Традиционный подход к разработке устройств автоматизации содержит этапы проектирования и изготовления печатных плат и корпусов, а также, в случае использования микроконтроллеров, этап разработки программы и программирование микроконтроллеров.
Мое хобби в создании таких устройств сводится к стремлению избежать этапа изготовления печатных плат, либо сделать этот этап максимально простым; всеми силами избегать проектирование и изготовление корпусов. В некоторых случаях, применить микроконтроллеры, но избежать написание программ и программирование устройств.
Далее продемонстрирую этот подход на примере изготовления датчика утечки воды.
Этот датчик имеет более широкую сферу применения. На его основе можно делать датчики, которые должны работать автономно, но не потреблять(почти) энергию в дежурном режиме. Это датчики обнаружения различных аварийных ситуаций, например, контроль несанкционированного открытия окон и дверей, обнаружение пересечения охраняемого периметра.
Особенностью данного технического решения является тот факт, что датчик не потребляет ток от батарейки (примерно 0.1 мкА), что ограничивает срок работы на одном элементе CR2032 лишь временем саморазряда батарейки.
Конструкцию датчика условно можно разделить на три части: базовую, сенсорную и исполнительную.
Базовая часть:
1) Инвертор SN74LVC1G04DBVR +резистор 1МОм , “Чип и Дип”, 9 руб.
Схема базовой части очень простая (рассказываю ее словами, чтобы было понятно не специалисту в схемотехнике):
Инвертор с резистором подтяжки:
A(2) - первый контакт сенсора,
Vcc(5)-плюс CR2032;
GND(3) минус CR2032 и второй контакт сенсора,
Y(4) -выход к исполнительной части (питание зуммера или радио модуля),
Резистор 1МОм соединяет A и Vcc.
Остальные детали покупал на Алиэкспресс, цена с учетом стоимости доставки.
2) Корпус 40x20x11 мм3 , 34 руб;
3) Плата для пайки SMD(не обязательно), 3 руб;
4) Держатель батарейки, 10 руб.
Базовая часть практически не потребляет энергии в режиме ожидания и обеспечивает при низком входном сопротивлении сенсорной части выходное напряжение логической единицы с максимальным током до 25 мА, что достаточно для работы различных исполнительных устройств.
Схема соединений такая:
Сенсорная часть для обнаружения утечки воды изготавливается из медной пластины 0.5x15x15 мм3, 10 руб, которая разрезается на две равные части.
Две части пластины впаиваются параллельно в основание корпуса и являются контактами сенсора с контролируемой поверхностью. При желании разместить базовую часть на стене, сенсорную часть можно сделать из 2-х жильного провода с двумя контактами.
Исполнительная часть зависит от реализуемого варианта функций датчика.
Вариант 1: Зуммер, 10 руб.- обеспечивает звуковое оповещение о возникновении аварийной ситуации.
Вариант 2: Релейный модуль, 70 руб
.- обеспечивает включение двигателя для закрытия шарового крана, установленного на трубопроводе подачи воды.
Вариант 3: Модуль передатчика 433 МГц, от 50 руб.- обеспечивает большую дальность связи и меньшее потребление, чем модули BLE при равной мощности в эфире.
Вариант 4: Модуль BLE от 80 руб. - позволяет принять данный сигнал на смартфон. Модуль не требует программирования. При возникновении аварийной ситуации, базовая часть подает питание на модуль BLE, который начинает излучать сигнал рекламы в эфир. Этот сигнал принимает устройство управления двигателем перекрытия воды, либо смартфон.
В итоге,
затраты на создание полноценного автономного датчика утечки воды, который может многими годами находится в дежурном состоянии, составляют от 70 до 150 рублей (без стоимости батарейки).
Изготовление такого датчика не требует ни разработки печатной платы или корпуса, ни их изготовление, ни умения программировать микроконтроллеры.
Достоинством данного решения является нулевое потребление в дежурном режиме.
Это означает, что при отсутствии саморазряда CR2032, ее емкость в 200 мАч теоретически обеспечит работоспособность датчика в течении 2000000 часов или 22 года.
Поэтому рекомендую раз в год, например, 1 января проверять датчик путем замыкания сенсора накоротко. Через пять лет заменить батарейку на новую (50 рублей в 5 лет это тоже почти даром).
Кроме того, конструкция датчика сделана таким образом,что легко вынуть батарейку или присоединить к ней светодиод для проверки.
Все варианты испытывались.
С модулями 433, BLE как и WiFi работаю давно. Есть целый зверинец. Любой купленный модуль BLE (например, PB-03F цена 89 руб) при подаче напряжения питания начинает передавать рекламу имя модуля в эфире ai-thinker,ток потребления 6 мА. Рекламу можно принять на смартфон.
