Сигнализатор с ячейкой памяти

Сигнализатор с ячейкой памяти (далее просто СЯП) является автономным устройством из ряда бытовых электронных аппаратов, предназначенных для экстренной сигнализации о создании аварийной ситуации - появлении воды в местах для неё не предназначенных или достижения воды в баках, бочках, бидонах, кастрюлях, раковинах, ваннах, сливных бачках, унитазах уровня выше допустимого. СЯП переходит в режим «Авария» - издаёт прерывистый тональный сигнал, сопровождаемый вспышками красного светодиода, синхронными с тональным сигналом - при создании одной из возможных аварийных ситуаций. Отработав около 2 минут в режиме тревога, СЯП переключается в экономичный режим хранения информации о произошедшем событии – включается и светится жёлтый светодиод «Память», который не выключится, даже если щуп высох (вода отступила). Выключить светодиод «Память» можно только общим выключением СЯП при помощи тумблера «Вкл».

СЯП от подобных устройств отличается высокой экономичностью дежурного режима и небольшим (порядка 0,1 мА) током режима хранения информации, что позволяет применить малогабаритную батарею типа 6F22. В режиме хранения информации о произошедшем событии – аварии – малый потребляемый ток объясняется применением светодиода высокой яркости, который даже при малом рабочем токе хорошо заметен при непрямом солнечном освещении.

Другая отличительная особенность СЯП от подобных известных устройств заключается в применении реле времени – ОВ (одновибратора), предотвращающего бесполезный разряд батареи, если тревожный сигнал от СЯП услышан, но занятые ликвидацией аварии (потопа) люди, забывают выключить питание устройства.

Датчиком воды (жидкости) является щуп с двумя металлическими контактами, расположенными друг от друга на расстоянии 10 мм. Фиксированное расстояние между контактами щупа объяснятся тем, что сопротивление между контактами датчика, погружённого в жидкость зависит от расстояния между контактами.



При замыкании тумблера SA1 «Вкл» (см. рисунок 1) напряжение батареи GB1 подаётся через резистор R4 на накопительный конденсатор С5. Пока С5 не зарядился до половины напряжения питания, на выходе (выводе 4) инвертора DD2.2 присутствует уровень логической 1, который подаётся на вход «Reset» (вывод 10) триггера DD1.2 и (через диод VD2) на вход «Reset» (вывод 4) триггера DD1.1). Оба триггера устанавливаются в исходное (нулевое) состояние: на прямых (неинвертирующих) выходах – выводах 1 и 13 DD1 устанавливаются логические 0.

Если на момент включения питания тумблером SA1 «Вкл» штыри датчика «Вода» ужé замочены, то через контакты щупа и резистор R1 напряжение высокого уровня подаётся на вход (вывод 1) логического элемента «2И-НЕ» DD2.1, дважды (на элементах DD2.1 и DD2.3) инвертируется и с выхода (вывода 10) DD2.3 поступает на затвор полевого транзистора VT1. VT1 открывается и комбинированная нагрузка, собранная на элементах HL1, HL2, C4 и активном зуммере А1, включается. СЯП переходит в режим «Авария». Однако через несколько секунд конденсатор С5 заряжается до половины напряжения питания и на выходе (выводе 4) инвертора DD2.2 устанавливается уровень логического 0, который запирает логический элемент DD2.1: На выходе (выводе 3) DD2.1 устанавливается 1 и, так как теперь на обоих входах (выводах 8 и 9) DD2.3 логические единицы, на выходе (выводе 10) DD2.3 устанавливается логический 0, который поступает на затвор полевого транзистора VT1. VT1 закрывается и комбинированная нагрузка HL1, HL2, C4, А1 обесточивается. Так, включением на короткий отрезок времени, СЯП реагирует на аварийную ситуацию, если щуп уже замочен на момент включения питания СЯП тумблером SA1.

