Например TDA7294

РадиоКот >Схемы >Цифровые устройства >Бытовая техника >

Теги статьи: Добавить тег

«Водосчётчик anywhere», или система дистанционного считывания показаний приборов учёта воды

Автор: Секретный кот
Опубликовано 16.09.2013
Создано при помощи КотоРед.

В наш обиход всё увереннее входят самые разнообразные счётчики потребляемых ресурсов, иногда помогающие немного сэкономить на оплате коммунальных услуг. Первыми из них (после электросчётчиков, разумеется) обычно становятся приборы учёта расхода воды. Всё бы было замечательно, если бы в большинстве домов (особенно старой постройки) для них было предусмотрено подходящее место! Например, в моём случае водосчётчики оказались в самом тёмном углу санузла, так что ежемесячное считывание показаний обернулось увлекательным залезанием под унитаз с фонариком :) .

Казалось бы, остаётся только смириться с таким положением дел, но ещё в процессе установки счётчиков воды я обратил внимание на то, что из них выходят какие-то провода (рис. 1):

«Это для подключения к централизованной системе снятия показаний», – сказал мастер. – «но не ждите, что в вашем доме её скоро установят». Мне, как любителю всяческих систем, это дало хорошую пищу для дальнейших размышлений. Их результат я и хочу предложить вашему вниманию.

Поскольку видеть «набежавшие» литры хотелось не только в туалете, а тянуть туда провода категорически не хотелось, была разработана система, состоящая из двух блоков: считывателя-передатчика с батарейным питанием, устанавливаемого в санузле, и приёмника-индикатора, выполненного в виде настольных часов с дополнительными функциями.

 

Считыватель-передатчик

Изучение паспорта на водосчётчик внесло некоторую ясность в то, на что годится выходящая из него сигнальная линия. Оказалось, что внутри счётчика находится герконовый датчик, срабатывающий и отпускающий контакты после прохождения каждых 10 литров воды. В документе также указывалось, что выходной сигнал соответствует некому стандарту NAMUR. Беглый поиск в интернете выдал следующую схему подключения геркона по этому стандарту (рис. 2):

Как мы видим, кроме собственно геркона в схеме присутствует два дополнительных резистора R1 и R2, один из которых включён параллельно, а другой – последовательно с контактами геркона. Сразу нужно сказать, что никакой пользы для дела учёта воды они не приносят, а нужны лишь для контроля обрыва и короткого замыкания проводов на участке от счётчика до контрольного устройства. Сопротивление шлейфа счётчика соответственно принимает значение R2 или R1+R2 при замкнутых и разомкнутых контактах геркона соответственно.

В качестве принципа действия системы было решено выбрать передачу импульсов счётчика по радиоканалу и их подсчёт в приёмном устройстве, снабжённом дисплеем. Такой подход позволил сделать блок считывания предельно простым и, следовательно, минимально требовательным в части расхода энергии. За основу передатчика был взят один из многочисленных пультов от радиоуправляемых машинок, сломанных моим маленьким сынишкой ;) .

Схема пульта, выбранного в качестве основы для блока считывания, оказалась построена на базе микросхемы PT8A977B фирмы Pericom Technologies. Типовая схема включения этой микросхемы показана на рис. 3. Микросхема обеспечивает обработку нажатий до 5 кнопок с возможностью управления питанием передающего каскада. Собственное потребление микросхемы составляет не более 5 мкА в режиме ожидания и не более 100 мкА при нажатых кнопках.

На первый взгляд казалось возможным обойтись вообще без переделок исходной схемы, просто подключив выходы счётчиков вместо кнопок пульта. В реальности всё оказалось сложнее: во-первых, из-за наличия схемы NAMUR, а во-вторых, из-за возможного длительного нахождения контактов счётчиков в замкнутом состоянии. Таким образом, между водосчётчиками и радиопередатчиком потребовался «посредник», преобразующий сигнал стандарта NAMUR в простые логические уровни «0/1» и ограничивающий длительность передаваемых импульсов. Вероятно, весь этот функционал можно было реализовать на аналоговых микросхемах, но мне оказалось проще применить один микроконтроллер типа ATTiny13V (рис. 4):

Схема подключается к точкам с соответствующими номерами, отмеченным красным на рис. 4. В основном микроконтроллер находится в спящем режиме, ожидая поступления прерываний от контактов счётчиков. При их поступлении он «просыпается» и формирует импульсы нормированной длительностью 250 мс на выходах сигналов HOT и COLD. Для повышения помехозащищённости и для более удобной обработки импульсов на приёмной стороне они сопровождаются стробирующим импульсом такой же длительности на выходе STROBE. Внешний вид блока считывания, смонтированного в корпусе пульта управления, показан на рис. 5, 6:

 

Приёмник-индикатор

Так как следование импульсов счётчиков не ограничено во времени и носит случайный характер, очевидным требованием к блоку приёма и индикации является его круглосуточная работа и готовность принимать эти импульсы. Поскольку плодить лишние устройства, вдобавок потребляющие электроэнергию 24 часа в сутки, желания не было, решено было снабдить этой функцией обычные настольные часы. В первоначальном (заводском) варианте это были обычные китайские часы-будильник со светодиодным индикатором, проработавшие у меня около 6 лет (рис. 7):

Главным их недостатком оказался отсчёт времени без использования кварцевого резонатора, за счёт синхронизации с частотой электросети. Когда погрешность хода этих часов начала достигать ±20 минут в сутки (!), их решено было отключить и убрать до лучших времён. И вот для их переделки нашёлся очень удачный повод.

В результате беглого ознакомления с родной «начинкой» часов стало ясно, что использовать из неё можно только сетевой трансформатор. Так как хотелось сделать новые часы максимально информативными и универсальными, в качестве их дисплея было решено применить двухстрочный жидкокристаллический индикатор 16х2 с подсветкой, хорошо подходящий по размерам к «окошку» в корпусе. Схема нового варианта часов показана на рис. 8:

Точный отсчёт времени и бесперебойный ход часов при пропадании сетевого напряжения осуществляется микросхемой DD3 типа DS1307. Измерение комнатной температуры производится раз в минуту с использованием микросхемы DD1 типа DS18B20. Основу устройства составляет микроконтроллер DD2 типа ATMega8515, осуществляющий обработку нажатий кнопок, считывание данных часов и термометра, получение и подсчёт радиоимпульсов водосчётчиков, вывод информации на индикатор и подачу звуковых сигналов на динамик BA1. Микроконтроллер работает с тактированием от встроенного RC-резонатора, что позволило дополнительно снизить габариты платы (рис. 9):

Разъём X1 на плате часов предназначен для подключения приёмного радиомодуля, «позаимствованного» из сломанной игрушки. Схема этой платы (с отмеченными точками подключения к схеме часов) и её внешний вид после удаления лишних деталей показаны на рис. 10,11.

Внешний вид получившегося устройства в сборе показан на рис. 12:

 

Работа с системой

Считыватель-передатчик нашей системы фактически получился необслуживаемым (за исключением замены батарей), поэтому вся работа производится только с приёмником-индикатором (часами). В соответствии с потребностями автора часы имеют минимально необходимую функциональность. Управление осуществляется четырьмя кнопками MODE, SET, NEXT(+), BACK(-). Сразу после подачи питания на дисплее отображается основной экран (рис. 13), содержащий следующую информацию: текущее время, день недели и дата, температура воздуха. Дополнительно на экране могут отображаться символ включённого будильника и индикатор активности радиоканала (слева и справа от часов соответственно):

Нажатиями кнопки MODE осуществляется переключение режимов индикации, или экранов устройства. Второй экран содержит накопленные с момента последнего обнуления показания водосчётчиков:

Показания выводятся с точностью 0,1 м3 и непосредственно пригодны для передачи в расчётные центры. Для их обнуления (например, после ежемесячного считывания), достаточно нажать кнопку BACK(-). Следующее нажатие кнопки MODE вызывает экран с информацией о версии прошивки и авторе, а ещё одно нажатие возвращает нас к основному экрану (рис. 13). Устройство может отображать каждый экран неограниченно долго; этим можно воспользоваться, например, для контроля расхода воды в реальном времени.

Для настройки устройства используется кнопка SET, переводящая устройство в режим установки параметров. Если эта кнопка была нажата во время отображения основного экрана, появляется экран установки времени (рис. 15):

Редактируемый параметр подчёркивается двумя чёрточками в нижней строке, его увеличение и уменьшение производится кнопками NEXT(+) и BACK(-) соответственно, а переход к следующему параметру осуществляется кнопкой SET. Обратим внимание, что вместо корректировки секунд обе клавиши NEXT(+) и BACK(-) производят их обнуление, что полезно для точной настройки часов по сигналам точного времени. По завершению ввода часов, минут и секунд следующее нажатие кнопки SET вызывает экран установки даты (рис. 16):

Редактирование параметров на этом экране осуществляется аналогичным образом. Отметим, что текущее число автоматически корректируется после ввода текущего месяца, что не позволяет по ошибке задать неправильную дату, например 31 апреля или 30 февраля. Год в настройках можно выбрать в пределах (20)13-(20)25. День недели вычисляется автоматически. Следующее нажатие кнопки SET вызывает экран настройки будильника (рис. 17):

Здесь как обычно, по очереди настраиваются часы и минуты срабатывания будильника, а также режим его работы (последний параметр). Режим циклически выбирается из следующих:

Пн-Вс – срабатывание в определённый день недели

$$ – срабатывание только по рабочим дням

** – ежедневное срабатывание

-- – будильник отключён

Если кнопка SET нажата во время отображения показаний водосчётчиков, она вызывает экран настройки показаний счётчиков (рис. 18). Это бывает полезно, если по каким-либо причинам (например, из-за отключения электричества) показания системы разошлись с реальными показаниями счётчиков.

