Если раньше в трубопроводах в основном использовались только вентильные краны, то сейчас все чаще их заменяют на шаровые. Они бывают запорными и регулировочными. Кран с электроприводом позволяет управлять потоком передаваемых по трубопроводу жидкостей или газов автоматически и дистанционно, без применения физической силы.
Шаровой кран с электроприводом — современное решение при монтаже коммуникаций.
Что такое шаровой кран с электроприводом
Чаще всего этот кран делают из латунного сплава, поэтому он прочный и долговечный. Наличие электропривода позволяет упростить процесс управления. Такие конструкции чаще применяются как управляющее звено при включении бытовых приборов (бойлера, котла, насоса, реле вентилятора и т.д.). С их помощью удается автоматически регулировать подачу питьевой воды и жидкости в системе отопления, охлаждения дома, квартиры. При помощи комнатного термостата можно запрограммировать время включения и отключения необходимых устройств.
Большой выбор шаровых вентилей с электроприводом и без, разных клапанов и другого сантехнического оборудования всегда есть в интернет-магазине «КВАНТА +» г. Тюмень.
Конструкция шарового крана
Это устройство прочное и надежное. Внутри его корпуса находится деталь шарообразной формы с выполненной в ней прорезью. С помощью рукояти, которая управляется вручную или электроприводом, внутренняя часть проворачивается на 90°. В зависимости от ее положения происходит открытие или закрытие трубопровода.
Конструкции шаровых кранов.
Электропривод, используемый для управления этим элементом, состоит из таких деталей, как:
- корпус и крышка с уплотнительным кольцом;
- вентиль, насаженный на ось с сальником;
- пластиковый зубчатый сектор;
- стальная выходная шестерня редуктора;
- небольшой электродвигатель;
- управляющая плата.
Как работает оборудование
На корпусе отдельных моделей электропривода есть кнопка, при нажатии на которую управлять работой крана можно вручную. Это удобно, когда в доме пропало электричество и нет источника альтернативного питания.
Работой крана можно управлять вручную.
Принцип работы устройства следующий: при подаче электрического сигнала на двигатель он запускается, и за счет движения редуктора задвижка открывается или закрывается. Положение определяют концевые выключатели. При установке специальных датчиков, в случае протечек в системах отопления или водоснабжения сигнал поступает на привод и происходит их блокировка.
Назначение шаровых кранов
Благодаря своей конструкции шаровой запорный элемент позволяет плавно включать и отключать подачу транспортируемой по трубопроводу среды. Это исключает такое явление, как гидроудар, поэтому удобно и безопасно. Некоторые модели электрических приводов позволяют управлять ими на расстоянии, но в то же время при необходимости их можно включать / выключать вручную.
Такая конструкция широко применяется в разных системах подачи жидкостей или газов. Ее активно используют в быту, пищевой, перерабатывающей и других отраслях промышленности.
В зависимости от поставленных задач подбирают вид арматуры, отличающейся материалом, конструкцией, надежностью, стоимостью.
Технические характеристики
В зависимости от модели электропривода для крана, его технические характеристики будут разными.
В быту чаще используют оборудование с такими показателями:
- материал: латунь, АБС-пластик;
- рабочее давление: до 32 бар;
- размер: DN15, DN20, DN25, DN32, DN40;
- температура перекачиваемой среды: -10…+100°С;
- время открывания/закрывания: 12-30 секунд;
- питание: 220 V 50 Hz;
- управление: ручное или электродвигателем;
- температура окружающего воздуха: -10…50°С;
- потребляемая мощность: от 5 до 9 Вт;
- класс защиты: IP 44 — IP 54;
- срок службы: 100 000 раз.
В зависимости от модели меняются характеристики.
Возможности применения
Шаровой кран с электроприводом активно используется в быту и на многих промышленных предприятиях.
Это объясняется широкими возможностями такой конструкции. Среди них:
- удаленный контроль за открыванием / закрыванием трубопровода;
- управление термостатом, что позволяет устанавливать его в систему «умного дома»;
- быстрая блокировка системы в случае протечек жидкости;
- управление работой нескольких устройств: насоса, бойлера, котла.
Из чего состоит система
Итак, с принципом работы системы мы ознакомились. Теперь подробней рассмотрим особенности элементов, из которых она состоит.
Кран с электроприводом
Данное устройство представляет собой запорную арматуру в виде шарового крана с электроприводом. Отличие от механического шарового крана заключается лишь в том, что положение запорного элемента регулируется не рычагом, а электромоторчиком.
