Автоматизация смывного бачка |
Предлагаемое устройство реализует автоматическое, без какого-либо ручного вмешательства, управление смывным бачком и вентиляцией в туалете.
В качестве исполнительных механизмов применены универсальные электромоторные приводы для центральных замков автомобилей, которые стоят дёшево и продаются в любом автомагазине. Внутри привода находятся электродвигатель постоянного тока, редуктор и зубчатая линейка, преобразующая вращательное движение шестерни в поступательное движение штока. Преимущество такого привода, например, перед соленоидом — большой ход штока, большое и равномерное на всём пути его перемещения усилие при обоих направлениях движения. Два привода расположены так, что воздействуют на рычаги управления смывным бачком скрытой установки GEBERIT, который помещён за дверцей в технологическом отсеке туалета (рис. 1). Большинство смывных бачков, предназначенных для такой установки, имеют сходную конструкцию органов управления и тоже могут быть оснащены электроприводами.
Датчиком присутствия человека в туалете служит пара инфракрасный излучающий диод — интегральный фотоприёмник. Они установлены в небольших отверстиях в дверце, закрытых плёнкой для тонирования стёкол автомобиля и практически незаметны. Датчик работает по принципу отражения от объекта пачек ИК-импульсов частотой 36 кГц.
Предусмотрена регулировка дальности обнаружения. Если человек находится в зоне действия датчика в течение нескольких секунд, включается светодиод и звучит короткий звуковой сигнал. В дальнейшем после нескольких секунд отсутствия человека произойдёт половинный слив воды из бачка. После небольшой паузы, нужной для предотвращения ложного смыва и наполнения бачка водой, прозвучит сдвоенный звуковой сигнал, и устройство возвратится в дежурный режим.
Если человек находится в зоне действия датчика более полутора минут, подаётся переменное напряжение 220 В на привод жалюзи вентилятора ванной комнаты и его входное отверстие закрывается. Затем звучат три коротких звуковых сигнала, включается вентилятор туалета и следует половинный слив воды. Далее наступает пауза для наполнения бачка водой, о чём сигнализирует мигание светодиода, снова проверяется наличие человека в зоне действия датчика, и при его отсутствии происходит полный слив воды. После этого выдерживается пауза для набора воды, звучат два звуковых сигнала и следует переход в ждущий режим. Вентилятор продолжает работать ещё некоторое время, а затем выключается, а жалюзи открываются.
Этот алгоритм оказался вполне удачным и практически исключает необходимость каких-либо дополнительных действий с точки зрения гигиены. Вначале многих смущало полное отсутствие органов ручного управления смывом, но быстро выяснилось, что никакой необходимости в них нет. В первых вариантах устройства был предусмотрен датчик наличия воды в бачке (сначала электродный, а затем оптический). Но в процессе эксплуатации они оказались не очень надёжными, ненужными и были исключены.
Управление электроприводами рычагов подачи воды происходит с плавным нарастанием тока, что позволило добиться их плавного и безударного нажатия. За три года эксплуатации не возникло ни одного замечания к работе механики, которая обычно является самой ненадёжной частью любой системы.
Схема электронного блока управления сливным бачком показана на рис. 2. Её можно условно разделить на две части: источник бесперебойного питания и собственно электронный блок, основой которого служит микроконтроллер PIC16F84A-04/P (DD1).
После подачи на устройство напряжения сети 220 В через резистор R4 начинает протекать зарядный ток аккумуляторной батареи GB1. Если он превысит 0,13 А (одну десятую численного значения ёмкости), напряжение на резисторе R8 достигнет 0,6 В. Открывшийся транзистор VT1 зашунтирует резисторы R2 и R6, что приведёт к уменьшению напряжения на батарее и ограничению зарядного тока на требуемом уровне. Напряжение на резисторе R4 открывает также транзистор VT2, включая этим светодиод HL3, сигнализирующий, что батарея заряжается. По мере зарядки напряжение на ней увеличивается, а зарядный ток снижается. При его значении менее 0,02 ёмкости батареи транзистор VT2 закроется, а светодиод погаснет, что свидетельствует о завершении зарядки. Более подробно принцип работы этого узла и его налаживание описаны в статье В. Пе-дяша "Зарядное устройство для герметичных кислотно-свинцовых аккумуляторов" ("Радио", 2004, № 7, с. 38, 39).
