Управление поливом растений на автомате (CD4060)
Некоторые предприниматели занимаются выращиванием цветов в теплицах. Наиболее эффективен способ, когда растения произрастают не на грунте, аразмещены в специальных емкостях, заполненных смесью компоста, торфа и наполнителя.
Обычный способ поливки в этом случае неэффективен, поскольку вода не задерживается и быстро стекает. Более эффективен способ капельной поливки, при котором жидкость каплями подводится непосредственно к корням каждого растения при помощи отдельной нипельной головки. Насос должен работать в повторно-кратковременном режиме, при котором продолжительность каждой поливки составляет несколько минут, а период повторяемости от 30 минут до полутора часа.
Схема таймера
На рисунке в тексте приводится схема таймера для управления капельной поливочной системы, выполненная всего на двух одинаковых микросхемах и одном транзисторе. Рассмотрим её работу.
Фактически схема состоит из двух цифровых одновибраторов, включенных последовательно. Одновибратор на счетчике D1 вырабатывает импульсы, следующие с периодом от 30 минут до 100 минут, одновибратор на счетчике D2 вырабатывает временные интервалы продолжительностью от одной до пяти минут.
Рис. 1. Схема устройства для автоматического полива растений.
В момент включения питания счетчик D1 цепью C2-R4 устанавливается в нулевое положение. На всех его выходах, в том числе и на выходе «4096» установлены логические нули. Это значит, что на вход «R» счетчика D2 поступает логический ноль и счетчик D2 считает импульсы, генерируемые его внутренним мультивибратором.
Пока оба счетчика находятся в состоянии до «4096», на их выводах 2 присутствуют логические нули. Диоды VD3 и VD2 закрыты и на базу транзистора поступает открывающий ток через резистор R8.
Транзистор открыт, а реле держит свои контакты замкнутыми, через которые поступает питание на насос. Продолжается это до тех пор, пока D2 считает до «4096», с его переходом в состояние «4096» насос выключается. Происходит это потому, что открывается диод VD2 и шунтирует базовую цепь транзистора, закрывая его. Одновременно, логическая единица с выхода «4096» счетчика D2 через диод VD1 поступает на его вывод 11 и блокирует его встроенный мультивибратор. Схема на счетчике D2, как бы, застывает в этом положении, а насос остается выключенным.
В то же время счетчик D1 продолжает считать импульсы, поступающие на его вход от его встроенного мультивибратора, и спустя некоторое время, он так же устанавливается в состояние «4096». На его выводе 2 возникает логическая единица, которая поступает на вход «R» счетчика D2 и обнуляет его. Уровень на выводе 2 D2 становится нулевым и диод VD2 закрывается, но это не приводит к включению насоса, поскольку в этот момент открывается диод VD3 и базовая цепь VT1 остается шунтированной.
Такое состояние будет продолжаться до тех пор, пока счетчик D1 не насчитает еще 4096 импульсов, то есть, в общем 8192 импульса, на что, при различных положениях ручки переменного резистора R3 может потребоваться от 30 до 100 минут. Как только это произойдет, на выходе «4096» D1 установится логический ноль, что дает свободу счетчику D2, и он снова начинает считать импульсы, поступающие на него от его встроенного мультивибратора, а насос включается снова.
Таким образом, от частоты импульсов встроенного мультивибратора счетчика D1 зависит период включения поливки, а от частоты импульсов встроенного мультивибратора счетчика D2 зависит продолжительность поливки.
Работа с данным устройством предельно проста, - на корпусе есть всего две круглые ручки с оцифрованными в единицах времени шкалами. Ручкой резистора R3 устанавливают периодичность поливки, а ручкой резистора R7 устанавливают продолжительность поливки.