Совет! Установить шаровый кран с электроприводом своими руками довольно сложно, так его соединение осуществляется через распаечную коробку силовым кабелем ПВС3х0,5. Поэтому данную работу лучше доверить специалисту.
Для герметизации соединения запорного механизма с электроприводом в комплекте к устройству имеются уплотнительные кольца. Как правило, их выполняют из сплавов, устойчивых к износу и загрязнению. Сам же запирающий шаровый элемент обычно выполнен из нержавеющей стали и отличается хорошей долговечностью.
Электроприводной кран от отечественного производителя
Для изготовления корпуса устройства могут использоваться следующие материалы:
- Чугун;
- Бронза;
- Нержавеющая сталь или другие сплавы металлов.
Следует отметить, что электроприводы могут быть рассчитаны на разное напряжение, чаще всего для рассматриваемых целей применяются шаровые краны с электроприводом 24v DC и 12V DC.
Как правило, устанавливают электропривод на шаровой кран 1 — 2 дюйма, 1 дюйм и ¾ дюйма диаметром. Зачастую устройства могут не только перекрывать поток воды, но и подавать звуковой или световой сигнал.
Совет! Перед шаровыми кранами желательно использовать фильтры очистки воды. В таком случае срок их эксплуатации будет увеличен.
Ниже приведем другие характеристики, которыми обладают шаровые краны с электроприводом для дома:
| Потребляемая мощность | 7 Вт в момент закрывания |
| Время до полного закрывания | 5-7 сек. |
| Диапазон рабочей температуры | -10+50 градусов по Цельсию |
| Максимальная температура жидкости | +90 градусов по Цельсию |
Совет! Рассматриваемые краны могут применяться не только в системах водопровода, но и отопления. Причем, трехходовой кран с электроприводом для отопления позволяет не только перекрывать поток теплоносителя, но и перенаправлять его, к примеру, с радиатора на байпас.
Трехходовой шаровой кран с электроприводом от зарубежного производителя
Датчик утечки воды
Монтируется в местах, где больше всего имеется вероятность протечки:
- Возле стиральных машин;
- Ванн;
- Возле раковин;
- Душевых кабин и пр.
Как уже было сказано выше, при попадании воды на датчик, он посылает сигнал контроллеру. Эти устройства обязательно подключаются к безопасному источнику питания, чтобы при случайном касании пластин не получить удар током.
Обратите внимание! Производители рекомендуют раз в три месяца протирать пластины устройства влажной губкой. Данная операция выполняется в качестве профилактики и для проверки работоспособности системы.
В продаже можно встретить датчики как зарубежных, так и отечественных производителей. Цена последних ниже, при этом качество не уступает зарубежным аналогам.
Контроллер
Данное устройство выполняет несколько функций:
- Обрабатывает сигнал, поступающий от датчиков;
- Подает напряжение на электропривод шарового крана;
- Обеспечивает питание датчиков;
- Обеспечивает звуковое и световое оповещение.
Контроллер может располагаться в любом доступном месте, где на него не может попасть вода. Количество элементов в системе может быть разным, в зависимости от особенностей ее установки.
Схема системы защиты от затопления
Разновидности кранов с электроприводом
Разные модели таких изделий будут отличаться между собой следующими показателями:
- напряжением питания: 12 или 220 В;
- типом привода: Professional, Ultimate, Winner, Special Edition (он зависит от диаметра трубопровода);
- материалом: латунь или нержавеющая сталь;
- производителем;
- принципом действия (прямой, с реверсом или с управляемым углом закрытия);
- формой (двух- или трехходовой).
Двух и трехходовые
Двухходовой шаровой вентиль — основной запорный элемент, который предназначен для полного открытия или перекрытия системы.
Двухходовой шаровой вентиль предназначен для полного перекрытия системы.
Он используется в таких средах, как:
- холодная и горячая вода;
- газ;
- нефтепродукты;
- эфиры;
- паровоздушные смеси;
- спирт и т.д.
Открывают его только на полный ход, делая это плавно и без рывков.
На вибрирующие трубопроводы в качестве регулирующего или дроссельного элемента такую конструкцию монтировать нельзя.
Трехходовой кран — тройник с запорным механизмом. Его устанавливают при необходимости смешивания потоков транспортируемой по системе среды. По принципу работы он похож на кухонный смеситель, но здесь смешанные компоненты выводятся не наружу, а направляются в одну из веток магистрали. Также он применяется для разделения потока передаваемой среды и направления его в разные контуры. По назначению трехходовые запорные элементы делятся на смесительные и разделительные.