Логическая 1 (от мокрого щупа) на входе С (выводе 3) DD1.1 не запускает реле времени – ОВ, собранный на элементах DD1.1, VD1, VD3, C2, R3. Запуск ОВ происходит только при положительном перепаде на входе С (выводе 3) DD1.1.

При появлении воды после включения тумблера SA1 «Вкл», контакты щупа (через резистор R1) дают положительный перепад на входе С (выводе 3) DD1.1 и информация (лог. 1) со входа D (вывода 5) DD1.1 «записывается» на прямой выход (вывод 1) DD1.1. На прямом выходе (вывод 1) DD1.1 появляется логическая 1. Эта лог.1 через резистор R3 плавно заряжает конденсатор С2. Через 120 секунд (выдержка определяется цепью С2, R3) конденсатор C2 зарядится до половины напряжения источника питания (плюс прямое падение напряжения на кремниевом диоде VD1 порядка + 0,7 Вольта), что эквивалентно появлению логической 1 на входе R (выводе 4) DD1.1. Триггер DD1.1 обнуляется, то есть на его выводе 1 снова устанавливается лог.0, а конденсатор С2 быстро разряжается через диод VD3, подготавливая реле времени - ОВ к следующему циклу работы.

Другими словами, на прямом выходе (выводе 1) DD1.1 формируется 120 - секундный не инвертированный импульс положительной полярности, а на инвертирующем выходе (выводе 2) DD1.1 аналогичный, но инвертированный, который подаётся на вывод 8 логического элемента DD2.3 и, пройдя через него, открывает полевой транзистор VT1. Сопротивление перехода сток – исток VT1 резко (до долей ома) уменьшается. Напряжение с батареи GB1 поступает на комбинированную нагрузку. Мигающие светодиоды HL1 и HL2, периодически включаясь, манипулируют работой активного (имеющего встроенный генератор) зуммера А1. Конденсатор С4, включённый параллельно зуммеру А1, не позволяет ему полностью прерывать работу во время пауз в свечении МСД (мигающих светодиодов). Благодаря такому режиму работы звучание зуммера становится пульсирующим, с заметной «девиацией» частоты тона и более пронзительным. Комбинированная нагрузка работает в течение времени, определяемого выдержкой реле времени - одновибратора (DD1.1, R3, C2, VD1, VD3), то есть пока на выходе (выводе 10) DD2.3 присутствует лог.1.

По окончании работы реле времени - одновибратора с вывода 2 DD1.1 положительный перепад напряжения поступает на вход С (вывод 11) DD1.2 и, так как на входе D (выводе 9) DD1.2 присутствует логическая 1, триггер DD1.2 переключается из 0 в 1. На прямом выходе (выводе 13) DD1.2 появляется логическая 1, а на инвертирующем выходе (выводе 12) DD1.2 – логический 0. На индикаторной цепи R6, HL3 появляется падение напряжения, которое зажигает жёлтый светодиод HL3 «Память».

Конденсатор C6 защищает триггер DD1.2 от импульсных помех и, как следствие, от вероятных ложных включений светодиода HL3 «Память». Конденсатор C1 защищает от импульсных помех, наводимых на кабель подключения щупа – датчика влаги. Резистор R2 устанавливает уровень логического 0 на входах С (выводе 3) DD1.1 и выводе 1 DD2.1 при сухом щупе. Резистор R5 необходим для разрядки конденсатора С5 после выключения питания тумблером SA1 и для подготовки СЯП к следующему циклу работы. Диоды VD1, VD2 «организованы» в логическое «ИЛИ» и расширяют вход «Reset» («Сброс») (вывод 4) DD1.1. С3 – конденсатор фильтра.