Кнопками NEXT(+) и BACK(-) можно осуществить подстройку накопленных показаний с интервалом 0,1 м 3 . Выбор редактируемого параметра производится, как обычно, кнопкой SET. Чтобы в любой момент вернуться в основной экран из экранов настройки, достаточно нажать кнопку MODE.

 

Примечания по сборке и настройке

Ввиду того, что схемы обоих блоков получились предельно простыми, печатные платы для них не разрабатывались. Честно говоря, на изготовление такой платы у автора ушло бы в несколько раз больше времени, чем на сборку и отладку готовых устройств на макетных платах, вместе взятых. Оба устройства требуют минимальной настройки, которая заключается в основном в выборе правильной длины приёмной и передающей антенн.

Штатные антенны от радиоуправляемой игрушки (телескопическая длиной 30 см на пульте и отрезок провода длиной 10 см на приёмнике) обеспечивают лишь минимальную дальность связи: около 5-6 метров в пределах прямой видимости. С учётом реальных расстояний в пределах квартиры, а также наличия, как правило, железобетонных стен между ванной и остальным жилищем, этого явно недостаточно. Поэтому обе антенны были заменены на отрезки гибкого провода, а подбор его длины производился экспериментальным путём. Практика показала, что при длине передающей антенны около 0,6 м, а приёмной – 1 м радиосигнал прекрасно принимается в пределах всей квартиры (расстояние между передатчиком и приёмником около 25 м, с учётом двух бетонных перегородок). При этом очевидно, что и такая дальность – не предел, и устойчивой работы радиоканала можно будет добиться даже в двух-трёхэтажном доме.

 

Заключение

В заключение коснёмся ранее не затрагивавшихся вопросов устойчивости и помехозащищённости системы. На первый взгляд может показаться, что её нетрудно «сбить с толку» любой радиоуправляемой игрушкой того же диапазона. На самом деле это не так, так как не зря в схеме применено стробирование данных при помощи сигнала TURBO микросхемы PT8A977В! Автору ещё не попадался ни один радиопульт, в котором этот сигнал был бы задействован, а значит, даже если ваш самый близкий сосед вдруг вздумает впасть в детство и поуправлять игрушечной машинкой, стабильности системы ничего не угрожает. Не говоря уже о том, что сигнал соседского пульта со штатной антенной, скорее всего, просто «не добьёт» до нашего приёмника.

На случай кратковременного пропадания сетевого электропитания в нашем приёмном устройстве применена энергонезависимая микросхема часов, а все важные параметры (включая показания счётчиков) сохраняются в EEPROM микроконтроллера. При отключении электричества подсчёт 10-литровых импульсов, конечно, приостанавливается, но накопленное значение не теряется и его можно впоследствии подкорректировать в ручном режиме.

Несмотря на то, что за счёт применения простых делителей в устройстве считывания его статическое потребление тока получилось сравнительно большим (от 250 до 400 мкА), опыт работы с системой показал, что одного комплекта из двух щелочных батареек АА уверенно хватает на 4-5 месяцев бесперебойной работы передатчика. Данный результат можно считать вполне приемлемым.

Устройство получилось настолько простым и полезным, что просто не хочется останавливаться на достигнутом. Во-первых, не составит абсолютно никакого труда добавить ему в дальнейшем функции отображения и других счётчиков, например электроэнергии или газа. Во-вторых, так как радиосигнал принимается в любой точке жилища, таких устройств в доме может быть несколько, т.е. этой функцией можно без труда оснастить и другие часы либо прочие гаджеты. Ну и в-третьих, принимаемая по радио информация явно достойна большего, чем простое отображение её на экране настольных часов. Например, можно сделать модуль, передающий принятые показания счётчиков на интранет-сайт или сервер умного дома, а там уже реализовать программы подсчёта суточного потребления, индикаторы перерасхода и прочее. Нелишне также вспомнить, что некоторые управляющие компании способны принимать показания счётчиков автоматизированно, при помощи телефонной линии и DTMF сигналов… ну это уже совсем розовые мечты :) . Впрочем, кто знает, может и они однажды станут реальностью?


Файлы:
Прошивки


Все вопросы в Форум.




Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

9 1 0
1 0 2