Открытые и закрытые
По степени проходимости существует следующая классификация:
- Открытые или полнопроходные. Они обеспечивают прохождение от 80% до 99% жидкости или газа. Здесь диаметры отверстия крана и трубопровода практически равны. Это позволяет снизить коэффициент гидравлического сопротивления, поэтому потеря напора минимальная. Стоимость таких конструкций выше, чем неполнопроходных. Чаще их устанавливают при наличии в системе очистительного или диагностического оборудования.
- Закрытые или неполнопроходные. Они пропускают от 50% до 80% перекачиваемой среды. Здесь диаметр проходного отверстия меньше, чем аналогичный размер трубопровода. Это приводит к повышению коэффициента гидравлического сопротивления. Используют такие краны, когда небольшое снижение напора не имеет значения. Чаще их устанавливают при подключении бытовой техники и сантехники. Такие краны дешевле, т.к. в них используется меньше металла. Они помогают быстро перекрывать рабочую среду, при этом вероятность гидроудара минимальная.
Достоинства системы с электроприводом
Среди преимуществ надо отметить то, что монтаж такой конструкции выполняется просто и быстро. Наличие ручного дублера помогает управлять системой в случае отсутствия электричества.
Кран с электроприводом имеет удобное управление.
Кроме того, такой кран имеет следующие преимущества:
- экономичность (в режиме ожидания он потребляет около 3 Вт, а в рабочем — до 12 Вт);
- компактность;
- удобное управление;
- монтаж на арматуру, имеющую разный условный проход;
- при необходимости ремонта возможность снять привод (это не повлияет на работоспособность системы);
- стабильную скорость и высокую точность работы;
- высокий КПД (по сравнению с другими типами приводов);
- практическую бесшумность.
Принцип работы
На сегодняшний день существует два типа датчиков:
- Проводные приборы, которые соединяются с контроллером при помощи проводов;
- Беспроводные – посылают на контроллер радиосигнал.
В любом случае, схема работы системы следующая:
- При погружении датчика в воду, его полюса замыкаются, в результате чего прибор подает сигнал контроллеру.
- Далее контроллер передает электрический импульс на водяной кран с электроприводом, который перекрывает подачу воды.
На закрытие крана после срабатывания датчика уходит не более пятнадцати секунд. Чтобы возобновить подачу воду, нужно нажать на специальную кнопку, расположенную на корпусе электропривода. Грамотно установленная система гарантирует защиту от внезапной протечки водопровода или системы отопления.
Основные элементы системы защиты от затопления
Недостатки шаровых кранов с приводом
Хотя такое решение имеет много достоинств, надо знать и о его недостатках:
- более высокой стоимости, чем у изделия без привода;
- необходимости подключения к электросети, а для обеспечения бесперебойной работы — наличии резервного источника питания;
- потребности в специальных знаниях (хотя устройство обслуживают редко);
- затратах на электроэнергию (в связи с малой потребляемой мощностью они минимальны, поэтому несильно влияют на общие расходы).
Шаровые краны с приводом имеют более высокую стоимость.
Применение
В первую очередь надо сказать, что электропривод лишь меняет положение запорного механизма. Управление же данным устройством осуществляют термостаты, термостатические таймеры или другие устройства, которые посылают электрический ток на электромотор механизма.
В качестве примера рассмотрим работу данного устройства в системе защиты от затопления, которая может применяться как для водоснабжения, так и отопления.
Итак, помимо запорной арматуры, она в себя включает:
- Датчики протечки.
- Контроллер.
На фото — элементы системы защиты от затопления
Работает подобная система следующим образом:
- Датчики располагаются в местах, где имеется наибольшая вероятность скопления воды в случае затопления. Принцип работы данного устройства основан на том, что вода замыкает два контакта, в результате чего отправляется импульс на контроллер.
- Контроллер после получения сигнала с датчика посылает электрический ток на электромотор.
- Электрический привод в свою очередь перекрывает вентиль и тем самым блокирует водоснабжение. Включить подачу воды после этого можно самостоятельно, нажав кнопку на корпусе привода.
По данному принципу работают и другие системы с использованием запорной арматуры с приводом.
Обратите внимание! Кран с приводом в системах защиты от затопления, устанавливается после запорной арматуры, перекрывающей воду на входе в дом или квартиру. Использовать устройство вместо механических вентилей запрещено.
Вот, пожалуй, и все основные особенности запорной арматуры с приводом.