Узлы коммутации переменного напряжения на оптронах U1 и U2 и симисторах VS1 и VS2 построены по схеме из справочного листка на оптроны MOC3041. Постоянное напряжение 12 В коммутируют полевые транзисторы VT4 и VT5. Подключение затворов этих транзисторов непосредственно к выходам микроконтроллера в данном случае оказалось невозможным. Амплитуда формируемых на этих выходах управляющих сигналов недостаточна для обеспечения нужного тока в коммутируемых цепях, а мощность, рассеиваемая на не полностью открытых транзисторах, слишком велика и они сильно нагреваются.
Управляющие сигналы достаточной амплитуды удалось получить с помощью оптронов U3 и U4. Это нестандартное решение, но работает отлично. Цепи R34C12 и R35C13 служат для сглаживания импульсного напряжения с регулируемой скважностью, подаваемого на электроприводы. В отсутствие этих цепей обмотки электродвигателей издают неприятный писк.
Самовосстанавливающиеся предохранители FU3—FU5 установлены на случай пробоя выходов микроконтроллера или транзисторов VT4 и VT5. При достижении тока срабатывания они резко увеличивают своё сопротивление и этим отключают нагрузку. Процесс срабатывания занимает некоторое время, поэтому защитное отключение происходит только при более длительной, чем при нормальной работе, перегрузке.
В блоке установлены светодиоды сигнализации о срабатывании предохранителя FU1 (HL1), зарядке батареи (HL3) и наличии питания (HL4), Установив съёмную перемычку S1 в положение 2-3, можно переключиться из рабочего режима в тестовый. В этом случае все функции устройства заблокированы, а светодиод HL2, установленный вне блока, отображает только срабатывание датчика. Сигналы, подаваемые этим светодиодом и излучателем звука НА1, описаны в начале статьи.
Электронный блок собран на печатной плате размерами 105x97 мм, чертёж проводников которой изображён на рис. 3, расположение элементов — на рис. 4. Для микроконтроллера на плате установлена панель, а для подключения внешних цепей — винтовые зажимные колодки. Интегральный стабилизатор DA1 следует снабдить теплоотводом площадью не менее 9 см2. Светодиоды HL1—HL5 могут быть любыми, обеспечивающими нужный цвет и яркость свечения.
Трансформатор Т1 — BV EI 304 2043 или TL30S-120-233 с вторичным напряжением 12... 15 В и номинальным током нагрузки 0,2 А. Эти трансформаторы оснащены термопредохранителями, встроенными в первичные обмотки, что обеспечивает дополнительную пожарную безопасность. Можно применить и другой трансформатор с аналогичными параметрами, рассчитанный на круглосуточный режим работы.
Плата помещена в стандартный корпус Z46A (рис. 5). В нём же находится необслуживаемая свинцово-кислотная аккумуляторная батарея 6FM1.3(12B, 1,3 А-ч), которая обеспечивает работу устройства в отсутствие сетевого напряжения и служит, кроме того, источником кратковременного большого тока при работе электроприводов. Корпус закреплён на дверце, закрывающей отсек, в котором находится сливной бачок.
ИК-фотоприёмник В1 и излучающий ИК-диод VD3 вынесены из блока и расположены над открытой крышкой унитаза. Они скрыты в отверстиях в кафеле, которым облицована снаружи упомянутая выше дверца (рис. 6). Расстояние между ними должно быть в пределах 30...60 мм. Излучающий ИК-диод 3014IRAB можно заменить другим, например, извлечённым из пульта ДУ телевизора. Фотоприёмник соединён с электронным блоком экранированным проводом. Конденсатор С9 припаян непосредственно к выводам фотоприёмника, к одному из выводов которого припаян и резистор R17. На той же дверце установлен светодиод HL2.
