає до літра пального.

Принцип роботи цього агрегату полягає у використанні ресурсів системи охолодження двигуна:

• За допомогою сигналу користувача (натискання кнопки, спрацювання таймера, сигналу з пульта або телефону) запускається насос обігрівача.
• Під впливом насоса починається прокачування рідини, що охолоджує.
• Потім в камеру згоряння подається паливо, яке займається від свічки розжарювання і згоряє, передаючи через теплообмінник теплову енергіюдо циркулюючого по трубах теплоносія.
• Завдяки цьому навіть при двигуні, що «мовчить», включається штатна система обігріву автомобіля, оскільки прогрітий теплоносій починає передавати енергію пічці.

Керує процесом автоматична регулююча система. За потреби вона збільшує або зменшує подачу палива в камеру згоряння, а також регулює процес нагнітання повітря в систему.

Управління роботою обігрівача

Вище ми вже кілька разів згадали про автоматизацію роботи системи. Час більш детально розглянути, за допомогою яких елементів можна регулювати обсяг палива, що споживається, і планувати підтримку температури.

Керувати роботою установки можна за допомогою таких пристроїв:

• Мінітаймер – дозволяє програмувати запуск прогріву на 24 години, тобто. на добу. У штатного мінітаймера від компанії Webasto є можливість встановити три точки включення і для кожної з них задати тривалість роботи.

• Модульні таймериявляють собою удосконалений різновид попереднього пристрою. За допомогою модульного таймера можна запланувати запуск обігріву протягом тижня (наприклад, в неділю машина не потрібна - тому і обігрівач не вмикається).
• Брелок дистанційного керуваннямає функціонал, аналогічний мінітаймеру. Радіус дії брелока складає близько 1 км, тому навіть перебуваючи в офісі, ви можете прогріти машину до моменту передбачуваної поїздки.
• дозволяє керувати роботою обігрівача за допомогою мобільного телефону.

Монтаж обігрівача

Комплектація

Повнорозмірні обігрівачі, призначені для вантажівок, автобусів та спецтехніки самостійно монтувати, звичайно, не варто. А ось встановити на свій легковий автомобільпередпусковий прогрівач (такий як Webasto Termo Top E) своїми руками може практично будь-хто.

Для початку необхідно купити сам пристрій, а також спеціальний настановний комплект.

У результаті у нас на руках мають бути:

• Автономний обігрівач Вебасто.
• Бензонасос.
• Металеві та пластикові стяжні хомути для встановлення елементів опалювальної системи.
• Пульт керування обігрівачем з комплектом дротів для підключення його до електричної мережі автомобіля (див. також ).
• Комплект шлангів та патрубків.

Як правило, жодних додаткових деталей для встановлення не потрібне. В окремих випадках може знадобитися покупка кронштейна для розміщення приладу всередині автомобіля.

Процес встановлення

Тут же наводиться інструкція, яка описує основну послідовність операцій:

• Перше, що необхідно зробити – визначитися з місцем установки приладу під капотом автомобіля. Як правило, між радіатором та двигуном місця недостатньо, оскільки заважають трубки кондиціонера та його компресор.
• Оптимально встановлювати пристрій так, щоб можна було використовувати якомога коротший бензопровід, а також не дуже довгі патрубки.
• Потім у вибране місце встановлюємо кронштейн із нержавіючої сталі. Кронштейн можна пофарбувати, щоб зменшити інтенсивність корозії.

Зверніть увагу!
При встановленні обігрівача допускається зміщення паливних трубок. Для цього їх необхідно відігнути убік та зафіксувати.

• У кронштейні свердлимо отвори, до яких кріпимо напрямні приладу.
• Монтуємо впуск, а потім встановлюємо повітряний висновок.
• Підводимо до пристрою бензопровід, підключаємо його до бензонасосу. Окремо протягуємо дроти, що забезпечують електроживлення бензонасосу. Також підключаємо проводку до самого обігрівача.

• Приєднуємо обігрівач до системи охолодження через патрубок.
• Виводимо дроти в салон, після чого – встановлюємо на панель пульт керування (див. також статтю).