Собранный без ошибок и из исправных деталей СЯП работоспособен сразу после включения питания. Изменяя номинал резистора R3 от 10 кОм до 2 МОм, можно в широких пределах изменить время работы реле времени – одновибратора. Длительность выдержки реле времени - одновибратора зависит от времязадающей цепи C2, R3 и приближённо рассчитывается по формуле:



где С – ёмкость конденсатора С2 в микрофарадах, а R – сопротивление резистора R3 в мегомах.
Ёмкость конденсатора С3 также может широко варьироваться и лежать в пределах 22 … 2200 мкФ. При использовании высокоомного (> 1 МОм) резистора R3 следует помнить, что ток утечки времязадающего конденсатора должен быть как минимум в 2 - 3 раза меньше тока заряда С3. Ток утечки оксидного конденсатора определяется рядом факторов: фирмой – изготовителем, типом, датой изготовления, рабочим напряжением конденсатора. Более высоковольтный конденсатор имеет меньший ток утечки при заданном напряжении питания. На практике рекомендуется использовать конденсаторы с коэффициентом нагрузки по напряжению не более 0,7. (Другими словами конденсатор с рабочим напряжением 10 В, надёжно работает в схемах с постоянной составляющей до 7 Вольт).

Иногда, для работы в условиях высокого уровня помех, создаваемых электроприборами (проверено с озонатором воздуха), номиналы резисторов R1 и R2 рекомендуется уменьшить до 12 кОм и 120 кОм (соответственно). Это повысит помехоустойчивость СЯП при незначительном увеличении потребляемого тока при замоченном щупе. Дополнительное увеличение помехоустойчивости даст увеличение ёмкости С1 от 0,22 до 2,2 мкФ (КМ-6) или уменьшение длины кабеля (витой пары), соединяющего щуп с корпусом СЯП до 1 метра. Конденсатор С1 в любом случае должен быть безындукционным, например, керамическим.


В СЯП использованы резисторы С2-23, С2-33, МЛТ с мощностью рассеивания 0,125 Вт. Конденсаторы С1, С3, С5, С6 - керамические типа КМ, остальные – оксидные типа К50-35 или зарубежного производства. Диоды – любые кремниевые, например, КД503, КД510, КД518, КД520 … КД522. Полевой транзистор VT1 КП505А можно заменить подобным, например КП501А, КП504А. Тумблер SA1 – малогабаритный МТS-102 или особо малогабаритный SМТS-102. Гнездо XS1 типа СНЦ-3,5 с гаечным креплением. Микросхемы DD1, DD2 серии К561 (при доработке печатной платы могут быть заменены 564-й серией). Блок А1 TR-1203y (+ 3 Вольта, 20 мА) при некотором уменьшении громкости звучания зуммера можно заменить TR-1205у (с номинальным рабочим напряжением + 5 Вольт и током 20 мА). В качестве светодиодов HL1, HL2 можно применить практически любые мигающие с рабочим напряжением до 5…6 Вольт. Хорошо по рабочей частоте встроенных генераторов сочетаются пары: ARL – 5013URC – B (красный МСД) и L-56BYD (жёлтый МСД); а также L – 5013LRD – B и L-56BRD (оба - красные МСД). Светодиод HL3 заменим любым низковольтным, например суперъярким: 27R20C-С (красный, λ = 615…630 нм., 1,9 … 2,2 Вольт, 20 мА, 3000 … 4000 мКд, 25°); 27A20C-B (оранжевый, λ = 600…605 нм., 1,9 … 2,2 Вольт, 20 мА, 2000 … 3000 мКд, 25°); 27Y20C-B (жёлтый, λ = 585…595 нм., 1,9 … 2,2 Вольт, 20 мА, 3000 … 4000 мКд, 25°) [1].

Монтаж элементов СЯП следует вести низковольтным (~ 36 Вольт) паяльником с заземлённым жалом. В противном случае полевой транзистор VT1 и микросхемы DD1 и DD2 необходимо установить на специальные розетки («панельки») с шагом между выводами 2,5 мм по окончании пайки остальных элементов. Трёхвыводную розетку для транзистора можно изготовить из большой, например, 14-выводной розетки для ИМС с корпусом «Dip», вынув пинцетом 4-й контакт и монтажными кусачками аккуратно откусив трёхконтактный кусочек. Из оставшейся части большой розетки можно сделать «про запас» ещё 3 маленькие.