Комментарии (46)
eteh
05.07.2025 10:17Так это же по сути обычный дискретный датчик, срабатывающий от контактов электродов с проводящей средой, в данном случае жидкостью)
LinkToOS
05.07.2025 10:17Датчик здесь, это "кнопка", контакты которой замыкает вода. Дистиллированная вода контакты не замкнет. К счастью в кране вода не такая.
Решение так себе. Может возникнуть генерация на выходе микросхемы. Может вообще не сработать, без подбора резистора или расстояния между пластинами. После срабатывания будет разряжать батарейку неограниченное время, пока датчик не высохнет.
nikolz Автор
05.07.2025 10:17Чтобы сработал датчик достаточно сопротивления 100 ком. В данном варианте, сопротивление между контактами при наличии воды составляет от 10 кОм.
nikolz Автор
05.07.2025 10:17или пока не зальет соседей полностью.
Если произошел потоп и датчик сигналит, то закройте воду, уберите датчик. Когда датчик поднимите с пола, то он перестанет работать.Когда пол высохнет снова положите датчик и спите спокойно до следующего потопа.
Visualynx
05.07.2025 10:17датчик же у соседей воду не перекроет, так что спать надо все равно с опаской )
eteh
05.07.2025 10:17Ну при нормальном расстоянии между электродами - странно слышать о высыхании датчика - обычно ушла вода - контакт разомкнулся. По факту это 2 штыря которые либо погрузятся в проводник, либо нет.
randomsimplenumber
05.07.2025 10:17Может возникнуть генерация на выходе микросхемы
Для генерации фазосдвигающая цепочка нужна.
nikolz Автор
05.07.2025 10:17за счет чего возникнет генерация? где положительная обратная связь?
randomsimplenumber
05.07.2025 10:17Будет фазосдвигающая цепочка - будет положительная обратная связь. Вот откуда ее взять.. да и обычно для генератора нужно 2 инвертора.
xSVPx
05.07.2025 10:17Сработает если сверху побрызгать корпус :)?
Нормальные, копеечные, беспроводные датчики стоят всего раза в два дороже, но при этом имеют довольно сложный корпус позволяющий им детектировать воду как снизу так и сверху и в небольшом довольно количестве...
Этот вообще зачем нужен то ?
nikolz Автор
05.07.2025 10:17если побрызгать то не сработает. Сработает, если вода покроет непрерывным слоем поверхность между контактами. У меня расстояние между лезвиями контактов 5 мм.
randomsimplenumber
05.07.2025 10:17А полевых транзисторов не было? или целый инвертор дешевле? ;)
nikolz Автор
05.07.2025 10:17просто полевой транзистор проблему с нулевым потреблением просто не решит.
В инверторе это уже решено. Его схема обеспечивает практически нулевой ток в статическом состоянии.
fio
05.07.2025 10:17Не хватает одной важной сервисной функции - контроль питания. Если батарея тихо померла, то протечка останется незамеченной
nikolz Автор
05.07.2025 10:17Достоинство этого решения в нулевом потреблении.
Поэтому рекомендую 1 раз в год проверять датчик путем замыкания сенсора накоротко.
Один раз в 5 лет менять батарейку.
Кроме того, конструкция датчика сделана таким образом,легко вынуть батарейку или присоединить к ней светодиод для проверки.
Рекомендацию добавил в статью.
debirs
05.07.2025 10:17А мне, почему то, сразу пришел на ум кусочек сахара между подпружиненными контактами. И потребление нулевое, и на дистиллированную воду сработает
nikolz Автор
05.07.2025 10:17У Вас дома по трубам течет дистиллированная вода? Трубы из кварцевого стекла? А источник воды откуда?
randomsimplenumber
05.07.2025 10:17Креативно ;) Но время срабатывания абсолютно произвольное. И нужно поэкспериментировать с силой пружин, размерами и сортом кубика сахара..
nikolz Автор
05.07.2025 10:17интересно будет прочитать
Сомневаюсь, что будет проще и дешевле 10 руб (стоимость инвертора)
Так как все остальное останется. Вы замените два неподвижных контакта и инвертор. пружинными контактами и сахаром.
forgot10
05.07.2025 10:17Смотря относительно чего. Я вот могу не услышать звук пищалки и игнорировать сигнал часами, а если в магазине или на даче, то и днями.