Управление шаровым краном по Wi-Fi
Такая система управления состоит из:
- шарового запорного элемента с электроприводом;
- датчиков;
- командного модуля.
В местах вероятных протечек (радиаторах отопления, душевой кабинке, ванне, стиральной машине и т.д.) устанавливают специальные датчики.
При попадании воды они подают сигнал на командный модуль, и он включает подачу электричества на привод. Кран перекрывает систему до приезда ремонтной бригады.
Через встроенный Wi-Fi-модуль оборудование подключается к системе «умный дом», поэтому контролировать водоснабжение и управлять им, отоплением можно по телефону, находясь в любом месте.
Область применения
Сложные технологические цепочки в некоторых отраслях промышленности требуют полного контроля над происходящими процессами. Экспериментальным путем были выработаны приемы, способы управления движениями жидкостей еще до начала массового производства подобных изделий. Первые образцы делались в единичных, порой эксклюзивных исполнениях. Накопленный опыт лег в основу серийного производства, поскольку эффективность применения была высочайшей. Выгодно это стало сразу по нескольким причинам:
- Экономическая целесообразность. Высокая цена изделий полностью оправдывается существенным снижением расходов на обслуживание;
- Эффективность управления. Обычные маршруты инженерных коммуникаций со сложной конфигурацией требуют высокой квалификации обслуживающего персонала, где цена ошибки может быть высока. Автоматическая система управления, особенно в автоматическом режиме полностью исключает человеческий фактор;
- Снижение трудоемкости. Системы, где используется электропривод, не нуждаются в физической энергии человека. Кран и другая запорная арматура может управляться дистанционно.
Сегодня кран, использующий электрический привод можно встретить не только на производстве, но и в бытовых сетях. Коммунальные службы в целях снижения расходов на обслуживание и повешение эффективности своей деятельности активно интересуются, а многие уже используют подобную продукцию на практике.
Установка электроприводного водопроводного крана
Практически любой мужчина справится с установкой такого устройства с электроприводом.
Работа выполняется следующим образом:
- Составление схемы.
- Разметка мест для установки запорного элемента, датчиков, контроллеров.
- Прокладывание электропроводки.
- Врезка крана. Делают это на вводе трубы, после рунного вентиля. Использовать такой элемент вместо входной запорной арматуры нельзя.
- Монтаж датчиков. Их врезают в напольное покрытие в местах вероятных протечек (при этом контактные пластины должны быть приподняты на несколько миллиметров), укладывают на пол, повернув датчик ими вниз.
- Установка контроллеров. Питание от силового щита подают согласно схеме. Монтажную коробку фиксируют в углублении, выполненном в стене. Устанавливают контроллер и по схеме подключают все провода.
Установка водопроводного крана включает монтаж.
Если система исправна, на приборе горит зеленый диод.
При появлении протечек загорается красная лампа, издается звуковой сигнал и перекрывается кран подачи воды.
Можно ли самостоятельно изготовить привод
Если есть некоторые навыки, то сделать электропривод для шарового крана можно своими руками. Обязательно надо предусмотреть ручное управление.
Работу выполняют в следующем порядке:
- Создание станины. Для этого используют тонкую жесть.
- Фиксация электромотора. Подойдет двигатель от автомобильного стеклоподъемника.
- Крепление станины к трубе. Делают это с помощью хомутов.
- Установка передающего механизма. Его можно купить или сделать самому.
- Монтаж концевиков и микриков.
- Фиксация готового устройства на ручке крана.
- Подключение питания и проверка работоспособности системы.
Вывод
Приводы для шаровых кранов позволяют не только управлять ими дистанционно, но и использовать их в системах автоматического управления потоками. В частности, большой популярностью в последнее время пользуются системы защиты жилья от затопления. Поэтому их можно назвать перспективным изобретением (см.также статью «Радиаторный кран – все, что нужно знать о данной запорной и регулировочной арматуре»).
Из видео в этой статье можно получить дополнительную некоторую информацию по обозначенной теме.
Понравилась статья? Подписывайтесь на наш канал Яндекс.Дзен
Советы по эксплуатации крана с электрическим запором
В процессе эксплуатации такой кран практически не требует ухода. Чтобы он работал долго и без поломок, приобретают продукцию надежных производителей. Конструкция должна быть прочной и качественной. При выборе запорного устройства учитывают особенности его работы, данные о физических и химических параметрах перекачиваемой среды. Обращают внимание на материал корпуса, а также на качество уплотнительных элементов.