Необходимо учитывать, что между излучающим диодом и фотоприёмником в отсутствие отражённого сигнала не должно быть никакой оптической связи. Для этого их следует немного утопить в кафель, а обратную сторону отверстия в дверце покрыть чёрным лаком или заклеить непрозрачным материалом. Для визуального контроля наличия ИК-излучения можно применить любой чёрно-белый видеоглазок или видеокамеру для съёмки в ночное время, предварительно заклеив инфракрасную подсветку.
В устройстве имеются два выхода напряжения 220 В — к одному подключают двигатель вентилятора туалета, к другому — привод жалюзи вентилятора ванной комнаты. Как правило, эти вентиляторы находятся в общем вентиляционном коробе. Имеющиеся в настоящее время на рынке вентиляторы с автоматическими жалюзи оснащены их приводом, работающим за счёт изгиба биметаллической пластины при её разогреве электронагревателем. Поэтому закрывание жалюзи происходит с некоторым запаздыванием. Во избежание перетока воздуха из туалета в ванную комнату напряжение на привод жалюзи подаётся раньше, чем включается вентилятор туалета.
Привод жалюзи необходимо доработать (перевернуть на 180 град.), чтобы жалюзи в отсутствие напряжения были открыты и закрывались при его подаче. Механический узел сочленения приводов и органов управления бачка оказался очень простым и надёжным. Использованы тяги и фиксаторы, поставляемые в комплекте с приводами.
Различные бачки по-разному реагируют на воздействия на рычаги управления. Поэтому разработаны три варианта программы микроконтроллера DD1:
- AUTOSMIV1 — половинный слив одновременным нажатием на два рычага, полный слив нажатием на один рычаг;
- AUTOSMIV2 — половинный слив нажатием на один рычаг, полный слив одновременным нажатием на два рычага;
- AUTOSMIV3 — половинный слив нажатием на один из рычагов, полный смыв нажатием на другой рычаг. Нужно сказать, что на практике этот вариант мне не встречался.
Зная алгоритм работы рычагов бачка, можно выбрать необходимую программу заранее и загрузить её в микроконтроллер. Конфигурация микроконтроллера указана в загрузочном файле и никаких дополнительных операций по её установке не требуется. Если в процессе налаживания выявится несоответствие алгоритмов работы программы и бачка, микроконтроллер придётся перепрограммировать. Полярность подключения приводов к блоку управления, обеспечивающую правильное направление движения их штоков, определяют экспериментально.
Приступая к налаживанию устройства, перемычку S1 нужно установить в положение 2-3. Затем при отключённой аккумуляторной батарее GB1 подать на блок сетевое напряжение 220 В и подстроечным резистором R6 установить на зажимах для подключения аккумуляторной батареи напряжение 13,8 В. После этого можно присоединить батарею. Если она сильно разряжена, необходимо её подзарядить в течение нескольких часов.
Далее следует подстроечным резистором R18 отрегулировать зону обнаружения человека ИК-датчиком. Он должен срабатывать, когда человек находится вблизи унитаза, но не реагировать, например, на открывание и закрывание двери. После этого переносят перемычку S1 в положение 1-2 и опытным путём определяют порядок и полярность подключения приводов к электронному блоку.
Исходный код программы, пришивка микроконтроллера PIC16F84A и разводка печатной платы доступны по этой ссылке. Автор: В. ТИМОЩЕНКО, г. Энергодар, Украина
Источник: Журнал Радио 2014 №10
| C этой схемой также часто просматривают: |
 Подключение энкодера к микроконтроллеру PIC
USB измеритель LC на микроконтроллере
Электронный строительный уровень
Тестер UTP из 10 деталей со знакосинтезирующим ЖКИ
| 
