Нередко в продаже можно встретить такие приспособления, которые устанавливаются на цветочный горшок и следят за уровнем влажности почвы, включая при необходимости насос и поливая растение. Благодаря такому устройству можно будет спокойно уезжать в отпуск на недельку, не боясь, что любимый фикус завянет. Однако цена на такие приспособления неоправданно высока, ведь их устройство предельно простое. Так зачем покупать, если можно сделать самому?
Схема
Предлагаю к сборке схему простого и проверенного датчика влажности почвы, схема которого изображена ниже:В почку горшка опускаются два металлических прутка, сделать которые можно, например, разогнув скрепку. Их нужно воткнуть в землю на расстоянии примерно 2-3 сантиметра друг от друга. Когда почва сухая, она плохо проводит электрический ток, сопротивление между прутками очень велико. Когда почва влажная – её электропроводность значительно повышается и сопротивление между прутками уменьшается, именно это явление лежит в основе работы схемы.
Резистор 10 кОм и участок почвы между прутками образуют делитель напряжения, выход которого соединён с инвертирующим входом операционного усилителя. Т.е. напряжение на нём зависит лишь от того, насколько увлажнена почва. Если поместить датчик во влажную почву, то напряжение на входе ОУ будет равно примерно 2-3 вольтам. По мере высыхания земли это напряжение будет увеличиваться и достигнет значения 9-10 вольт при совершенно сухой земле (конкретные значения напряжения зависят от типа почвы). Напряжение на неинвертирующем входе ОУ задаётся вручную переменным резистором (10 кОм на схеме, его номинал можно менять в пределах 10-100 кОм) в пределах от 0 до 12-ти вольт. С помощью этого переменного резистора задаётся порог срабатывания датчика. Операционный усилитель в этой схеме работает в качестве компаратора, т.е. он сравнивает напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах. Как только напряжение с инвертирующего входа превысит напряжение с неинвертирующего, на выходе ОУ появится минус питания, загорится светодиод и откроется транзистор. Транзистор, в свою очередь, активирует реле, управляющее водяным насосом или электрическим клапаном. Вода начнёт поступать в горшок, земля вновь станет влажной, её электропроводность увеличиться, и схема отключит подачу воды.
Печатная плата, предлагающаяся к статье, рассчитана на использования сдвоенного операционного усилителя, например, TL072, RC4558, NE5532 или других аналогов, одна его половинка при этом не используется. Транзистор в схеме используется малой или средней мощности и структуры PNP, можно применить, например, КТ814. Его задача – включение и выключение реле, также вместо реле можно применить ключ на полевом транзисторе, как это сделал я. Напряжение питания схемы – 12 вольт.
Скачайте плату:
(cкачиваний: 330)
Сборка датчика влажности почвы
Может случиться такое, что при высыхании почвы реле включается не чётко, а сначала начинает быстро щёлкать, и только после этого устанавливается в открытом состоянии. Это говорит о том, что провода от платы до горшка с растением улавливают сетевые наводки, пагубно влияющие на работу схемы. В таком случае, не помешает заменить провода на экранированные и поставить электролитический конденсатор ёмкостью 4.7 – 10 мкФ параллельно участку почвы, вдобавок к ёмкости 100 нФ, указанной на схеме.Работа схемы мне очень понравилась, рекомендую к повторению. Фото собранного мной устройства:
Одним из зимних вечеров гулял по просторам интернета в поисках схемы датчика влажности почвы, увидел эту схему и она мне приглянулась из за её простоты.
Немного её переделал и вот что получилось
Развел дорожки в " ", вытравил плату, впаял детали и подключил питание. Попробовал дотронуться до контактов Д1 Д2, реле щелкнуло, покрутив переменник убедился что чувствительность меняется. Вроде бы все и надо успокоиться, но я вспомнил, что когда то я разбирал видеомагнитофон и нашел там два как я тогда подумал сопротивления (я не ошибся). Откопав эти сопротивления в куче радиодеталей попробовал одно из них подключить и посмотреть что получится. Вращая переменник добился, чтобы схема реагировала на пар исходящий из рта. Дышишь на датчик и реле срабатывает, таким образом получился датчик влажности воздуха.