Після завершення всіх операцій приєднуємо проводи до акумулятора і тестуємо систему. Залежно від особливостей конструкції прогрівач може запуститися як відразу, так і за кілька хвилин роботи двигуна – це пов'язано з наявністю повітря в системі.

Дистанційне електронне керуваннярізними виконавчими пристроями - перспективний напрямок у радіотехніці, яке втрачає своєї актуальності і сьогодні. Ось одна реальна ситуація. Потрібно автоматизувати подачу води до будинку, лазні чи інших будівель. присадибної ділянкиза допомогою дистанційного керування. Будинок знаходиться на відстані 100... 150 м від сільської криниці. Увімкнення та відключення занурювального насоса, встановленого в колодязі, здійснюється по радіоканалу. В основі пристрою придбаний у магазині Санкт-Петербурга бездротовий дзвінок із символічною вартістю 192 рублі.

Бездротові дзвінки промислового виготовленняможуть мати різний зовнішній вигляд (фото 1), але у їхньому складі обов'язковими елементамиє пульт-передавач та приймач радіосигналу. Як правило, такі бездротові дзвінки працюють на частоті 433 МГц і через дуже малої потужностіпередавача не створюють перешкод та не впливають на роботу іншої побутової техніки.

Однак заявлена ​​у паспортних даних дальність дії таких дзвінків майже завжди сильно завищена, іноді у 2,5 – 3 рази. Так, якщо заявлена ​​(зазначена в паспорті) дальність становить, наприклад, 80 м, то реальна дистанція впевненого спрацьовування дзвінка швидше за все буде не більше 30 м. Зі збільшенням паспортної дальності завжди пропорційно зростає і їх ціна. Наприклад, бездротовий дзвінок з радіусом роботи 100 м (реально - близько 35 м) коштує вже понад 1100 руб.

По суті, все одно, який дзвінок використовувати, тому що його реальну «дальнобійність» практично завжди можна збільшити як мінімум раз на 1,5...2, підключивши зовнішню антену. Тому розглянемо найбюджетніші і прості варіанти. Антену приймача чіпати не варто, оскільки на частоті радіосигналу 433 МГц збільшення її довжини не призводить до істотного зростання дистанції впевненої роботи зв'язки передавача-приймача.

На фото 2 представлені дві різні по зовнішньому виглядумоделі, але однакові за схемотехнікою приймачі дзвінків з знятою кришкою. Схема в них одна, а виконання – різне. Зокрема, той, що на фото 2 ліворуч - зібраний на дискретних елементах, а той, що праворуч - на елементах SMD-корпусах для поверхневого монтажу.

На рис. 1 наведена схема приймача одного з найпростіших і найдешевших бездротових дзвінків. Висновок 10 мікросхеми U1 має активний високий рівеньпри надходженні радіосигналу з пульта-передавача (коли в нього натиснута кнопка). Висновки 11 і 12 U1 навпаки мають високий рівень у стані спокою та низький логічний рівень - при надходженні від пульта-передавача сигналу управління. Обидва ці сигнали можна використовувати для керування різними пристроями, якщо до приймача підключити нескладну приставку.

ДОРОБКА ПРИЄМНИКА БЕЗПРОВІДНОГО ДЗВІНКУ

Для того, щоб пристрій дистанційного керування насосом працював ефективно, наприклад, при першому натисканні на кнопку пульта-передавача підключало насос до мережі 220 В, а при повторному натисканні - відключало його, потрібно зібрати нескладний пристрій і підключити його до готової плати приймача бездротового дзвінка. На рис. 2 наведена схема такого пристрою, що дозволяє включити та вимкнути насос, не прокладаючи додаткових дротів.