В этом разрезе лишние 10-60 секунд кристаллика сахара роли не сыграют вообще :)
Так что увы нет, никакого смысла в этом решении нет если оно не минимизирует время реации кожаного мешка. Лучше уж пусть дорого, но автоматизированно от 220 сети с мини батарейкой и физическим краном перекрывающим воду.
Кстати это решение с сахаром видел в каком-то старом советстком журнале в виде "датчика дождя".
Moog_Prodigy
05.07.2025 10:17У сахарного датчика есть принципиальный недостаток. Сахар набирает влагу из воздуха, в туалете\ванне влажность доходит до 100% иногда. И кусочек сахара просто развалится от этого. Просто попробуйте подержать кусочек рафинада в ванной какое-то время.
forgot10
05.07.2025 10:17Разве кристалл так намокает? Нужны тесты :)
Нет-нет, не кусочек, а именно кристалл около 1мм. Цельный.
Alex-Freeman
05.07.2025 10:17Спасибо, в свое время искал компактный вариант датчика, чтобы засунуть в фонарь для дайвинга. Жаль тогда не было статьи. Купил на ali готовый за $5, но он гораздо крупнее и пришлось колхозить. Кстати на али есть уже готовые пластины с гребенкой, для сенсора. Есть вариант на пленке, есть из текстолита, всех форм и размеров
serafims
05.07.2025 10:17Медная пластина окисляется. Тестировали ли со слоем патины на контактах?
nikolz Автор
05.07.2025 10:17Сенсоры можно сделать из любого материала.
Можно взять два винта нержавейки, две заклепки из алюминия, два угольных стержня.
Медные взял так как к ним легко паять и они почти даром.
SmartTherm
05.07.2025 10:17я правильно понимаю, что варианты 2,3,4 не испытвались?
Вариант 4: Модуль BLE от 80 руб. - позволяет принять данный сигнал на смартфон.
как вы это себе представляете?
Модуль не требует программирования. При возникновении аварийной ситуации, базовая часть подает питание на модуль BLE, который начинает излучать сигнал рекламы в эфир. Этот сигнал принимает устройство управления двигателем перекрытия воды, либо смартфон.
упсь. Внезапно появляется некое устройство управления двигателем, которое должно ловить конкретный сигнал. Святым духом, без программирования и финансовых затрат. Ну или смартфон, который, допустим, три года лежит где-то рядом, воткнутый в блок питания с потреблением допустим 1 ватт, который съест за год 26 квт-часов, что по нынешним ценам будет стоить еще 210 рублей. И в час икс смартфон опять-таки святым духом, без написания программ ловит сигнал рекламы, и - что дальше?
nikolz Автор
05.07.2025 10:17Все варианты испытывались.
С модулями 433, BLE как и WiFi работаю давно. Есть целый зверинец. Любой купленный модуль BLE (например, PB-03F цена 89 руб) при подаче напряжения питания начинает передавать рекламу имя модуля в эфире ai-thinker,ток потребления 6 мА. Рекламу можно принять на смартфон.
-----------------
Тема статьи - датчик, а не система предотвращения утечки воды. Датчик является функционально законченным устройством. Его задача оповестить об аварии. Что делать по этому сигналу я в данной статье не рассматриваю.
586
05.07.2025 10:17Инвертор SN74LVC1G04DBVR +резистор 1МОм
Что такое инвертор и зачем он нужен? Где схема подключения?
Как я понимаю, в простейшем варианте достаточно схемы мультивибратора, подключенного к пищалке и два контакта снизу, служащие кнопкой включения.
В принципе, для ситуации "протечка, когда хозяин дома", этого необходимо и достаточно.
Но, если хозяин не дома? Лучше, конечно, послать SMS или позвонить. Да, есть недорогие gsm-модули. Но датчик-то не один. Как минимум туалет, ванна, кухня. В каждой из которых опять же по несколько точек типа раковина, душ, стиралка. Заводить кучу симок, кормить мобильных операторов и надеяться, что не забудешь вовремя пополнить счёт одного из датчиков и симка не заблокируется? Завести одно центральное устройство? А как его связывать с датчиками? Тянуть провода через всю квартиру нет желания. Wi-fi может не работать, да и света может не быть.
Никаких "умных домов" городить не хочется. Как показывает практика, это "геморрой за свои же деньги". Как решить - не знаю. Буду благодарен, если кто подскажет.
JBFW
05.07.2025 10:17Задача "умного дома" из магазина - успешно продаться, желательно подороже. С этой задачей магазинный умный дом вполне справляется.
А вот для решения задачи, подобной вашей - и инструменты должны быть другие.
