Умывальник с бесконтактным управлением на PIC16F84A |
Во многих торговых центрах и прочих общественных учреждениях туалетные комнаты оборудованы сегодня умывальниками, подача воды в которых включается автоматически при приближении к крану рук. В предлагаемой статье автор рассказывает, как оборудовать автоматическими умывальниками ванную комнату и туалет в своей квартире и изготовить для них блоки управления.
При выборе сантехники для туалета и ванной комнаты хотелось, так сказать, "соответствовать" и установить что-то современное. Но изучение рынка этой техники показало, что цены на автоматизированные устройства подачи воды в умывальники довольно высоки и не имеют тенденции к снижению. На самом же деле в таком оборудовании ничего сложного нет. Для него существует множество всевозможных датчиков присутствия человека или его рук в определённом месте, электромагнитных водяных клапанов с различным проходным сечением и напряжением срабатывания.
Было много идей, но нужно было найти компромисс между стоимостью устройства, его надёжностью и функциональными возможностями. Были разработаны два варианта умывальника с бесконтактным включением и выключением подачи воды. Один - со стабилизированной термостатом температурой воды и возможностью подачи жидкого мыла — предназначен для установки в туалете (кстати, подобный вариант на рынке мне не встречался). Второй устанавливается в ванной комнате и имеет ручную регулировку температуры воды.
При выборе смесителей для умывальников обращалось внимание на возможность встроить в нижнюю часть их корпусов инфракрасные (ИК) датчики наличия рук. Для умывальника в туалете подходящий смеситель был найден и доработан соответствующим образом. Для умывальника в ванной комнате его подобрать не удалось, поэтому ИК-датчик был установлен в камере перелива раковины умывальника, не нарушив при этом работоспособность камеры.
Возможно, при повторении описываемых узлов придётся искать другие решения, так как существует множество различных и по конструкции, и по дизайну смесителей. Надеюсь, мой опыт поможет в решении возникающих проблем. Гидравлическая схема умывальника с бесконтактным управлением и подачей жидкого мыла изображена на рис. 1.
Горячая и холодная вода в нём смешиваются с помощью термостатического смесителя заводского изготовления. Он автоматически поддерживает заданную температуру воды на своём выходе независимо от колебаний напора холодной и горячей воды на входах.
После термостатического смесителя тёплая вода заданной температуры проходит через обычный кран, позволяющий установить напор подаваемой в умывальник струи воды, и электромагнитный клапан, управляемый рассмотренным ниже контроллером. Эти узлы (1- термостатический смеситель, 2 -кран, 3 - клапан) размещены в технологическом отсеке под раковиной умывальника, как показано на рис. 2.
Для подачи жидкого мыла приспособлен бачок стеклоомывателя автомобиля "Нива", имеющий встроенный центробежный насос с номинальным напряжением питания 12 В. Подойдут бачки стеклоомывателей и других автомобилей. Выбор таких бачков в магазинах автомобильных запчастей очень широк.
Заправлять бачок следует жидким мылом не очень густой консистенции, но лучше пользоваться недорогим однородным шампунем. Одной заправки хватает почти на год, что исключает необходимость частого обслуживания системы. Количество подаваемого при каждом включении моющего средства регулируется изменением продолжительности работы насоса. Для этого в контроллере системы предусмотрены съёмные перемычки.
Рассмотрим доработку смесителя для варианта системы с подачей жидкого мыла. Практически все современные смесители с одним рычагом управления имеют внутри так называемый "картридж". Он служит запорным элементом и может быть пластмассовым, керамическим или бронзовым. Переделка заключалась в том, что он был установлен в положение открыто (для максимальной подачи холодной и горячей воды) и оставлен в этом положении с удалённым рычагом управления. Закрыть его стало невозможно.
В один из входных штуцеров смесителя была вставлена полихлорвиниловая трубка диаметром 3,2 мм. Она прошла через камеру картриджа и выведена наружу сквозь аэратор смесителя, как показано на рис. 3. Весь объём камеры картриджа, связанной с использованным для ввода трубки входным штуцером, залит эпоксидным компаундом. Он фиксирует трубку и не позволяет смешиваться подаваемому по ней жидкому мылу с водой, подаваемой во второй штуцер.