Занурювальний насос підключений паралельно до лампи розжарювання EL1, яка є світловим індикатором. (Завдяки цьому можна на відстані переконатися в тому, що команда від передавача отримана, дистанційний пристрійспрацювало, а насос увімкнувся.) Плату додаткового пристрою(Мал.2) підключають до плати приймача радіодзвінка (Мал.1) неекранованими проводами типу МГТФ-0,4 (або аналогічними). При цьому загальний провід приставки підключають до мінуса живлення приймача, а вхід мікросхеми DD1.1 (К1561ТМ2) до висновку 10 мікроссхем CD4069BD (у деяких моделях - D4069UBC). Щоб під час передачі сигналу управління не вмикався мелодійний дзвінок, достатньо відпаяти один із провідників, що ведуть до динамічного капсуля.

Працює схема додаткового пристрою наступним чином. При включенні живлення в перший момент часу на вхід R тригера DD1.1 завдяки розрядженому конденсатору С2 надходить високий логічний рівень, який обнуляє тригер і на прямому виході Q (висновок 1 мікросхеми DD1.1) встановлюється низький логічний рівень. Тому транзистор VT1 закритий, реле К1 знеструмлено, лампа EL1 не горить, насос не працює.

Приблизно через третину секунди після включення конденсатор С2 зарядиться майже до напруги живлення і рівень на вході тригера R (висновок 4 DD1.1) зміниться на низький. Тепер він готовий до прийому сигналів ло тактовому входу С, що має, як випливає зі схеми, низький вихідний рівень.

Коли з пульта-передавача в ефір передається радіосигнал, він приймається приймачем дзвінка і на виводі 10 мікросхеми U1 з'являється високий логічний рівень, який надходить на вхід мікросхеми DD1.1 додаткового пристрою. Внаслідок цього тригер перекидається в інший стійкий стан - тепер на прямому виході Q (висновок 1 DD1.1) з'являється високий рівень напруги. Транзистор VT1 включає реле К1, яке контакти у свою чергу замикають електричний ланцюг живлення освітлювальної лампи EL1 і занурювального насоса. У такому стані тригер може знаходитися як завгодно довго, аж до приходу наступного позитивного фронту імпульсу на вхід С (натискання наступного клавіші пульта-передавача), який переключить тригер у вихідний стан. При цьому освітлювальна лампа EL1 згасне, а насос вимкнеться.

Максимальна потужність навантаження (насоса), яку можна підключити до пристрою дистанційного керування, залежить від параметрів електромагнітного реле К1 і для реле типу РЕМ35 не повинна перевищувати 350 Вт.

Всі деталі приставки легко розміщуються на платі розмірами 30x40 мм, яку разом із сполучними проводами поміщають у штатний корпус приймача дзвінка у відсік для елементів живлення. Для зменшення електричних перешкод бажано, щоб дроти, що з'єднують пристрій з джерелом живлення і що йдуть від реле К1 до насоса, мали переріз не менше 1,5 мм2 і були мінімально можливої ​​довжини.

Постійні резистори – типу МЛТ-0,25 (MF-25). Оксидні конденсатори типу К50-26 на робочу напругу не менше 16 В. Інші неполярні конденсатори типу КМ-6Б. Мікросхема DD1 - типу К1561ТМ2 її можна замінити К561ТМ2 без шкоди для ефективності роботи. Можна використовувати і тригер К561ТМ1, але в цьому випадку доведеться внести до схеми відповідні зміни. Транзистор VT1 – польовий типу КП540А з великим вхідним опором. Це дозволяє мінімізувати навантаження на вихід тригера мікросхеми DD1, замість КП540А можна застосувати польовий транзистор будь-якої з серії КП540 або його зарубіжні аналоги BUZ11, IRF510, IRF521.

Реле К1 можна замінити на РЕМ43 (виконання РС4.569.201) або інше, розраховане на напругу спрацьовування

4...4,5 В і струм 10...50 мА. Встановлювати пристрій реле зі струмом спрацьовування більше 100 мА небажано. Світлодіод HL1 – будь-який, за його допомогою зручно контролювати спрацювання реле. При необхідності елементи HL1 та R3 із схеми можна виключити. Додатковий вмикач SA1 дозволяє управляти насосом вручну.