Большая часть деталей СЯП размещается на печатной плате (см. рисунки 2 и 3) из односторонне фольгированного стеклотекстолита или гетинакса размерами 38 х 33 мм.



Толщина платы не критична и может составлять 1,5 … 2,5 мм. В плате сверлятся 4 крепёжных отверстия диаметром 2,7 мм под винты М2,5. Отверстия под розетки микросхем сверлятся диаметром 0,7 … 0,8 мм.; под остальные электронные компоненты - 0,9 ± 0,2 мм.; под соединительные проводники - 1,2 ± 0,2 мм.

Печатная плата устанавливается в пластмассовый корпус подходящих размеров, например, в мыльницу прямоугольной формы размерами 100 х 60 х 30 мм. Варианты оформления фальшпанели для такого корпуса СЯП приведён на рисунках 4 А, Б, В, Г.



В верхней крышке корпуса сверлятся отверстия под элементы комбинированной нагрузки, гнездо XS1 и винты (с потайной головкой) крепления ПП (печатной платы). Затем винты «заподлицо» прикручиваются к верхней крышке корпуса и, бумажная фальшпанель (рисунок 4), отпечатанная на цветном принтере, приклеивается клеем ПВА к передней крышке корпуса. Предварительно наружная сторона крышки мыльницы зашкуривается для лучшего сцепления пластмассы и бумажной ФП (фальшпанели). Сушится фальшпанель 24 часа под прессом и после сушки защищается от влаги широкой полоской скотча.


Для изготовления корпуса запасаемся стандартной мыльницей 100 х 60 х 30 мм, вырезаем распечатанную ФП, покупаем ПВА клей. Если нет дорогостоящей кисточки для равномерного размазывания клея по крышке мыльницы, заготавливаем вчетверо свёрнутую бумажку «Для клея». Намазывать клеем нужно именно крышку мыльницы (а не распечатанную ФП), а накладывать бумажную ФП нужно, когда тонкий слой клея на крышке подсохнет (см. рисунок 5).



Центры отверстий на крышке мыльницы можно размечать традиционно – штангенциркулем, но проще воспользоваться методом наложения трафарета. Трафаретом послужит рисунок ФП. Последовательно работают шилом, «маленьким» и «нормальными» свёрлами, а при необходимости доводят «уехавшие» от центра отверстия круглым надфилем или бархатным напильником (см. рисунок 6).



Для того, чтобы при работе дрелью свёрла не проваливались в отверстия до сухариков патрона, свёрла обматывают несколькими витками изоленты. Эти витки образуют простой, но эффективный ограничитель глубины сверления. Так Вы сохраните поверхность ФП неповреждённой, да и не просверлите насквозь стол, на котором работаете.



Для того, чтобы просверленные отверстия имели «ровный выход», под сверлимую заготовку необходимо помещать прокладку из дерева, ДВП или фанеры с ровной и гладкой поверхностью (см. рисунок 7). «Ушки» для крепления корпуса поделки на вертикальной поверхности сначала просверливают сверлом меньшего диаметра, чтобы была возможность исправить «уход от центра» просверленного отверстия. А до необходимой формы ушки доводятся круглым надфилем.



После приклеивания ФП к крышке мыльницы, фальшпанель необходимо защитить полоской широкого скотча от повреждения влагой. Выбирают скотч шириной 50 мм (см. рисунок 8). Если приклеивание ФП к крышке мыльницы требует сушки под прессом в течение 24 часов, то после покрытия скотчем можно продолжать обработку ФП немедленно. Отверстия в скотче аккуратно прокалывают тонким шилом, а затем остатки скотча удаляют однонаправленными движениями надфиля (внутрь, от себя). Тогда отверстия получаются ровными. Светодиоды можно вклеивать во вставляемый корпус, но в СЯП они крепятся в крышке корпуса на трении. Для этого под светодиоды сверлятся отверстия диаметром на 0,5 … 1 мм меньшим, чем диаметр светодиодов. Вставляют светодиоды аккуратно, чтобы крышка не лопнула. После примерки, отверстия в несколько этапов растачивают круглым надфилем, до плотного вхождения головки светодиода.