Схема очень простая с доступными деталями (кроме сопротивления влажности из видеомагнитофона) . Применить устройство можно для включения вентиляции в ванной комнате, открытия форточки в теплице или парнике а если заменить сопротивление двумя электродами то можно включать автоматически полив растений.
При сборке используются следующие детали:
Переменный резистор 100 кОм тип R3296; Конденсаторы 0,022 мкФ керамика или пленочный, 220 мкФ х 16В электролит, 470мкФ х 25В электролит; Сопротивление 10 кОм 0,125Вт; Транзистор КТ315 с любым буквенным индексом или любой его аналог например BC847 ; Диод 1N4007 или любой другой аналогичный диод; Стабилизатор напряжения LM7809 (9B) или любой другой аналогичный; Реле LEG-12 или любое другое на 12В и тем-же расположением выводов; Микросхема К176ЛА7 или К561ЛА7 или CD4011 или любой её аналог, разница между микросхемами в напряжении питания;
При использовании микросхем К561ЛА7 и CD4011 вместо LM7809 нужно установить перемычку и реле 12В.
Если будет использоваться микросхема К176ЛА7, то вместо перемычки (видно на фото перемычка красного цвета между электролитами) надо впаять стабилизатор по схеме, так как питание этой микросхемы максимум 9В. Так же надо вместо реле 12В установить реле на 9В.
Вот что получилось у меня
Настройка схемы производится вращением переменного сопротивления R1 100 кОм.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| DD1 | Логическая ИС | К561ЛА7 | 1 | CD4011 | В блокнот | |
| IC1 | Линейный регулятор | LM7809 | 1 | В блокнот | ||
| VT1 | Биполярный транзистор | BC847 | 1 | В блокнот | ||
| VD1 | Выпрямительный диод | 1N4007 | 1 | В блокнот | ||
| C1 | 220мкФ 16В | 1 | К50-35 | В блокнот | ||
| C2 | Конденсатор | 2.2 нФ | 1 | К15-5 керамический | В блокнот | |
| C3 | Электролитический конденсатор | 470мкФ 25В | 1 | К50-35 | В блокнот | |
| R1 | Подстроечный резистор | 100 кОм | 1 |
Схема регулятора влажности, который предназначен для автоматического поддержания относительной влажности воздуха в диапазоне от 20 до 95 % с точностью не хуже ± 1,5 %.
Схема регулятора
Прибор состоит из гигрометрического датчика — гигристора R1, релейного устройства на транзисторах V2—V4, V7 и блока питания. На транзисторах V2—V4 релейного устройства собран триггер Шмитта.
При относительной влажности воздуха, ниже установленной на шкале переменного резистора R3, транзистор V4 открыт до насыщения, и на диоде V5 имеется такое напряжение, которое закрывает транзистор V2. Транзистор V7 выходного каскада также закрыт положительным напряжением на конденсаторе С2. Реле К1 обесточено.
Рис. 1. Схема регулятора влажности воздуха.
Воздух увлажняется. При увеличении относительной влажности сопротивление гигристора R1 уменьшается, а следовательно, увеличивается отрицательное напряжение на базе транзистора V2. Когда оно превысит напряжение на диоде V5, триггер Шмитта переключится: транзистор V2 откроется, a V4 закроется. Транзистор V7 откроется, сработает реле K1,-контакты которого управляют исполнительным механизмом.
Для повышения стабильности уровней срабатывания триггера Шмитта транзисторы V2 и V4 связаны через эмиттерный повторитель на транзисторе VЗ.
О включении напряжения питания и о режимах работы регулятора сигнализирует лампа H1. При включение регулятора в сеть и малой относительной влажности тог через лампу ограничивается резистором R9, и она светится слабо. Увеличение относительной влажности вызовет срабатывание реле К1, шунтирование резистора R9 контактами К1.1 и яркое свечение лампы Н1.
Детали и конструкция
В регуляторе реле К1 — РПУ-2 или РПГ на напряжение 24 В. В объектах с агрессивными или взрывоопасными средами реле К1 герметизируют.