Детали и конструкция
Микросхемы CD4060B, к сожалению, отечественных аналогов не имеют, но имеют множество зарубежных аналогов, имеющих общую маркировку «...4060..». Буквенное различие может быть в типе корпуса, а так же, в производителе микросхемы. Приобрести микросхему CD4060B в розничной торговле бывает проблематично, поэтому я лично, приобретал с почтовой доставкой на широко известном китайском сайте: ru.aliexpress.com (нужно войти на этот сайт и в сроке «поиск» набрать cd4060, и, выбрав подходящее предложение, оформить заказ).
Вообще, на ru.aliexpress.com продается много интересных радиодеталей, а так же, радионаборов по вполне приемлемым ценам. Транзистор КТ814 можно заменить любым P-N-P, допускающим ток не ниже двойного тока обмотки реле.
Автомат собран в небольшой пластмассовой коробке размерами 220x50x20мм. Монтаж выполнен объемным способом, -микросхемы предварительно приклеены в положении «вверх ногами» клеем «Момент-1 М» (перед этим светлой краской отметьте первый вывод). Так же приклеено реле.
Конденсатор С3 расположен горизонтально и тоже приклеен. Резисторы R3 и R7 установлены в отверстиях, просверленных в той же панели корпуса, на которой приклеены основные детали. Монтаж ведется на выводах этих деталей как на опорных точках при помощи выводов навесных деталей и проводников из телефонного кабеля. Разъемы для подключения питания и включения насоса расположены на торцах (разъемы разной конструкции, чтобы не перепутать).
Устройство питается от готового, источника питания (выход нестабилизированное 12V). Ток потребления устройством зависит в основном от тока обмотки реле. В данном случае используется реле WJ118-1C фирмы WANJIA с обмоткой на номинальное напряжение 14V, сопротивлением 250 От. Это реле срабатывает уже при напряжении на обмотке 7V (по паспорту напряжение срабатывания 8V, а номинальное 14V, максимальное 18V).
Допустимый ток через контакты 5А при напряжении в цепи 250V или 20А при напряжении в цепи 12V. Можно использовать другое реле с аналогичными параметрами. Если нужно значительно более мощное реле транзистор типа КТ814 нужно будет заменить составным транзистором, например, КТ973. Ручки резисторов R3 и R7 должны быть со стрелками - указателями.
Налаживание
Налаживание заключается в градуировке шкал переменных резисторов. Градуировку начинают с узла на счетчике D2. Для этого нужно временно отсоединить от вывода 2 D1 проводник идущий к точке соединения диода VD3 и вывода 12 D2.
И присоединить его через какую-нибудь кнопку к плюсовой шине питания. Нажимая и отпуская кнопку вы сможете принудительно запускать одновибратор на D2. Измерять какая будет продолжительность полива в разных положениях R7 можно при помощи кварцевого будильника, в разрыв цепи питания которого включить контакты реле. При необходимости можно подобрать сопротивление R6 и емкость С3.
Затем переходят к градуировке шкалы резистора R3. Здесь выдержки времени значительно продолжительнее и чтобы ускорить процесс налаживания можно продолжительность временных интервалов определять по периоду следования импульсов на более младшем выходе D1, например, на выводе 14 D1, на котором период в 16 раз меньше чем на выводе 2 (то есть, вместо 30 минут будет 1 минута и 52,5 секунды, а вместо 100 минут будет 6 минут и 15 секунд).
Здесь точно так же можно воспользоваться кварцевым будильником для измерения периода, для этого нужно временно отпаять диод VD2, При необходимости можно подобрать сопротивление R1 и емкость С1.
Шкалы выполнены на бумажных кругах диаметром 40 мм, наклеенных на поверхность корпуса и нарисованы обычной шариковой ручкой. Чтобы защитить их от влаги на них наклеен слой прозрачной скотчленты.
Шкалы можно сделать более эстетично, если нарисовать их, например, в любом графическом или текстовом редакторе на компьютере, и распечать на принтере. Затем, наклеить их на корпус и покрыть скточ-лентой.
Каравкин В. РК-2016-05.