Водяные часы

Если вам приходится регулярно поливать растения, следя за количеством потраченной воды, вам имеет смысл задуматься о создании автоматизированной системы контроля и учёта воды (АСКУВ). Конечно, такие системы могут быть самыми разными - здесь широкий простор для творчества. Для начала предлагаем изготовить простейший вариант.

Для этого вам потребуются водяной счётчик с импульсным выходом, кварцевый часовой механизм от настенных или настольных часов с будильником, провода и кое-какие электронные компоненты. Идея в том, чтобы соединить выход счётчика с часами таким образом, чтобы они прибавляли секунду каждый раз, когда приходит импульс от счётчика. Кроме того, имеет смысл провести сигнальный провод в дом и расположить часы там, чтобы можно было следить за расходом воды, не выходя на улицу. Также полезен режим будильника, напоминающий о необходимости выключать воду.

Для нашей цели нужен кварцевый часовой механизм с дискретным (не плавным) ходом. При его использовании в АСКУВ часы будут отсчитывать «водяную секунду» на каждые 10 л расхода воды. На полный оборот стрелки, то есть «водяную минуту», будет приходиться 600 л (0,6 м³), на десять «водяных минут» - 6 м³.

В кварцевых часах имеется миниатюрный шаговый двигатель, ротор которого поворачивается на пол-оборота, когда на обмотку подаётся постоянное напряжение около 1 В. Для следующего поворота на пол-оборота необходимо приложить напряжение обратной полярности и т. д. Другими словами, кварцевые часы нормально идут, когда на их шаговый двигатель поступает переменное напряжение частотой 0,5 Гц в форме меандра, то есть периодического прямоугольного импульса со скважностью 2. Нам нужно обеспечить подобный сигнал, но с переменной частотой, определяемой расходом воды.

В водяных счётчиках с импульсным выходом устанавливают герконы - магниточувствительные приборы с контактами, которые замыкаются в присутствии магнитного поля. Внутри счётчика геркон находится рядом с цифровым барабаном, отсчитывающим литры, а в сам барабан встроен магнит. Получается так, что на один оборот «литрового» барабана (то есть на 10 л воды) приходится один отсчётный импульс.

Как и у всех механических реле, у герконов в моменты включения и выключения возникает дребезг контактов, способный наводить помехи на электронные счётчики. Поэтому мы предусмотрели схему подавления дребезга контактов, выполненную на сглаживающей RC-цепочке и триггере Шмидта (см. рис. на шаге 3). Для простоты триггер Шмидта собрали на паре инверторов КМОП-микросхемы К561ЛН2. Чтобы получить скважность 2, после триггера Шмидта мы предусмотрели делитель частоты на основе D-триггера К555ТМ2. (По идее, здесь лучше тоже применить КМОП-логику, но у нас под рукой оказалась только микросхема ТТЛ.) Сигнал с выходов триггера через буферные инверторы и токоограничительный резистор подаётся на шаговый двигатель.

Кроме изготовления несложной электронной схемы вам нужно будет провести деликатную операцию - разобрать часовой механизм, чтобы провести туда провода внешнего управления. Сняв пластмассовую крышку, которая держится на четырёх защёлках, сфотографируйте механизм. Фотоснимок поможет вам разобраться с многочисленными шестерёнками, если они вылетят и рассыплются.

На миниатюрной печатной плате внутри часов вам нужно найти места припайки проводов, которые идут к обмотке шагового двигателя. Аккуратно перережьте ножом печатные проводники между часовой микросхемой и шаговым двигателем. После этого припаяйте провода внешнего управления к контактам его обмотки. Не допускайте попадания пыли в часовой механизм. После сборки часов убедитесь, что шаговый двигатель срабатывает и все шестерёнки проворачиваются. Для этого несколько раз присоедините к проводам внешнего управления батарейку на 1,5 В, каждый раз меняя полярность.

Для питания платы АСКУВ мы применили батарейный отсек на два элемента типоразмера АА, в который вставили ионно-литиевый аккумулятор (номинальное напряжение 3,7 В) и обычную щелочную батарейку на 1,5 В. В сумме получилось напряжение 5,2 В, пригодное для питания цифровых логических микросхем ТТЛ.

В использованном нами счётчике Siemens сигналы выведены непосредственно с контактов геркона, но вам может попасться счётчик, у которого последовательно и параллельно с герконом включены резисторы. В таком случае подберите сопротивление во входной RC-цепочке схемы.

При работе будьте аккуратны, не торопитесь.

Далее следуйте инструкциям на фотографиях.