В нижней части корпуса смесителя установлен показанный на рис. 4 ИК-датчик, по сигналам которого контроллер системы определяет наличие рук вблизи смесителя. Датчик состоит из излучающего ИК-диода 3014IRAB (1) и интегрального фотоприёмника 3, помещённых в корпус 4 (пластмассовую навинчивающуюся пробку для сосуда с жидкостью). На излучающий диод 1 надет непрозрачный экран 2, исключающий прямое попадание его излучения на фотоприёмник 3. Свободный объём внутри корпуса 4 залит эпоксидным компаундом 5. Для прохода ИК-излучения в корпусе смесителя, напротив диода 1 и фотоприёмника 3, просверлены два отверстия (рис. 5).
Умывальник для туалета имеет два режима работы. Первый - обычный. Если поместить руки в зону действия ИК-датчика, то приблизительно через секунду начинается подача воды, которая прекращается, когда руки будут убраны. Второй режим включают быстрым взмахом руки перед ИК-датчиком. О переходе в этот режим сигнализируют включившийся светодиод, который можно установить на видном месте, и один короткий звуковой сигнал. Такой вариант управления избавляет от необходимости устанавливать рядом с умывальником влагозащищённую или сенсорную кнопку и прокладывать к ней провода. Навык его использования приобретается очень быстро.
Режим остаётся включённым несколько секунд. Если в это время в зону действия ИК-датчика внести руки, то начнётся подача воды для их смачивания. Затем будет подана порция жидкого мыла и наступит пауза для намыливания рук. Далее контроллер возвратится в первый режим, и вода станет поступать только тогда, когда руки находятся в зоне действия датчика.
Переделка второго смесителя (для ванной комнаты) оказалась очень простой. Отвернув гайку фиксации картриджа, я развернул его так, что при рычаге управления, находящемся в закрытом положении, подача холодной и горячей воды полностью открыта и закрыть её уже невозможно. Но осталась возможность поворотом рычага вправо или влево регулировать пропорцию, в которой холодная вода смешивается с горячей, изменяя этим температуру воды на выходе.
Размещение оборудования в техническом отсеке этого умывальника показано на рис. 6. Здесь находятся краны 2 и 3, которыми заранее регулируют подачу холодной и горячей воды в смеситель и включённые с ними последовательно электромагнитные клапаны 1 и 4, управляемые контроллером. Подача жидкого мыла в умывальнике для ванной комнаты не предусмотрена.
Как уже было сказано, конструкция применённого в умывальнике ванной комнаты смесителя не позволила установить ИК-датчик внутри него. Поэтому этот датчик установлен внутри камеры перелива раковины умывальника, а его выводы пропущены через просверленное в задней стенке этой камеры сверлом по стеклу отверстие. ИК-излучение проходит сквозь сливное отверстие раковины. Соединительный кабель и некоторые относящиеся к датчику детали припаяны непосредственно к его выводам и, как показано на рис. 7, всё это залито эпоксидным компаундом.
В обоих вариантах умывальника можно использовать любые нормально закрытые электромагнитные водяные клапаны с напряжением открывания 12 В, подходящие по проходному сечению. Я нашёл подходящие клапаны в магазине запасных частей для стиральных машин. Они различаются в основном формой и числом входных и выходных патрубков. Я использовал самые простые - с одним входом и одним выходом (рис. 8).
Эти клапаны рассчитаны на управление переменным напряжением 220 В, поэтому их обмотки пришлось перемотать, чтобы понизить рабочее напряжение до 12 В. Сделать это оказалось несложно, так как катушки клапанов съёмные. Старые обмотки были удалены, а новые намотаны виток к витку проводом ПЭТВ диаметром 0,224 мм до полного заполнения каркаса (провод взят с катушки магнитного пускателя ПМЕ-200). Переделанный клапан уверенно открывается при 10 В, а его обмотка не перегревается. Хотя катушки электромагнитных клапанов не имеют никакого контакта с водой, для повышения надёжности я залил их эпоксидным компаундом.
Для управления обоими вариантами умывальника использованы одинаковые контроллеры, собранные по схеме, изображённой на рис. 9. Они различаются лишь программой, загруженной в микроконтроллер DD1. Программа, коды которой находятся в файле AVTO H20+S0AP.HEX, предназначена для умывальника с подачей жидкого мыла, а в файле AVTO Н2O 1 + 1 — для умывальника с раздельными клапанами подачи холодной и горячей воды. Оба файла имеются в приложении к статье. Их необходимо загрузить в память используемых микроконтроллеров (в соответствии с назначением) до установки этих микросхем на платы контроллеров.
