Контроллер уровня воды в аквариуме (на КР140УД5)
Радиоэлектроника - хобби необыкновенно интересное. Оно захватывает и уже не отпускает. Но радиоэлектроника не мешает людям любить друг друга, дарить любовь животным, заботиться о младших, уважать старших; скорее наоборот - увлеченный, а значит и созидающий человек, способен дать другим больше, чем тот, который стремится только пользоваться достижениями науки и прогресса.
Однажды наш приятель купил аквариум, рыбок и все сопутствующие «причиндалы». За первым аквариумом - второй, третий, четвертый. Рыбам понравилось жить в его доме, и они стали плодиться. А куда девать мальков? Пришлось создать условия и им.
Когда в доме, офисе, магазине, холле бизнесцентра радуют глаз несколько аквариумов, оснащенных автоматическими устройствами подачи воздуха и фильтрами, актуальным является контроль за чистотой воды в аквариуме, уровнем воды, периодичностью кормления рыб. Предлагаемое читателям устройство контролирует воду в аквариуме, сигнализируя о недостаточном ее уровне и загрязнении. Распространенные сегодня фильтры-компрессоры польского производства и их аналоги стабильно работают годами, если соблюдать основные требования их эксплуатации: корпус фильтра-компрессора должен быть погружен в воду так, чтобы вода закрывала его верхнюю кромку не менее чем на 30 мм, а фильтрующий элемент необходимо периодически очищать (раз в неделю).
Схема контроля уровня воды в аквариуме представлена на рис. 1.8. Как только поверхность специального зонда покрывается водой, импульсы генератора НЧ, реализованного на первом операционном усилителе D1.1, поступают на компаратор (D1.2), усиливаются и преобразуются в электрический сигнал, управляющий ключевым каскадом на реле К1. В качестве датчика-зонда В1 используется отрезок одно- или двухстороннего фольгированного гетинакса (текстолита), размером 20x30 мм, с прорезанной посредине дорожкой. Разрез делит проводящую поверхность на два одинаковых сектора, к которым припаиваются многожильные соединительные провода типа МГТФ. Датчик монтируется на площадке для корма рыбок, а она крепится к стенке аквариума на присоске. Таким образом, при нормальном уровне воды в аквариуме датчик-зонд погружен в воду и под тяжестью материала (фольгированного гетинакса) тяготеет ко дну, но не тонет, поддерживаемый рамкой кормушки. Если уровень воды спадает, фольгирован-ные контакты площадки осушаются и импульсы через них не проходят. Компаратор срабатывает - включает реле сигнализации. Контакты реле могут коммутировать, при необходимости, редуктор полива для автоматического добавления воды в аквариум.
Рис. 1.8
Делитель напряжения R1R2 смещает неинвертирующий вход операционного усилителя, а резистор R3 создает положительную обратную связь между входом и выходом ОУ D1.1. Конденсатор С1 заряжается и разряжается. Поскольку элемент D1.1 включен асимметрично, напряжение на его выходе (выв. 1) в момент зарядки конденсатора С1 практически близко к нулю. Достигнув порога петли гистерезиса, напряжение на обкладках конденсатора С1 начинает спадать - конденсатор разряжается через резистор R4, пока напряжение на его обкладках не достигнет другого порогового значения, соответствующего максимальному положительному смещению ОУ. Поскольку напряжения выхода элемента D1.1 инвертировано, резистор R3 ограничивает напряжение смещения неинвертирующего входа до нижней точки петли гистерезиса. Пороговые точки напряжения симметричны к половине напряжения питания, имеющемуся на выв. 3 ОУ. С выхода первого ОУ (выв. 1 D1.1) на датчик-зонд поступают электрические импульсы прямоугольной формы частотой 0,8...1 кГц (зависит от номиналов элементов С1, R4). Переходный конденсатор С2 срезает часть гармоник НЧ импульсов и задерживает составляющую постоянного тока. Благодаря отсутствию постоянной составляющей на контактных площадках датчика-зонда исключается эффект электролиза (окисления меди).
Когда датчик-зонд В1 погружен в воду, конденсатор СЗ заряжается положительными импульсами, поступающими от НЧ генератора D1.1. В заряженном состоянии конденсатор СЗ пропускает выпрямленные диодом VD1 импульсы на вход компаратора D1.2. Так как смещение на неинвертирующем входе D1.2 больше, чем пороговое напряжение на инвертирующем входе, то компаратор перебрасывается - на его выходе появляется высокий логический уровень. Транзистор VT1 открывается, реле включается, нормально замкнутые контакты реле К1 размыкаются, нагрузка обесточивается.
Когда ток через сектора датчика-зонда не протекает (уровень воды спал), сигнал на неинвертирующем входе D1.2 близок к 0 -резистор R6 разряжает СЗ. Выв. 6 D1.2 (инвертирующий вход ОУ) положительно смещен делителем напряжения R7R10 (на схеме не показаны). Компаратор D1.2 выдает на выходе (выв. 7) напряжение, близкое к 0. Реле обесточено. Контакты реле К1 (на схеме не показаны) нормально замкнуты. Ток поступает в нагрузку. Благодаря большому сопротивлению резистора R8 в цепи обратной связи второго ОУ исключены ложные срабатывания компаратора.
Детали схемы. D1 - операционный усилитель КР1401УД5. Переменный резистор R10 типа СП5-1, транзистор VT1 можно заменить на КТ315(Б-Е), КТбОЗ(А-В), КТ815(А, Б). Реле К1 маломощное, типа РЭС 15, паспорт (003) на напряжение срабатывания 12 В.
Литература: А. П. Кашкаров, А. Л. Бутов - Радиолюбителям схемы, Москва 2008