В авторском варианте плата СЯП крепится на одном винте М3 с полукруглой головкой (см. рисунок 9), так как не нашлось винтов М2,5 с потайной головкой. А целых 4 винта с полукруглой головкой испортят внешний вид рисунка ФП. Для того, чтобы винтовое крепление ПП было надёжным, необходимо использовать шайбы гровера (пружинные шайбы). Для того, чтобы батарея питания в корпусе не болталась, рекомендуется обернуть её 1-2 слоями тонкого поролона.



Критически взглянув на получившийся внешний вид СЯП (см. рисунок 10), можно заметить одну особенность, которая сделана по - слесарному правильно, но портит внешний вид поделки. Конечно Вы уже догадались: это пружинная шайба на тумблере. Она нужна, чтобы закреплённый тумблер не проворачивался, но установить её можно и с внутренней стороны корпуса.

При настройке и проверке работоспособности СЯП рекомендуется использовать лабораторный блок питания. А все светодиоды (а особенно HL1 и HL2) подключить через гнёздные разъёмы, изготовленные из 14-выводных сокет для Dip ИМС. Тогда Вы легко сможете оперативным подключением разных мигающих светодиодов в гнёздные разъёмы, подобрать нужный характер звучания СЯП. Так как у разных МСД разные частоты встроенных генераторов, то и характер звучания зуммера можно подобрать экспериментально, используя имеющиеся в наличии МСД.

Посмотреть, как работает СЯП, можно обратившись к видео:


Первое видео демонстрирует случай кратковременного замачивания штырей датчика «Вода». СЯП при этом продолжает сигнализировать, пока не закончит работу реле времени - ОВ. А по окончании работы ОВ включается жёлтый светодиод «Память».



Второе видео демонстрирует случай, когда датчик «Вода» остаётся постоянно в поднявшейся воде. Во избежание надоедания, сигнал «Авария» звучит только ограниченное (выбранное при настройке) время – от 10 до 100 секунд. Таким образом СЯП оповещает о подъёме уровня воды. Если вода быстро спала, то пользователь СЯП всё равно сможет узнать о имевшем место событии по включённому жёлтому светодиоду «Память». Причём вода может подниматься и спадать несколько раз: это не изменит включённого состояния ячейки памяти. Выключить светодиод HL3 «Память» можно только выключением питания – тумблером SA1. Если после вынимания - опускания датчика «Вода» не запускается режим «Авария», следует тщательно вытереть или 1-2 раза продуть ту часть датчика, между которой располагаются штыри. После такой несложной процедуры работоспособность СЯП полностью восстанавливается. Для удобства крепления к стенкам посуды (стаканам, кастрюлям, бидонам, бочкам и т. п.) датчик «Вода» оснащён бельевой прищепкой.



Отгадайте загадку №4, введите с заглавной буквы ответ в строку «Пароль» файла MSWord «СЯП_Э3_ПП_ФП» и получите бонус: всю необходимую документацию для изготовления СЯП. В том числе - рисунки ФП и отражённые рисунки ПП в масштабе М 1 : 1, предназначенные для термопереноса рисунка (трассировки ПП) на её фольгированную сторону. Этот файл находится в одноимённом Rar-архиве (424 кБ) и может быть скачан здесь:



Примечание: Если разархивированный Вами файл MSWord «СЯП_Э3_ПП_ФП» ПК предлагает открыть в защищённом режиме, соглашайтесь, ещё раз вводите пароль и немного подождите. На авторском ПК открытый файл в защищённом виде несколько видоизменён. Чтобы "привести его в порядок", я прохожу путь: Вид / Изменить документ. И файл приобретает "нормальный вид", готовый к распечатке. Возможно у Вас другой ПК и файл откроется без проблем.