Начиная от "протягивать провода по дому" до самолепных конструкций наподобие вот этой, только вместо пищалки или светодиода дёргать, к примеру, ESP в режиме espnow, чтобы датчик отправлял аларм-пакет на общий приемник, и засыпал на час.И уже с приемника сообщений - хоть через gsm-модуль, хоть через проводной интернет, смотря что там у вас есть.
Если протечек нет - достаточно раз в день сообщения от приемника "я еще живой".
Если есть - ESP включится и оповестит, "сработал датчик 3". Если через час не высохло - еще раз оповестит.Ну, как-то так.
Тут важнее организационная часть: ну протечка, ну и чо? Протечка в квартире, а вы в Турции в отпуске - что делать будем? Вас соседи надёжнее оповестят...586
05.07.2025 10:17дёргать, к примеру, ESP в режиме espnow
Что такое ESP? Гугл утверждает, что это система курсовой устойчивости автомобиля.
Тут важнее организационная часть: ну протечка, ну и чо? Протечка в квартире, а вы в Турции в отпуске - что делать будем? Вас соседи надёжнее оповестят...
У меня работа недалеко от дома, если что - добежать недолго. Ну а если я в отпуске, значит у кого-то есть ключи для "цветы полить и котика покормить".
Как соседи-то надежнее оповестят? Кроме соседа рядом никого в подъезде не знаю, соответственно и меня не знают и никак не свяжутся. Был уже случай, когда прорвало трубу на десятом этаже и залило всех до первого. Пара квартир - никто не жил, остальные кто на работе был, кто где.
NickDoom
05.07.2025 10:17Вспомнилось, как панически делал автополив цветов во время локдауна, потому что ХЗ когда ещё будет возможность до них добраться и полить… слава всем богам, общий герметичный поддон уже был. Там стояла перевёрнутая бутылка от кулера, которой хватило бы хорошо если на неделю.
У меня была полная ванна воды, китайский таймер, БП и китайский погружной насос на 12 В, старое советское реле и пара транзисторов КТ-какие-то-там. «Единственное, что вызывало у меня опасение — это трубки от капельниц, состыкованные фольгой-самоклейкой, но я знал, что рано или поздно мы докатимся и до этой дряни».
В итоге я собрал из КТ пару Дарлингтона, на таймере отложил время, чуть большее, чем нужно для наполнения поддона (два раза в сутки для гарантии), а чтобы лишнего не налило — подвесил над водой электрод от базы составного транзистора. Сопротивления подобрал практически с первой попытки, чтобы от наводок не срабатывало, но от малейшего прикосновения к воде сразу щёлкало реле (на всякий случай диод от самоиндукции тоже добавил, хотя система необратимая — обратно открывшиеся транзисторы не закрываются до снятия питания).
Чтобы не жрался электрокоррозией электрод — прицепил вторую пару контактов реле параллельно датчику. Т. е. цикл простой, как сибирский валенок: таймер включает блок питания, тот даёт «двенашку» на систему и, через нормально замкнутые контакты реле, на насос. Тот качает до достижения уровня. Когда он достигнут — вода касается электрода (второй в воде постоянно) и «дарлингтон» тут же даёт ту же «двенашку» на реле. Оно отключает насос и второй парой контактов закорачивает электроды, снимая с них напряжение и предотвращая электрокоррозию. Так оно и продолжает торчать в самозаблокированном состоянии, пока не истечёт максимальное время полива и таймер не отключит блок питания вместе со всей системой.
Мог бы статью написать, но схема с номиналами где-то валяется, а кроме неё — всё остальное уже только что написал %) Единственное — пробки для ванн неидеальны, так что пришлось замазать сверху жёлтой субстанцией, в которой продавался колбасный сыр.
В планах было добавить мозги от убитой клавиатуры, чтобы ещё одна пара контактов изображала из себя какую-нибудь кнопку, а какой-нибудь первый пень под убунтой-сервер мне ежедневно мыло скидывал (сколько минут занял полив, и если упёрлось в максимально отведённое время или, наоборот, ноль — значит, с системой что-то сильно не так), но до этой, по иронии судьбы наиболее хаброугодной, части дело так и не дошло :(
Keks650
А схема-то где?
nikolz Автор
добавил
B0risBritwa
Куда ты ее добавил?
nikolz Автор
Изображение чипа. В подписи написано куда подключить батарейку, резистор и сенсор. Специально для тех, кто схемы не умеет читать. Кто умеет, тому схема инвертора с резистором-подтяжкой не требуется.
telobezumnoe
мда, а второй контакт сенсора особенно те кто читать схемы не умеют нужно в воздухе повесить?
nikolz Автор
вроде бы написано - к GND