Нельзя оставлять такой запорный кран в полуоткрытом положении, т.к. это приводит к быстрому выходу его из строя. Он должен быть полностью открыт или закрыт.
Лучшие производители и особенности их продукции
Есть несколько популярных компаний, выпускающих шаровые краны.
«Искандер АрмаФит»
Компания производит разные варианты такой продукции, но все они имеют ручной дублер, что позволяет отключать подачу при отсутствии электричества. Есть краны из стали, латуни и других материалов. Некоторые модели имеют пластиковый корпус, поэтому не подвергаются коррозии.
Итальянская компания Bugatti
Большое внимание она уделяет не конструкции крана, т.к. та практически универсальна, а материалам, из которого его производят. Используют сплав латуни и свинца, что позволяет получать высокую прочность и антикоррозионную устойчивость, но при этом сохранять экологическую безопасность. Для создания седла на Bugatti используют 3 фторопластовые прокладки, которые обеспечивают плавность и легкость поворота шара, высокую герметичность.
«Ситалл»
Даже в случае интенсивного использования такие конструкции работают до 15 и более лет. Есть разные типы соединения — сварные, фланцевые, резьбовые, что позволяет использовать продукцию «Ситалла» в бытовых и промышленных сферах. Корпуса делают из оцинкованной стали, поэтому они имеют низкую стоимость и высокую устойчивость к коррозии. Компания производит запорные и регулирующие шаровые элементы.
Фирма Zonafar
Знаменитая компания, выпускающая качественную и надежную продукцию. Используемые на производстве материалы (никелированная латунь и дополнительное покрытие), обеспечивают высокую антикоррозионную устойчивость данной продукции. В режиме ожидания устройства не потребляют энергии, а в рабочем состоянии требуют всего 4,5 Вт. Если пропало электричество, то кран фиксируют в том положении, в котором он находился на указанный момент. Есть возможность ручного управления.
Использование в доме шаровых кранов с электроприводом и датчиками протечек позволяет при возникновении непредвиденных ситуаций надежно защитить все находящееся в здании от потопа. Купить данные товары можно в интернет-магазине «КВАНТА +».
ОБОРУДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ
Приступим к разработке первого устройства системы ”Умный дом” контроллера водоснабжения.
Предыдущая глава Список статей Следующая глава
Контроллер водоснабжения устанавливается в месте ввода в дом или квартиру водопроводной трубы. В трубу врезается моторизированный шаровый кран и, по необходимости, датчики протечки, давления и расхода воды.
Устройство выполняет следующие функции:
- открывает и закрывает вводной кран по требованию центрального контроллера;
- контролирует состояние датчиков протечки и перекрывает воду в случае аварии;
- периодически закрывает и открывает кран для предотвращения его ”закисания”;
- индицирует состояние крана и датчиков протечек;
- передает на центральный контроллер: состояние крана и датчиков протечек;
- расход воды;
- давление воды;
- состояние датчиков охраны;
- напряжение линии питания.
Для выполнения всех этих задач необходимо подключить к контроллеру:
- моторизированный шаровый кран;
- датчик давления воды;
- датчик расхода (потока) воды;
- датчик протечки;
- светодиоды и кнопки для индикации и управления в автономном режиме;
- стандартный шлейф для подключения датчиков охраны;
- неплохо было бы иметь возможность подключения дополнительных датчиков.
Все эти компоненты системы необходимо как-то подключить к плате Ардуино. Контроллер водоснабжения собственно и состоит из платы Arduino Nano и схемы согласования его с внешними устройствами.
Давайте разработаем для каждого элемента системы схему подключения к плате Ардуино, и только затем будем создавать функциональную и принципиальную схемы контроллера. Сейчас мы просто не представляем, какие управляющие сигналы необходимы.
Управление шаровым краном с электроприводом.
Сложнее всего управлять краном. На Али Экспресс есть недорогие моторизированные латунные краны трех вариантов:
- CR01 – двигатель с двумя выводами, без датчиков;
- CR02 — двигатель с тремя выводами, без датчиков;
- CR05 – двигатель с двумя выводами, с датчиками крайних положений.
Михаил выбрал моторизированный шаровый кран с датчиками крайних положений. На Али Экспресс кран маркируется CR05.
С точки зрения электрики кран представляет собой двигатель постоянного тока и два датчика крайних положений с общим проводом.
Если подать на двигатель напряжение одной полярности, то кран открывается. Напряжение другой полярности – закрывает кран. Датчики ОТКРЫТ и ЗАКРЫТ, при достижении краном крайних положений, замыкают соответствующие выводы устройства на общий провод.