У базовому варіанті приймач дзвінка живиться від двох пальчикових елементів по 1,5 В. Але при використанні дзвінка у складі дистанційного керування насосом для його живлення краще використовувати стабілізоване мережеве джерело живлення з напругою 5 В. Струм споживання від джерела живлення приймального вузла не перевищує 10 мА у режимі очікування та збільшується до 50 мА при спрацьовуванні реле. Для інших типів реле струм споживання може мати інше значення. Підвищувати напругу живлення приймального вузла до 12 і більше не варто, так як дальність впевненого зв'язку з пультом-передавачем при цьому не збільшиться. Оптимальна напруга живлення приймача - 5...Е.

ДОРОБКА ПУЛЬТА-ПЕРЕДАТЧИКА БЕЗПРОВІДНОГО ДЗВІНКУ

Пульт-передавач бездротового дзвінка розміщений у корпусі розміром із стандартний сірникова коробка. Його електрична схема наведена на рис.3

3. Доопрацювання схеми пульт-передавач не потребує. Щоб не змінювати раз на рік батарею, для живлення передавача використано адаптер типу ТВ-182-С з вихідною стабілізованою напругою 12 В та струмом 0,5 А.

Для збільшення дальності роботи до контакту антени на друкованій платі за допомогою відрізка дроту МГТФ-0,8 (або аналогічного) приєднують телескопічну антену штирю від будь-якого переносного радіоприймача. У крайньому випадку можна використовувати як зовнішньої антенианалогічний можна багатожильний провіддовжиною 35...40 см, розпушивши (як пелюстки квітки) на кінці його тонкі провідники (діаметр пелюсток, що розходяться 6...8 см). Але така імпровізована антена працює помітно гірше за телескопічну. Найбільша дальність роботи з телескопічною антеною буде у тому випадку, коли вона висунута приблизно на 35...40 см.

Оригінальний та модернізований пульти передавача представлені на фото 3. З телескопічною антеною вдається збільшити реальну «дальнобійність» пульта-передавача до 200 м за умови прямої видимості.

О.Кашкаров, м. Санкт-Петербург
За матеріалами журналу "САМ"

Цей пост - перша частина із серії оповідань про те, як можна відносно нескладно зробити своїми руками радіокерований вимикач корисного навантаження.
Пост орієнтований на новачків, для решти, гадаю, це буде «повторення пройденого».

Зразковий план (подивимося під час дії) очікується наступний:

1. Hardware вимикача

Відразу зазначу, що проект робиться під мої конкретні потреби, кожен може його адаптувати під себе (всі вихідники будуть представлені під час розповіді). Додатково описуватиму ті чи інші технологічні рішення і даватиму їх обґрунтування.

початок

На даний момент є наступні вступні:

1. Хочеться реалізувати віддалене управліннясвітлом та витяжкою.
2. Вимикачі є одно- та двосекційні (світло та світло+витяжка).
3. Вимикачі встановлені у стіні з гіпсокартону.
4. Вся проводка – трипровідна (присутня фаза, нуль, захисне заземлення).

З першим пунктом – усе зрозуміло: нормальні бажання треба задовольняти.

Другий пункт загалом передбачає, що треба зробити дві різні схеми(для одно- і двох-канального вимикача), але зробимо інакше - зробимо «двоканальний» модуль, але у разі, коли реально потрібен тільки один канал - не розпаюватимемо частину комплектуючих на платі (аналогічний підхід реалізуємо і в коді).

Третій пункт - обумовлює деяку гнучкість у виборі форм-фактора вимикача (реально знімається існуючий вимикач, демонтується монтажна коробка, всередину стіни монтується готовий пристрій, монтажна коробка повертається і монтується вимикач назад).

Четвертий пункт – суттєво полегшує пошук джерела живлення (220В є «під рукою»).

Принципи та елементна база

Вимикач хочеться зробити функціональним - тобто. повинна залишитися тактильна складова (вимикач фізично повинен залишитися і повинна зберегтися його звичайна функція по включенню/вимкненню навантаження, але при цьому повинна з'явитися можливість керування навантаженням через радіоканал).