Рис. 2. Конструкция датчика влажности воздуха.
Трансформатор Т1 намотан на магнитопроводе ШЛ12 X 16. Обмотка / содержит 5300 витков проводи ПЭВ-1 — 0,1, обмотка II — 480 витков провода ПЭВ-1 — 0,35, III — 145 витков провода ПЭВ-1 —0,21. Сигнальная лампа Н1 — КМ на 24 В и 35 мА.
Датчик влажности — гигристор R1 — можно изготовить самостоятельно из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм по размерам, показанным на рисунке. Вытравленные электроды датчика серебрят или лудят, затем обезжиривают, покрывают насыщенным раствором хлористого лития или поваренной соли и просушивают.
Сопротивление изготовленного датчика 120...30 кОм при относительной влажности воздуха 20...55%. Для работы в условиях повышенной влажности (50...95 %) датчик выполняют из двустороннего стеклотекстолита без последующего покрытия влагочувствительным составом.
Датчик к регулятору подсоединяют экранированным проводом.
Налаживание
Налаживание регулятора начинают с подбора резистора R2 для установки границ шкалы резистора R3, а затем градуируют шкалу. Для этого гигристор и контрольный психрометр помещают в камеру с изменяющейся влажностью. Психрометром определяют влажность в камере и, изменяя сопротивление резистора R3, добиваются срабатывания реле К1.
Каждому значению влажности в камере соответствует свое положение движка резистора R3. По полученным точкам строят шкалу регулирования влажности.
При эксплуатациии автоматического регулятора следует избегать конденсации влаги на гигристоре. Изменение характеристик датчика от запыления можно предотвратить, установив его вертикально и поместив в защитный кожух.
Микросхема TL431 — это регулируемый стабилитрон. Используется в роли источника опорного напряжения в схемах различных блоков питания.
Технические характеристики TL431
- напряжение на выходе: 2,5…36 вольт;
- выходное сопротивление: 0,2 Ом;
- прямой ток: 1…100 мА;
- погрешность: 0,5%, 1%, 2%;
TL431 имеет три вывода: катод, анод, вход.
Аналоги TL431
Отечественными аналогами TL431 являются:
- КР142ЕН19А
- К1156ЕР5Т
К зарубежным аналогам можно отнести:
- KA431AZ
- KIA431
- HA17431VP
- IR9431N
- AME431BxxxxBZ
- AS431A1D
- LM431BCM
Схемы включения TL431
Микросхема стабилитрон TL431 может использоваться не только в схемах питания. На базе TL431 можно сконструировать всевозможные световые и звуковые сигнализаторы. При помощи таких конструкций возможно контролировать множество разнообразных параметров. Самый основной параметр — контроль напряжения.
Переведя какой-нибудь физический показатель при помощи различных датчиков в показатель напряжения, возможно изготовить прибор, отслеживающий, например, температуру, влажность, уровень жидкости в емкости, степень освещенности, давление газа и жидкости. ниже приведем несколько схем включения управляемого стабилитрона TL431.
Данная схема является стабилизатором тока. Резистор R2 выполняет роль шунта, на котором за счет обратной связи устанавливается напряжения 2,5 вольт. В результате этого на выходе получаем постоянный ток равный I=2,5/R2.
Индикатор повышения напряжения
Работа данного индикатора организована таким образом, что при потенциале на управляющем контакте TL431 (вывод 1) меньше 2,5В, стабилитрон TL431 заперт, через него проходит только малый ток, обычно, менее 0,4 мА. Поскольку данной величины тока хватает для того чтобы светодиод светился, то что бы избежать этого, нужно просто параллельно светодиоду подсоединить сопротивление на 2…3 кОм.
