среда, 30 июня 2010 г.

Вторая жизнь детской игрушки или... Датчик уровня воды

Когда очередной потоп питьевой водой, устроенный забывчивыми домочадцами переполнил чашу моего радиолюбительского терпения, я сказал себе: ”…хватит! Нужно что-то делать”. Самым простым решением проблемы оказалось – звуковое оповещение, подаваемое датчиком уровня воды. Но покупать дополнительные компоненты, чтобы “городить” схему, не хотелось, да и дело было посреди недели. Поэтому обошелся подручными средствами, как и при изготовлении JTAG.Xilinx программатора [1]


Авторский материал из журнала "Радиолюбитель", 
2010, №6, с.22 


Если у вас есть дети, то у вас наверняка всегда в доме заваляется какая-нибудь поломанная звучащая детская игрушка. Такой игрушкой у нас оказались три разобранных до винтика детских китайских телефона. Оттуда нам понадобится лишь электронная начинка – плата и маленький динамик. Выкидывать жалко вроде было, вот и пригодилось. Ребенок собственноручно пожертвовала коробочку от киндер-игрушки для корпуса, а жена нашла скрепку для крепежа устройства.

Краткий экскурс или предпосылки выбора…

Прежде всего, в качестве входного узла – датчика, срабатывающего при попадании воды на контакты можно использовать известную классическую схему Дарлингтона. Она представляет собой соединение транзисторов по схеме (см. рисунок 2):


Рис. 2. Cоставной транзистор Дарлингтона

Данная схема будет работать как один транзистор с высоким входным импендансом, причем его коэффициент усиления будет равен произведению коэффициентов составляющих транзисторов. Особенно выгодно такое соединение для схем, работающих с большими выходными токами. В транзисторе Дарлингтона падение напряжения между базой и эмиттером в два раза больше обычного, а напряжение насыщения приблизительно равно падению напряжения на диоде (так как потенциал эмиттера транзистора VТ1 должен превышать потенциал эмиттера транзистора VТ2, на величину падения напряжения на диоде). Однако у данной схемы есть и недостаток – малое быстродействие, так как  транзистор VT1 не может быстро выключить транзистор VТ2. Но для нас это не определяющий фактор.

Кроме того, следует упомянуть и другой тип составных транзисторов – схему Шиклаи (Sziklai). Эта схема подобна рассмотренной выше (см. рисунок 3):


Рис. 3. Cоставной транзистор Шиклаи или комплементарный транзистор Дарлингтона

Данная схема также обеспечивает увеличение коэффициента и ведет себя как транзистор n-p-n типа. В схеме действует одно напряжение между базой и эмиттером, а напряжение насыщения, как и в предыдущей схеме, приблизительно равно падению напряжения на диоде.

Таким образом, уже можем определиться со схемой всего устройства датчика уровня воды (УВ). В качестве входного узла выбираем транзистор Дарлингтона. Сама схема ”озвучки” взята с детского телефона и остается без изменений. Запитана она параллельно с входным узлом. Подача сигнала управления осуществлена через оптрон, замыкающий бывшие контакты кнопок детского телефона (см. рисунок 4):

Рис. 4. Схема электрическая принципиальная датчика УВ

Как видите, схема в дополнительных комментариях не нуждается, все просто…

Теперь перейдем непосредственно к подбору комплектующих и сборке

Для работы нам понадобится следующее:
  1. Канцелярская скрепка, винт и гайка с резьбой на М2, корпус от детской игрушки – киндер-сюрприза
  2. Поломанный детский телефон, точнее плата с микроконтроллером-каплей и динамиком
  3. Две 3-х вольтовых литиевых батарейки типа CR2032 со старых материнок компьютеров и скотч
  4. Два n-p-n транзистора BD139 (КТ961 или КТ815) и BD547 (КТ3102), оптрон K817 или TLP621
  5. Резистор R1 от 100 кОм до 1 МОм, второй резистор R2 (см. схему) взят из самой платы
Конструктив

Ввиду простоты, вся схема собрана навесным монтажом прямо на вырезанной платке с микросхемой и помещено в очередной корпус от киндер – сюрприза, с предварительно оплавленными паяльником отверстиями в верхней крышке под динамик, своего рода резонатор. Получилось дешево и сердито.

В качестве первого транзистора VT1 выбран биполярный супербетта КТ3102 (BC547), в качестве второго КТ961 (BD139) с любой буквой, но можно и любой другой менее мощный, тот же BC547-й. Распиновка и назначение выводов транзисторов и оптрона показаны на рисунке 5:



 Рис. 5. Цоколевка транзисторов BC647, BD139 и оптрона TLP621 (слева-направо)

Назначение выводов микросхемы-капли в схеме соответствует полностью исходной плате с детского телефона. Плату ”озвучивания” обрезаем до границ выводов капли и зачищаем проводники от слоя лака (см. рисунок 6):

Рис. 6. Заготовка платы “китайской пищалки”

Сборка

Для изготовления крепежа устройства изгибаем “ушком” один конец канцелярской скрепки для винта (см. рисунок 7):

Рис. 7. Крепеж для датчика УВ

Литиевые батарейки CR2032 обматываем узкой полоской скотча с подложенными проводниками питания и соединяем их со схемой (см. рисунок 8):

Рис. 8. Сборка датчика УВ

После чего, установив крепеж-скрепку на крышке, собираем все устройство в единую конструкцию (см. рисунок 9):

Рис. 9. Датчик УВ в сборе. Вид сверху и сбоку

И собственно то, чего так добивались. Идем на кухню, устанваливаем девайс в рабочее положение и влючаем приток воды (см. рисунок 10):


Рис.10. ”Идут испытания...”

После чего, нам остается ждать только звукового сигнала. В дальнейших наших планах – стыковка девайса с водяным электроклапаном для автоматического отключения подачи воды, ведь как известно: “…лень – двигатель прогресса” :)

Постскриптум

В дежурном режиме потребление датчика составляет единицы микроампер, ввиду этого установка выключателя питания нецелесообразна. Было отмечено, что при свежих источниках питания некоторые “китайские пищалки” срабатывают и без дополнительного ключевого каскада, поэтому при экспериментах проверьте сий факт и возможно схема Дарлингтона не понадобится.

Справочные данные на использованные компоненты (файл uv.zip) вы можете загрузить с сайта нашего журнала (раздел ”Программы”), а также с сайта автора. Если тема представляет для вас интерес - пишите, задавайте вопросы.

Ресурсы
  1. E.Бадло, С.Бадло. JTAG.Xilinx программатор. – Радиолюбитель, 2008, №7, с.38
  2. Data Sheet. BC546; BC547. Product specification. – Philips, 1999
  3. Data Sheet. BD135; BD139. Product specification. – Fairchild Semiconductor, 2000
  4. Data Sheet. TLP621. Product specification. – Toshiba Semiconductor, 1996
Ресурсы по тематике
  1. Кондуктометрический датчик протечки (уровня воды)
  2. Работа с уровнемером ПМП-200 по протоколу "СЕНС" 
  3. Токовый компаратор 

Комментариев нет:

Отправить комментарий

В комментариях уважайте собеседника, внимательно читайте посты и не додумывайте. Просьбы и предложения из разряда: «можно ваш Skype/Viber/телефон», «напишите мне в vk/FB», а также другие им подобные — игнорируются. Выход новых версий ПО, внешняя ссылка, переставшая работать с течением времени и т.п. не является основанием для претензий. Желающие спокойно подискутировать и высказаться — Welcome. Желающие спонсировать блог — Donate. Нарушение этих простых правил ведет к бану и удалению комментариев без предупреждения.