Краны бывают с управляющим напряжением 5 и 12 В. Михаил выбрал вариант с питанием 12 В.
Еще из электрических параметров нас интересует ток потребления двигателя – 100 мА.
Для управления краном будем использовать 2 электромагнитных реле. Это самый простой вариант.
У схемы 4 состояния:
- Оба реле в неактивном состоянии (как на рисунке) – двигатель выключен, напряжение на нем равно 0.
- Сработало левое реле – на двигателе напряжение положительной полярности, кран открывается.
- Сработало правое реле – на двигателе напряжение отрицательной полярности, кран закрывается.
- Оба реле сработали – двигатель выключен, на обмотке нет напряжения. Это состояние не рабочее, но безопасное.
В качестве реле будем использовать модуль из двух реле с оптоизолированным управлением.
Вот схема одного канала модуля.
Реле срабатывает при замыкании входа In1 на землю.
В качестве электромагнитного реле в модуле используются устройства типа SRD-05VDC-SL-C.
Это реле и определяет выходные параметры модуля:
- Рабочие ток и напряжение коммутации: для активной нагрузки (cosϕ=1): 10 А 28 В постоянного тока;
- 10 А 240 В переменного тока.
- 5 А 28 В постоянного тока;
- 110 В постоянного тока;
Для нас более чем достаточно. Мы собираемся коммутировать напряжение 12 В и ток 100 мА.
Для управления двигателем крана нам необходимы 2 сигнала ОТКРЫТЬ (включает левое реле) и ЗАКРЫТЬ (включает правое реле).
Останавливать двигатель крана мы должны по срабатыванию датчиков крайних положений. Значит необходимо подключить к микроконтроллеру датчики.
В случае если микроконтроллер вовремя не остановит двигатель, например, при отладке программы, то произойдет катастрофа. Кран сломается. Поэтому, неплохо было бы сделать аппаратную блокировку двигателя при срабатывании датчиков крайних положений крана.
Еще одна защита от поломки крана – контроль тока двигателя. Когда кран упирается в крайние положения, ток, потребляемый двигателем, резко повышается. Если контролировать ток, то можно вовремя отключить реле и спасти кран. Насколько эффективна будет эта защита – не знаю. Повышение тока происходит также в момент пуска двигателя или его закисания. Поэтому необходимо сделать задержку срабатывания защиты на повышения тока. Как это скажется на эффективности защиты – пока неясно. Но такая защита позволяет предотвратить поломку крана даже при обрыве проводов подключения к датчикам крайних положений. Если она будет работать эффективно, то можно будет отказаться от аппаратной блокировки сигналов управления реле. Поэтому давайте сделаем контроль тока, а потом проверим и решим, как его использовать.
Для управления краном в автономном режиме (на месте установки) необходимо добавить 2 кнопки ОТКРЫТЬ и ЗАКРЫТЬ.
Кран открывается и закрывается довольно долго (8 секунд). Давайте добавим светодиод, который будет индицировать состояние крана:
- открыт – светится;
- открывается – мигает часто;
- закрывается – мигает редко.
Все вышеописанные функции реализует эта схема. К сожалению, модуль реле управляется не совсем удачно для этой задачи, поэтому блокировку удалось сделать только с помощью дополнительных транзисторов. Может, кто-то создаст более простую схему.
Микроконтроллер управляет модулем реле через транзисторные ключи VT1 и VT2. При срабатывании датчика крана, через диод VD1 или VD2 на землю замыкается база соответствующего транзистора, и работа двигателя останавливается даже при активном сигнале управления.
Аноды диодов VD1 и VD2 можно подключить к нижним выводам резисторов 1 кОм модуля реле. В этом случае можно отказаться от элементов VT1, VT2, R1 и R2. Модулем реле можно управлять непосредственно от выводов платы Ардуино. Схема упрощается, но надо припаиваться к внутренним точкам платы модуля. В этом случае реле включаются низким уровнем на выводах платы Ардуино.
В качестве датчика тока используется резистор R8. При выбранном сопротивлении (1 Ом) рабочему току двигателя 100 мА соответствует напряжение 0,1 В. Высокая точность измерения нам не нужна, зато падение напряжения на датчике будет небольшим. Фильтр R9 С1 необходим для увеличения помехозащищенности измерителя тока и сглаживания пульсаций – последствий коммутаций обмоток ротора.
Кнопки, датчики крана подключаем с подтягивающими резисторами 2 кОм.
Датчик давления воды.