В случае превышения потенциала, поступающего на управляющий вывод, больше 2,5 В, микросхема TL431 откроется и HL1 начнет гореть. Сопротивление R3 создает нужное ограничение тока, протекающий через HL1 и стабилитрон TL431. Максимальный ток проходящий через стабилитрон TL431 находится в районе 100 мА. Но у светодиода максимально допустимый ток составляет всего 20 мА. Поэтому в цепь светодиода необходимо добавить токоограничивающий резистор R3. Его сопротивление можно рассчитать по формуле:
R3 = (Uпит. – Uh1 – Uda)/Ih1
где Uпит. – напряжение питания; Uh1 – падение напряжения на светодиоде; Uda – напряжение на открытом TL431 (около 2 В); Ih1 – необходимый ток для светодиода (5…15мА). Также необходимо помнить, что для стабилитрона TL431 максимально допустимое напряжение составляет 36 В.
Величина напряжения Uз при котором срабатывает сигнализатор (светится светодиод), определяется делителем на сопротивлениях R1 и R2. Его параметры можно подсчитать по формуле:
R2 = 2,5 х Rl/(Uз — 2,5)
Если необходимо точно выставить уровень срабатывания, то необходимо на место сопротивления R2 установить подстроечный резистор, с бОльшим сопротивлением. После окончания точной настройки, данный подстроичник можно заменить на постоянный.
Иногда необходимо проверять несколько значений напряжения. В таком случае понадобятся несколько подобных сигнализатора на TL431 настроенных на свое напряжение.
Проверка исправности TL431
Выше приведенной схемой можно проверить TL431, заменив R1 и R2 одним переменным резистором на 100 кОм. В случае, если вращая движок переменного резистора светодиод засветиться, то TL431 исправен.
Индикатор низкого напряжения
Разница данной схемы от предшествующей в том, что светодиод подключен по иному. Данное подключение именуется инверсным, так как светодиод светится только когда микросхема TL431 заперта.
Если же контролируемое значение напряжения превосходит уровень, определенный делителем Rl и R2, микросхема TL431 открывается, и ток течет через сопротивление R3 и выводы 3-2 микросхемы TL431. На микросхеме в этот момент существует падение напряжения около 2В, и его явно не хватает для свечения светодиода. Для стопроцентного предотвращения загорания светодиода в его цепь дополнительно включены 2 диода.
В момент, когда исследуемая величина окажется меньше порога определенного делителем Rl и R2, микросхема TL431 закроется, и на ее выходе потенциал будет значительно выше 2В, вследствие этого светодиод HL1 засветится.
Индикатор изменения напряжения
Если необходимо следить всего лишь за изменением напряжения, то устройство будет выглядеть следующим образом:
В этой схеме использован двухцветный светодиод HL1. Если потенциал ниже порога установленного делителем R1 и R2, то светодиод горит зеленым цветом, если же выше порогового значения, то светодиод горит красным цветом. Если же светодиод совсем не светится, то это означает что контролируемое напряжение на уровне заданного порога (0,05…0,1В).
Работа TL431 совместно с датчиками
Если необходимо отслеживать изменение какого-нибудь физического процесса, то в этом случае сопротивление R2 необходимо поменять на датчик, характеризующейся изменением сопротивления вследствие внешнего воздействия.
Пример такого модуля приведен ниже. Для обобщения принципа работы на данной схеме отображены различные датчики. К примеру, если в качестве датчика применить , то в конечном итоге получится фотореле, реагирующее на степень освещенности. До тех пор пока освещение велико, сопротивление фототранзистора мало.
Вследствие этого напряжение на управляющем контакте TL431 ниже заданного уровня, из-за этого светодиод не горит. При уменьшении освещенности увеличивается сопротивление фототранзистора. По этой причине увеличивается потенциал на контакте управления стабилитрона TL431. При превышении порога срабатывания (2,5В) HL1 загорается.
Данную схему можно использовать как датчик влажности почвы. В этом случае вместо фототранзистора нужно подсоединить два нержавеющих электрода, которые втыкают в землю на небольшом расстоянии друг от друга. После высыхания почвы, сопротивление между электродами возрастает и это приводит к срабатыванию микросхемы TL431, светодиод загорается.
Если же в качестве датчика применить терморезистор, то можно сделать из данной схемы термостат. Уровень срабатывания схемы во всех случаях устанавливается посредством резистора R1.
TL431 в схеме со звуковой индикацией
Помимо приведенных световых устройств, на микросхеме TL431 можно смастерить и звуковой индикатор. Схема подобного устройства приведена ниже.
