Elektronika - baza wiedzy

Wykrywacz wylanej wody


Czujnik wilgoci zostal pomyslany jako urzadzenie wlaczane na czas wykonywania czynnosci grozacych zalaniem mieszkania woda. Poniewaz uklad w stanie spoczynku praktycznie nie pobiera pradu, nic nie stoi na przeszkodzie aby stosowac go takze jako stale zabezpieczenie, umieszczone na przyklad za pralka, czy pod zlewozmywakiem. Urzadzenie wyposazone zostalo w dwie pary czujników: jedna wykorzystywana jest przy wykrywaniu wody rozlanej na podlodze, druga moze posluzyc do detekcji nadmiernego poziomu wody w wannie (po zawieszeniu urzadzenia na brzegu wanny).

Opis ukladu
Jak widac, jest to uklad maksymalnie uproszczony i zrealizowany na zaledwie jednym ukladzie scalonym i kilku elementach dyskretnych. Do budowy czujnika uzyto popularnego, taniego i latwo dostepnego ukladu scalonego CMOS 4093. Uklad ten zawiera w swojej strukturze cztery bramki logiczne NAND z wejsciami z histereza. Bramka U1D pracuje jako wlasciwy czujnik wilgoci. W stanie spoczynkowym rezystor R1 wymusza na wejsciach tej bramki stan logiczny 1, co powoduje wystapienie stanu niskiego na jej wyjsciu. Wyjscie to polaczone jest z wejsciem 9 bramki U1C, na której zbudowany zostal generator przebiegów o czestotliwosci ok. 1Hz. W stanie spoczynkowym ukladu generator ten jest zablokowany, a stan wysoki z jego wyjscia po zanegowaniu przez bramke U1A podawany jest na wejscie 13 bramki U1B. Tak wiec zbudowany na tej bramce generator czestotliwosci akustycznej takze jest zablokowany.

Zobaczmy teraz, co sie stanie jezeli pomiedzy elektrody czujników dostanie sie woda. Tu na marginesie drobna uwaga: jezeli bedzie to woda czyli H2O to ... nic sie nie stanie! Czysta chemicznie woda nie przewodzi pradu i jezeli jakims cudem pomiedzy elektrody naszego czujnika dostalaby sie woda destylowana to urzadzenie nie zadziala. Badzmy jednak spokojni, woda chemicznie czysta w naszym otoczeniu z pewnoscia nie wystepuje, a juz na pewno nie ma jej w warszawskich wodociagach, gdzie obok H2O mamy do dyspozycji cala prawie tablice Mendelejewa.

Tak wiec pojawienie sie "cieczy wodociagowej" na elektrodach czujnika spowoduje powstanie dzielnika napieciowego Rw R1. Poniewaz rezystancja wody (Rw) bedzie z pewnoscia o co najmniej rzad wielkosci mniejsza niz R1, napiecie na wejsciach bramki U1D przekroczy dolny próg przelaczania i na jej wyjsciu pojawi sie stan wysoki. W konsekwencji tego faktu uruchomiony zostanie generator z U1C a takze kluczowany przez niego generator akustyczny U1B. Nasz uklad zacznie wydawac bardzo glosne piski, które z pewnoscia zaalarmuja wszystkich domowników.

Warto jeszcze wspomniec o roli diod D1 i D2. Zabezpieczaja one wrazliwe na przepiecia wejscia bramki U1D przed uszkodzeniem. Dioda D1 zewrze do plusa zasilania napiecie o 0,6V wyzsze od Vcc, a dioda D2 napiecia ujemne wzgledem masy zasilania.

Zmontowany uklad nie wymaga uruchamiania, a jedynie prostej regulacji. Potencjometrem PR1 ustawiamy czestotliwosc generatora akustycznego na najwieksza sile glosu. W prototypie ukladu potencjometr regulacyjny nie byl zastosowany, poniewaz autor sadzil, ze wystarczy zastosowac jedynie odpowiednio dobrany rezystor. Jednak ze wzgledu na znaczny rozrzut parametrów przetworników piezo takie rozwiazanie okazalo sie nie do przyjecia.

Uklad w stanie spoczynku praktycznie nie pobiera pradu (w stanie pobudzenia tez niewiele) i moze byc zasilany z baterii, nawet jezeli wykorzystujemy go jako staly czujnik alarmujacy w wypadku powstania wycieku wody. Jednakze najbardziej przezorni moga wyposazyc go w zasilacz sieciowy, najlepiej typu "kalkulatorowego" o napieciu wyjsciowym 9 ... 12VDC.