Михаил выбрал датчик давления USP-G41-1.2, который на Али Экспресс обозначается “Ultisolar Pressure Sensor Transmitter DC 5V G1/4 0-1.2 MPa / 0-174 PSI For Water Gas Oil”.
Датчик преобразует давление жидкости в выходное напряжение с линейной зависимостью:
- давлению 0 соответствует напряжение 0,5 В;
- давлению 1,2 мПа соответствует напряжение 4,5 В.
Продавец датчика давления USP-G41-1.2 заявляет следующие параметры.
| Параметр | Значение |
| Напряжение питания | 5 В |
| Выходное напряжение | 0,5 … 4,5 В |
| Ток потребления | не более 10 мА |
| Рабочий диапазон давления | 0 … 1,2 мПа |
| Максимально допустимое давление | 2,4 мПа |
| Предельное давление на механическое разрушение | 3 мПа |
| Рабочий диапазон температур | 0 … 85 C° |
| Погрешность измерения | ± 1,5 % полного диапазона преобразования |
| Температурная погрешность | ± 3,5 % полного диапазона преобразования |
| Время реакции | не более 2 мс |
Подключается датчик через трех контактный разъем.
Датчик имеет стандартный аналоговый интерфейс 5 В. Т.е. выходным параметром является напряжение с верхним значением 5 В. На такое напряжение рассчитаны аналоговые входы платы Ардуино. Подключим датчик через RC фильтр.
Постоянная времени RC цепи 10 мс. Конечно, мы сделаем еще цифровую фильтрацию измеряемого напряжения.
Датчик расхода воды.
Выбор пал на датчик расхода воды YF-B6.
На последнем рисунке видно, что в кране установлена крыльчатка, которая вращается потоком воды. Чем интенсивнее поток, тем быстрее вращается крыльчатка. На ее валу установлен постоянный магнит, на корпусе – датчик Холла. Таким образом, скорость вращения крыльчатки, а значит и расход воды, преобразуется в частоту выходных импульсов датчика.
Для определения расхода воды нам придется подсчитывать количество импульсов. Чтобы узнать интенсивность потока воды – будем измерять период выходных импульсов.
Продавец датчика расхода воды YF-B6 заявляет следующие параметры.
| Параметр | Значение |
| Скорость потока | 1 … 30 литров/минута |
| Частота выходных импульсов | F = 6,6 * Q ± 5%, где Q – поток литров/минута F = 11 * Q (по другим данным) |
| Напряжение питания | 3 … 24 В 5 … 15 В (по другим данным) |
| Потребляемый ток | 15 мА |
| Предельно-допустимое давление | 1,5 мПа 1,75 мПа (по другим данным) |
| Рабочая температура | -40 … +80 C° |
| Скважность выходных импульсов | 50 % ± 10 % |
| Напряжение высокого уровня выходного сигнала (питание 5 В) | не менее 4,7 В |
| Напряжение низкого уровня выходного сигнала | не более 0,5 В |
При питании устройства напряжением 5 В, выходной сигнал датчика – это логический сигнал с КМОП уровнями (0 … 5 В). Поэтому подключим датчик к дискретному входу платы Ардуино. Может, появится необходимость использовать датчик другого типа. А подобные устройства часто делают с выходом типа ”открытый коллектор”. Поэтому добавим подтягивающий резистор и подключим датчик как кнопку.
Подключается датчик через разъем XH2.5-3P.
| Контакт | Цвет провода | Сигнал | Назначение |
| 1 | Красный | Vdd | Питание |
| 2 | Черный | Vout | Выход |
| 3 | Желтый | GND | Общий |
Датчик протечки воды.
С этим датчиком не совсем все ясно. Пока Михаил планирует поставить вот такое устройство.
В моем партнерском магазине такие датчики продаются всего по 30 руб.
Там они названы — датчики уровня воды. Выходной аналоговый сигнал пропорционален глубине погружения рабочей поверхности датчика. Если его расположить горизонтально, то есть надежда, что устройство определит, что пол в помещении покрывается водой.
Характеристики датчика уровня воды.
| Параметр | Значение |
| Напряжение питания | 3 … 5 В |
| Потребляемый ток | не более 20 мА |
| Выходной сигнал (эмпирические данные) | 2 В – контакт с водой; 3,2 В – полное погружение рабочей поверхности |
| Рабочая температура | 10 … 30 C° |
| Влажность окружающей среды | 10 … 90 % без конденсата |
| Габариты | 62 x 20 x 8 мм |
Подключим устройство к аналоговому входу контроллера, подобно датчику давления.