Для цього звичайні двопозиційні (включено-вимкнено) вимикачі замінимо на аналогічні по дизайну вимикачі без фіксації (кнопки):

Ці вимикачі працюють просто: коли клавіша натиснута - пара контактів замкнуті, коли клавішу відпускаємо - контакти розмикаються. Очевидно, що це звичайна тактова кнопка (власне так її і будемо обробляти).

Тепер практично стає зрозумілим, як це реалізувати «в залізі»:

• беремо МК (atmega8, atmega168, atmega328 - використовую те, що є прямо зараз), в комплекті з МК додаємо резистор для підтяжки RESET до VCC,
• підключаємо дві «кнопки» (для мінімізації кількості навісних елементів - використовуватимемо вбудовані в МК резистори підтяжки), для комутації навантаження скористаємося реле з відповідними параметрами (у мене якраз були припасовані реле 833H-1C-C з 5В керуванням і достатньою потужністю навантаження, що комутується) - 7A 250В~),
• Звісно, ​​не можна обмотку реле безпосередньо підключити до виходу МК (надто високий струм), тому додамо необхідну «обв'язування» (резистор, транзистор і діод).

Мікроконтролер будемо використовувати в режимі роботи від вбудованого осцилятора - це дозволить відмовитися від зовнішнього кварцового резонатора та пари конденсаторів (трохи заощадимо та спростимо створення плати та подальший монтаж).

Радіоканал організовуватимемо за допомогою nRF24L01+:

Модуль, як відомо, толерантний до 5В-сигналів на входах, але вимагає для живлення в 3.3В, відповідно, до схеми додамо ще лінійний стабілізатор L78L33 і пару конденсаторів до нього.

Додатково додамо блокувальні конденсатори живлення МК.

МК програмуватимемо через ISP - для цього на платі модуля передбачимо відповідний роз'єм.

Власне, вся схема описано, залишилося тільки визначитися з висновками МК, до яких підключатимемо нашу «периферію» (радіомодуль, «кнопки» та вибрати піни для керування реле).

Почнемо з речей, які вже фактично визначено:

• Радіомодуль підключається на шину SPI (таким чином підключаємо піни колодки з 1 по 8 на GND, 3V3, D10 (CE), D9 (CSN), D13 (SCK), D11 (MOSI), D12 (MISO), D2 (IRQ) - відповідно).
• ISP – річ стандартна і підключається наступним чином: підключаємо піни роз'єму з 1 по 6 на D12 (MISO), VCC, D13 (SCK), D11 (MOSI), RESET, GND – відповідно.

Далі залишається визначитися лише з пінами для кнопок та транзисторів, що керують реле. Але не поспішатимемо - для цього підійдуть будь-які піни МК (як цифрові, так і аналогові). Виберемо їх на етапі трасування плати(Банально оберемо ті піни, що максимально просто розвести до відповідних «точок»).

Тепер слід визначитися з тим, які «корпуси» використовуватимемо. У цьому місці починає диктувати правила моя природна лінь: мені дуже не подобається свердлити друковані плати – тому виберемо по максимуму «поверхневий монтаж» (SMD). З іншого боку, здоровий глузд підказує, що використання SMD дуже суттєво заощадить розмір друкованої плати.

Для новачків поверхневий монтаж здасться досить складною темою, але реально це не так страшно (щоправда, за наявності більш-менш пристойної паяльної станції з феном). На youtube дуже багато відео-роликів з уроками з SMD - дуже рекомендую ознайомитися (сам почав використовувати SMD кілька місяців тому, навчався саме за такими матеріалами).

Сформуємо «список покупок» (BOM – bill of materials) для «двоканального» модуля:

• мікроконтролер - atmega168 у корпусі TQFP32 - 1 шт.
• транзистор - MMBT2222ALT1 у корпусі SOT23 - 2 шт.
• діод - 1N4148WS у корпусі SOD323 - 2 шт.
• стабілізатор - L78L33 у корпусі SOT89 - 1 шт.
• реле – 833H-1C-C – 2 шт.
• резистор – 10кОм, типорозмір 0805 – 1 шт. (підтяжка RESET до VCC)
• резистор – 1кОм, типорозмір 0805 – 1 шт. (У ланцюг бази транзистора)
• конденсатор – 0.1мкФ, типорозмір 0805 – 2 шт. (З харчування)
• конденсатор – 0.33мкФ, типорозмір 0805 – 1 шт. (З харчування)
• електролітичний конденсатор – 47мкФ, типорозмір 0605 – 1 шт. (З харчування)

Додатково до цього будуть потрібні клемники (для підключення силового навантаження), колодка 2х4 (для підключення радіомодуля), роз'єм 2х3 (для ISP).