Данный звуковой сигнализатор можно применить в качестве контроля за уровнем воды в какой-либо емкости. Датчик представляет собой два нержавеющих электрода расположенных друг от друга на расстоянии 2-3 мм.
Как только вода коснется датчика, сопротивление его понизится, и микросхема TL431 войдет в линейный режим работы через сопротивления R1 и R2. В связи с этим появляется автогенерация на резонансной частоте излучателя и раздастся звуковой сигнал.
Калькулятор для TL431
Для облегчения расчетов можно воспользоваться калькулятором:
(103,4 Kb, скачано: 21 590)
(702,6 Kb, скачано: 14 618)
Аварийная ситуация, возникающая в системе холодного или горячего водоснабжения, всегда доставляет много неприятностей не только владельцу квартиры, но и всем соседям, особенно проживающим на нижних этажах. После нарушения герметичности водопровода, растекающаяся из него вода проходит по строительным конструкциям, повреждает обои, натяжные потолки, декоративные покрытия.
Особую опасность она доставляет бытовой электропроводке, нарушая состояние изоляции и создавая непредвиденные токи утечек, которые снижают и дома.
Предотвратить развитие серьёзных последствий протечки воды позволяет система автоматического оповещения жильцов, оперативно срабатывающая при появлении первых признаков влаги. Собрать ее под силу любому домашнему мастеру, умеющему паять простые радиолюбительские устройства.
- биполярном транзисторе NPN конструкции 2N5551 ;
- микросхеме К561ЛА7 ;
- микросхеме К561ЛН2 .
Как сделать датчик влажности
Он является общим элементом для любой из трех рассматриваемых схем и работает за счет электропроводности воды.
Датчик делают из двух электродов, которые могут располагаться в или вертикали относительно друг друга.
Горизонтальная конструкция контактных площадок
В состав входят два сухих электрода, которые могут быть различной конфигурации. Их удобно вырезать из фольгированной стеклопластиковой или гетинаксовой платы, прорезав не ней изолирующие дорожки.
С формой и габаритами датчика влажности можно поэкспериментировать, тщательно подобрать их к конкретным условиям размещения. Если нет под рукой платы, то контактные площадки вырезают из обычной фольги или жести, наклеивая их на плоскую диэлектрическую поверхность.
На один электрод подводится положительный потенциал электроэнергии, а на другой - отрицательный. Они разнесены на одинаковое расстояние, отделены воздушным зазором, обладающим высокими диэлектрическими свойствами.
Когда на электродах появляется влага, то через ее слой начинает проходить электрический ток, который изменяет состояние электронной схемы датчика протечки, вызывая срабатывание световой и звуковой сигнализации.
Вертикальная конструкция контактных площадок
Две полоски фольги размерами примерно 10х40 мм (габариты условны и принципиального значения не имеют) закрепляют параллельными плоскостями на небольшом удалении так, чтобы исключить их самопроизвольное касание при работе.
Подключать датчик влажности к электронной схеме лучше короткими проводами или использовать экран или витую пару.
Совет! Повысить чувствительность самодельного датчика можно простым действием - положить его контактными площадками на кусочек туалетной бумаги или несколько слоев марли, расположенной в месте вероятной протечки воды на полу. За счет гигроскопичных свойств этих материалов даже при небольшой влажности возникает хороший токопроводящий слой.
Датчик протечки воды на транзисторе 2N5551
Это наиболее простая, но вполне надежная схема, которую может собрать даже начинающий радиолюбитель.
Состав деталей
Кроме датчика влажности для работы электрической схемы потребуется:
- биполярный NPN транзистор 2N5551 или один из его аналогов: ВС517, ВС618, ВС 879, 2SD1207, 2SD1853, 2SD2088;
- светодиод VD1;
- элемент питания на 3 вольта, например, плоская литиевая батарейка;
- трехвольтовый пьезоизлучатель;
- соединительные провода.
Все эти детали помещаются в небольшую пластиковую коробочку, служащую корпусом и соединяются пайкой навесным монтажом.