Стандартный охранный шлейф.
Такой способ подключения охранных извещателей подробно описан в уроке 17. Возьмем его схему без изменений.
Измерение напряжения питания контроллера.
Локальные контроллеры системы ”Умный дом” питаются от отдельной сети 12 В. Напряжение, которое “дойдет” до контроллеров зависит от длины линии питания и сечения проводов линии. Интересно, какое напряжение питания контроллеров будет в реальных условиях. Можно для этого добавить цепь измерения напряжения питания.
Это резисторный делитель напряжения. При указанных на схеме значениях сопротивления резисторов контроллер будет измерять напряжение до 25,5 В.
Функциональная схема контроллера.
Теперь мы знаем, что и как подключать к плате Ардуино. Можно назначить конкретные выводы.
Принципиальная схема контроллера водоснабжения.
Остается согласно функциональной схеме подключить к плате Arduino Nano все разработанные выше узлы. Задача практически формальная.
Схема получилась не маленькой. Но она рассчитана на максимальную конфигурацию подсистемы. Вы можете оставить только необходимые вам компоненты.
Таблицы подключения. Окончательный вариант схемы.
Мы создаем реальное устройство, к которому будем подключать различные датчики, исполнительные механизмы, локальную сеть и т.п. С Михаилом решили, что для подключения внешних устройств будем использовать клеммные колодки.
Поэтому необходимо определить конкретные контакты для каждого сигнала. Для начала отобразим это с помощью таблиц.
1. Подключение локальной сети, питания. Разъем PWR-LINE
| Клеммная колодка, контакт | Обозначение сигнала | Назначение |
| X1-1 | A RS-485 | Сигнал A интерфейса RS-485 |
| X1-2 | B RS-485 | Сигнал B интерфейса RS-485 |
| X1-3 | GND | Питание – 12 В, общий провод RS-485 |
| X1-4 | + 12 В | Питание + 12 В |
2. Датчики. Разъем SENSOR2.
| Клеммная колодка, контакт | Обозначение сигнала | Назначение |
| X2-1 | Шлейф + | Сигнал + охранного шлейфа |
| X2-2 | Шлейф — | Сигнал — охранного шлейфа |
3. Датчики. Разъем SENSOR1.
| Клеммная колодка, контакт | Обозначение сигнала | Назначение |
| X3-1 | OUT датчик давления | Сигнал OUT датчика давления |
| X3-2 | Vcc датчик давления | Питание Vcc датчика давления |
| X3-3 | GND датчик давления | Сигнал GND датчика давления |
| X3-4 | OUT датчик протечки | Сигнал OUT датчика протечки |
| X3-5 | Vcc датчик протечки | Питание Vcc датчика протечки |
| X3-6 | GND датчик протечки | Сигнал GND датчика протечки |
| X3-7 | OUT датчик потока | Сигнал OUT датчика потока |
| X3-8 | Vcc датчик потока | Питание Vcc датчика потока |
| X3-9 | GND датчик потока | Сигнал GND датчика потока |
4. Резерв, расширение. Разъем RESERVE
| Клеммная колодка, контакт | Обозначение сигнала | Назначение |
| X4-1 | Вход резерв 1 | Резервный аналоговый вход 1 |
| X4-2 | Вход резерв 2 | Резервный аналоговый вход 2 |
| X4-3 | Выход резерв 1 | Резервный цифровой выход 1 |
| X4-4 | GND | Общий провод |
| X4-5 | GND | Общий провод |
| X4-6 | + 5 В | Выход питание + 5 В |
| X4-7 | + 12 В | Выход питание + 12 В |
5. Подключение моторизированного крана. Разъем VALVE
| Клеммная колодка, контакт | Обозначение сигнала | Назначение |
| X5-1 | + двигатель | Вывод + двигателя крана |
| X5-2 | — двигатель | Вывод — двигателя крана |
| X5-3 | открыт | Датчик открыт |
| X5-4 | закрыт | Датчик закрыт |
| X5-5 | общий | Общий провод датчиков |
Согласно этим таблицам Михаил нарисовал окончательный вариант схемы контроллера водоснабжения.
Когда Михаил соберет и установит контроллер, он даст мне фотографии устройства, и я дополню ими статью.
В следующей главе будем разрабатывать программное обеспечение контроллера водоснабжения.
Предыдущая глава Список статей Следующая глава
Поддержать проект
0
Автор публикации
не в сети 6 часов
Эдуард
236
Комментарии: 1791Публикации: 183Регистрация: 13-12-2015