Тут я трохи хитру і підглядаю у свої «запасники» (просто вибираю те, що там вже є). Ви можете вибирати компоненти на власний розсуд (вибір конкретних компонентів виходить за межі цієї посади).

Оскільки вся схема вже практично сформована (принаймні, в голові), можна приступати до проектування нашого модуля.

Взагалі непогано було б все спочатку зібрати на макетці (використовуючи корпуси з вивідними елементами), але оскільки у мене всі описані вище «вузли» вже неодноразово перевірені та втілені в інших проектах – дозволю собі пропустити етап макетування.

Проектування

Для цього скористаємося чудовою програмою – EAGLE.

На мій погляд – дуже проста, але в той же час – дуже зручна програма для створення важливих схемта друкованих плат за ними. Додаткові «плюси» в скарбничку EAGLE: мультиплатформенність (мені доводиться працювати як на Win-, так і на MAC-комп'ютерах) та наявність безкоштовної версії (з деякими обмеженнями, які для більшості «саморобів» видадуться зовсім несуттєвими).

Навчити вас користуватися EAGLE у цьому топіку не входить у мої плани (наприкінці статті є посилання на чудовий і дуже простий для освоєння підручник з користування EAGLE), я лише розповім деякі свої «хитрощі» при створенні плати.

Мій алгоритм створення схеми та плати був приблизно наступний (ключова послідовність):

Схема:

• Створюємо новий проект, всередині якого додаємо "схему" (порожній файл).
• Додаємо МК і необхідне «обважування» (підтягуючий резистор на RESET, блокувальний конденсатор живлення тощо). Звертаємо увагу на корпуси (Package) при виборі елементів із бібліотеки.
• "Зображуємо" ключ на транзисторі, який керує реле. Копіюємо цей шматок схеми (для організації другого каналу). Входи ключів – поки що залишаємо «бовтатися в повітрі».
• Додаємо на схему роз'єм ISP та колодку для підключення радіомодуля (робимо відповідні з'єднання у схемі).
• Для живлення радіомодуля додаємо у схему стабілізатор (з відповідними конденсаторами).
• Додаємо "роз'єми" для підключення "кнопок" (один пін роз'єму відразу "заземляємо", другий - "бовтається в повітрі").

Після цих дій у нас виходить повна схема, але поки що залишаються непідключеними до МК транзисторні ключі та «кнопки».

• Розміщую клемники для підключення силового навантаження.
• Правіше за клемники - реле.
• Ще правіше – елементи транзисторних ключів.
• Стабілізатор живлення для радіомодуля (з відповідними конденсаторами) розміщую поруч із транзисторними ключами (у нижній частині плати).
• Розміщую колодку для підключення радіомодуля знизу праворуч (звертаємо увагу на те, в якому положенні опиниться сам радіомодуль при паравильному підключенні до цієї колодки - за моїм задумом він повинен не виступати за межі основної плати).
• Роз'єм ISP розміщую поруч із роз'ємом радіомодуля (оскільки використовуються одні й ті ж «піни» МК – щоб було простіше розводити плату).
• У просторі, що залишився, маю МК (корпус треба «покрутити», щоб визначити найбільш оптимальне його положення, щоб забезпечити мінімальну довжину доріжок).
• Блокувальні конденсатори розміщуємо максимально близько до відповідних висновків (МК та радіомодуля).

Після того, як елементи розміщені на своїх місцях – роблю трасування провідників. "Землю" (GND) - не розводжу (пізніше зроблю полігон для цього ланцюга).