Алгоритм срабатывания датчика протечки довольно прост. В сухом положении контактных площадок транзистор VT1 закрыт и через его полупроводниковый переход коллектор-эмиттер ток не проходит.
При появлении воды в датчике влажности между электродами возникает замыкание, положительный потенциал элемента питания поступает на базу транзистора и открывает переход от коллектора к эмиттеру.
Через пьезоизлучатель и параллельно подключенный светодиод начинает протекать ток. Включается звуковой и световой сигнал, оповещающие жильцов о повышенной влажности.
Сборку и работу подобной схемы на базе транзистора BC517 можно посмотреть в коротком видеоролике владельца “Руки из плеч”.
Датчик протечки воды на микросхеме К561ЛА7
Он работает по более сложной, но вполне доступной схеме, обладающей более высокой надежностью и чувствительностью.
Состав деталей
Кроме датчика влажности и микросхемы К561ЛА7 для сборки потребуется:
- биполярный транзистор VT1 серии КТ315Г;
- резисторы на 1 Мом,100 Ом и килооомные: 1,5 К, 10 К, 300 К;
- два полярных конденсатора на 2,2 и 47 микрофарад для работы под напряжением до 16 вольт;
- конденсатор на 200 пикофарад;
- светодиод;
- генератор звуковых волн ЗП-1;
- переключатель SA-1;
- источник питания.
Аналогами К561ЛА7 являются К176ЛА7, 564ЛА7, 164ЛА6, HFF4011BP, HCF4011BE, СD4011A, СD4011.
Схема не критична к уровню питающего напряжения и надежно работает при его пределах от 5 до 15 вольт.
Принцип работы электрической схемы
Когда на сухие контакты датчика влажности поступает напряжение от источника питания, то светодиод не горит, а звуковой генератор не вырабатывает сигналы: транзисторный переход эмиттер-коллектор находится в закрытом состоянии.
При появлении тока через датчик влажности сквозь ключи микросхемы потечет ток на базу транзистора, и он откроется. Загорится светодиод и сработает звуковая сигнализация.
Когда схема питается от сети, а не от автономного источника, то переключатель SA1 лучше перевести в нижнее положение. В этом случае светодиод станет сразу светиться, указывая на готовность датчика протечки к срабатыванию, а погаснет он при открытии транзистора.
Изменением емкости конденсатора С2 регулируют тональность звукового генератора.
Потребление тока электрической схемой составляет:
- примерно 1 мКа в режиме ожидания;
- 25 мА при срабатывании.
Датчик протечки воды на микросхеме К561ЛН2
Он работает по схеме, подобной предыдущей, тоже обладает высокой чувствительностью и надежностью.
Состав деталей
Кроме датчика влажности и микросхемы К561ЛН2 потребуется:
- биполярный транзистор VT1 серии КТ3107Д;
- резисторы на 3 Мом и 30 К три штуки, 430 К - два, 430 К и 57К - по одному;
- полярный конденсатор на 100 микрофарад для работы под напряжением до 16 вольт;
- конденсатор на 0,01 мк - два и 0,1 мк- тоже два;
- генератор звуковых волн ЗП-22;
- источник питания на 6÷9 вольт.
Принцип работы электрической схемы
При сухих контактах датчика влажности транзистор VD1 закрыт, а при появлении на них воды его полупроводниковый переход открывается и происходит запуск звукового генератора, выдающего сигнал тревоги.
Эта схема тоже обладает небольшим потреблением мощности. В режиме ожидания ток нагрузки источника напряжения не превышает 1 мКА, а при срабатывании он составляет порядка 3 мА.
Датчик протечки воды, собранный своими руками по любой из вышеприведенных электрических схем, можно установить в любом проблемном месте, где высока вероятность создания аварийной ситуации в системе водоснабжения под:
- стиральной или посудомоечной машиной;
- раковиной;
- ванной;
- системой питающих трубопроводов водоснабжения.
Его звуковое предупреждение своевременно оповестит жильцов квартиры о начале протечки воды, но не обеспечит ее автоматическое отключение. Выполнять такую функцию предназначены другие устройства, о которых рассказывает владелец видеоролика Remontkv.pro “Как не затопить соседей”.