Продолжительность подачи мыла, а следовательно, и его количество пропорциональны сумме "весов" перемычек S2, S3 и S4 (соответственно 4, 2 и 1), установленных в положение 1-2. Если все эти перемычки находятся в положении 2-3, подача мыла не происходит. В варианте для ванной комнаты этими же перемычками задают длительность задержки отключения подачи воды после удаления рук из зоны действия ИК-датчика.
В обоих вариантах программы микроконтроллера предусмотрено ограничение времени непрерывной подачи воды. Если по какой-либо причине (например, посторонний предмет в умывальнике) формируется непрерывная команда на открытие клапана продолжительностью более 40 с, то управляющее напряжение с клапана снимается, чем прекращается подача воды, и звучит прерывистый аварийный сигнал. После устранения причины блокировка автоматически снимается и нормальная работа умывальника возобновляется.
Установкой в положение 1-2 перемычки S1 запрещают формирование контроллером сигналов, открывающих клапаны подачи мыла и воды. В этом режиме подстроечным резистором R7 регулируют чувствительность ИК-датчика, контролируя его срабатывание по включению светодиода HL3.
Светодиоды HL1 и HL2 — индикаторы режима подачи жидкого мыла. Они включаются и выключаются одновременно, но один из них (HL1) располагают не на плате контроллера, а в месте, удобном для наблюдения человеком, пользующимся умывальником. В контроллере, работающем по программе AVTO Н2O 1 + 1, светодиоды HL1 и HL2 не действуют и их можно не устанавливать. Светодиод HL4 показывает, что питание контроллера включено.
Размеры изображённой на рис. 10 односторонней печатной платы контроллера (68x52 мм) выбраны исходя из её установки в корпус BOX КМ-21. Диоды VD2 и VD3 припаяны со стороны печатных проводников непосредственно к выводам зажимов колодки XT1. Ряд отверстий большого диаметра в нижней (по чертежу) части платы предназначен для прохода соединительных проводов, идущих к этой колодке.
Вывод 1 установленного в ИК-датчике фотоприёмника В1 соединяют с колодкой ХТ1 экранированным проводом. Фильтр R2C2 при невозможности установить его непосредственно у В1 располагают в любом доступном месте, но как можно ближе к фотоприёмнику.
Питается система от источника бесперебойного питания. Напряжение 12... 14 В подают на колодку XT 1 непосредственно от аккумуляторной батареи этого источника, желательно через самовосстанавливающийся предохранитель на 3 А. Можно использовать и любой другой блок питания, обеспечивающий ток нагрузки не менее 3 А. Но учитывая необходимость работы умывальника и в отсутствие сетевого напряжения, оптимально использование именно бесперебойного источника со свинцово-кислотной аккумуляторной батареей, обеспечивающей, при необходимости, в течение небольшого времени (до 5 с) большой ток нагрузки. Ведь в дежурном режиме система потребляет всего 15 мА, при срабатывании одного клапана - 315 мА, двух -615 мА, а при работе насоса жидкого мыла - до 3 А. От этого же источника можно питать аварийное светодиодное освещение в туалете и ванной комнате в случае отсутствия напряжения в сети.
Налаживание умывальников заключается в установке оптимальной зоны срабатывания ИК-датчика с помощью подстроечного резистора R7. Исходный код программы микроконтроллера на ассемблере, прошивку микроконтроллера PIC16F84A и разводку печатной платы можно скачать по этой ссылке. Автор: В. Тимощенко, г. Энергодар, Украина
Источник: Журнал Радио 2014 №12
| C этой схемой также часто просматривают: |
 Регулятор громкости с электронным управлением
Диодный переключатель телевизионных кабелей с управлением ИК-лучами
Транзисторный активный коммутатор ТВ кабелей с управлением по ИК-каналу
Луноход с микроконтроллерным управлением
Лабораторный блок питания с управлением на микроконтроллере
Цифровой программируемый таймер на микроконтроллере PIC16F628A
Устройство рисования в воздухе на ATtiny2313
USB генератор пароля в виде флешки
Управление термопечатью кассового аппарата «Меркурий 130К»
| 