Тепер уже можна визначитися з підключенням ключів та кнопок (дивлюся, які піни ближче до відповідних ланцюгів і які простіше буде підключити на платі), для цього добре перед очима мати таку картинку:

Розташування чіпа МК на платі у мене відповідає картинці вище (тільки повернутий на 45 градусів за годинниковою стрілкою), тому мій вибір наступний:

• Транзисторні ключі підключаємо до піни D3, D4.
• Кнопки – на A1, A0.

Уважний читач побачить, що на схемі нижче фігурує atmega8, в описі згадується atmega168, а на картинці з чіпом взагалі amega328. Нехай це вас не бентежить - чіпи мають однакову розпинування і (конкретно для цього проекту) взаємозамінні та відрізняються лише кількістю пам'яті «на борту». Вибираємо те, що подобається/є (я згодом у плату запаяв 168 «камінчиків»: пам'яті більше, ніж у amega8 - можна буде більше логіки продати, але про це в другій частині).

Власне, на цьому етапі схема набуває фінального вигляду (робимо на схемі відповідні зміни – «підключаємо» ключі та кнопки на обрані піни):

Після цього вже доробляю останні з'єднання в проекті друкованої плати, накидаю полігони GND (оскільки лазерний принтер погано друкує суцільні полігони, роблю його сіточкою), додаю пару-трійку переходів (VIA) з одного шару плати на інший і перевіряю, що не залишилося жодного не розведеного ланцюга.

У мене вийшла хустка розміром 56х35мм.

Архів зі схемою та платою для Eagle версії 6.1.0 (і вище) знаходиться за посиланням .

Вуаля, можна приступати до виготовленнядрукованої плати.

Виготовлення друкованої плати

Плату роблю методом ЛУТ (Лазерно-праскова Технологія). Наприкінці посту є посилання на матеріали, які мені дуже допомогли.

Наведу для порядку основні кроки з виготовлення плати:

• Друкую на папері Lomond 130 (глянсова) нижню сторону плати.
• Друкую на такому самому папері верхню сторону плати (дзеркально!).
• Складаю отримані роздруківки зображеннями всередину і поєдную на просвіт (дуже важливо отримати максимальну точність).
• Після цього степлером скріплюю листки паперу (постійно контролюючи, щоб суміщення не було порушено) з трьох сторін – виходить конверт.
• Вирізаю відповідного розміру шматок двостороннього склотекстоліту (ножицями по металу або ножівкою).
• Склотекстоліт потрібно обробити дуже дрібною шкіркою (прибираємо окисли) та знежирити (я роблю це ацетоном).
• Отриману заготівлю (акуратно, за краї, не чіпаючи очищені поверхні) поміщаю в отриманий конверт.
• Розігріваю праску «на повну» і ретельно прасую заготівлю з двох боків.
• Залишаю плату охолонути (хвилин 5), після цього можна під струменем води відмочувати папір та видаляти його.

Після того, як здається, що весь папір видалено - витираю плату насухо і під світлом настільна лампарозглядаю щодо дефектів. Зазвичай знаходиться кілька місць, де залишилися шматочки глянсового шару паперу (виглядають як білясті цятки) - зазвичай ці залишки знаходяться у найбільш вузьких місцях між провідниками. Я видаляю їх звичайною швейною голкою (важлива тверда рука, особливо при виготовленні плат під «дрібні» корпуси).

Тонер змиваю ацетоном.

Порада: коли робите дрібні плати, зробіть заготівлю під потрібну кількість плат, просто розмістивши зображення верхньої та нижньої частини плати в кількох примірниках - і вже це «комбіноване» зображення «накатуйте» на заготівлю зі склотекстоліту. Після травлення достатньо розрізати заготівлю на окремі плати.
Тільки обов'язковоперевіряйте розміри плат при введенні на папір: деякі програми люблять "трохи" змінити масштаб зображення під час виведення, а це неприпустимо.

Контроль якості

Після цього роблю візуальний контроль (потрібне гарне освітлення та лупа). Якщо є якісь підозри, що є «залипуха» – контроль тестером «підозрілих» місць.

Для самозаспокоєння – контроль тестером всіхсусідніх провідників (зручно користуватися режимом продзвонювання, коли при короткому замиканні тестер подає звуковий сигнал).

Якщо десь виявлено непотрібний контакт - виправляю це гострим ножем. Додатково звертаю увагу на можливі «мікротріщини» (поки просто фіксую їх – виправлятиму на етапі лудіння плати).

Лудіння, свердління

Я віддаю перевагу платі перед свердлінням залудити - так м'який припій дозволяє трохи простіше свердлити і свердло на «виході» з плати менше «рве» мідні провідники.

Спочатку виготовлену друковану плату необхідно знежирити (ацетон або спирт), можна «пройтися» гумкою, щоб прибрати оксиди, що з'явилися. Після цього – покриваю плату звичайним гліцерином і далі вже паяльником (температура десь близько 300 градусів) з невеликою кількістю припою «воджу» по доріжках – припій лягає рівно та красиво (блищить). Лудити треба досить швидко, щоб доріжки не відходили.

Коли все готово – відмиваю плату із звичайним рідким милом.

Після цього вже можна свердлити плату.
З отворами діаметром більше 1мм все досить просто (просто свердлю і все - треба тільки вертикальність постаратися дотриматись, тоді вихідний отвір потрапить у відведене йому місце).

А ось з перехідними отворами (я їх роблю свердлом 0,6мм) дещо складніше – вихідний отвір, як правило, виходить трохи «рваним» і це може призводити до небажаного розриву провідника.
Тут можна порадити робити кожен отвір за два проходи: засвердлити спочатку з одного боку (але так, щоб свердло не вийшло з іншого боку плати), а потім – аналогічно з іншого боку. За такого підходу «з'єднання» отворів відбудеться в товщі плати (і невелика неспіввісність не буде проблемою).

Монтаж елементів

Спочатку розпаюються міжшарові перемички.
Там де це просто перехідні отвори – просто вставляю шматочок мідного дроту та запаюю його з двох боків.
Якщо «перехід» здійснюється через один з отворів для вивідних елементів (роз'єми, реле тощо): розпускаю багатожильний провід на тонкі жили і акуратно запаюю шматочки цієї жили з двох сторін у тих отворах, де потрібен перехід, при цьому мінімально займаючи простір всередині отвори. Це дозволяє реалізувати перехід та отвори залишаються досить вільними для того, щоб відповідні роз'єми нормально стали на свої місця та були розпаяні.

Тут знову слід повернутися до етапу «контроль якості» - продзвонюю тестером всі підозрілі раніше і отримані в ході лудіння/свердління/створення переходів нові місця.
Перевіряю, що виявлені раніше мікротріщини усунуті припоєм (або усуваю припаюючи тонкий провідник поверх тріщини, якщо після лудіння тріщина залишилася).

Усуваю всі «залипухи», якщо такі таки з'явилися у процесі лудіння. Це значно простішезробити зараз, ніж у процесі налагодження вже повністю зібраної плати.

Тепер можна розпочинати безпосередньо монтаж елементів.

Мій принцип: «знизу вгору» (спочатку розпаюю найменші компоненти, потім ті, що «вище» і ті, що «високі»). Такий підхід дозволяє з найменшими незручностями розмістити всі елементи на платі.

Таким чином спочатку розпаюються SMD-компоненти (я починаю з тих елементів, у яких «більше ніг» - МК, транзистори, діоди, резистори, конденсатори), потім справа доходить і до вивідних компонентів - роз'ємів, реле і т.п.

Таким чином отримуємо вже готову плату.

Далі буде ...

P.S.«Двоканальний» модуль можна використовувати для заміни «прохідних» вимикачів (зазвичай ставляться на початку та наприкінці сходів між поверхами тощо місцях).

P.P.S.Якщо використовувати більш плоскі кнопкові вимикачі, то при невеликій доробці можна зробити плати, які вмістяться в монтажні коробки (тобто не тільки для розміщення в нішах гіпсокартонних стін).