Чувствительное устройство сигнализации
В схеме по рис. 4.54 ток через мультивибратор на транзисторах со взаимно дополняющими структурами течет только тогда, когда на транзистор V1 подается напряжение управления. В темноте очень малый остаточный ток течет через транзисторы, имеющие достаточно большой коэффициент усиления, у транзисторов ГТ322Б, например, при комнатной температуре в большинстве случаев он составляет менее 30 мкА. Устройство по рис. 4.54 подает сигнал тревоги, если при напряжении питания 2 В ток увеличивается примерно на 10 мА (измерено с помощью магнитоэлектрического прибора), т. е. один аккумулятор RZP2 достаточен для обеспечения работы устройства сигнализации в течение нескольких месяцев, если, конечно, не будет необходимости в постоянной подаче сигнала тревоги. В последнем случае заряда этого аккумулятора хватит на 50 ч.
В других случаях применения мультивибратора на транзисторах со взаимно дополняющими структурами в первом каскаде устанавливают кремниевый транзистор р-n-р или переставляют германиевый транзистор р-n-р во второй каскад, а кремниевый транзистор — в первый и меняют полярность цепи питания. Если между базой и эмиттером германиевого транзистора ввести резистор сопротивлением около 1 кОм, то его остаточный ток еще вряд ли будет иметь сколько-нибудь значимую силу. Но в рассматриваемой схеме германиевый транзистор — благодаря его низкому пороговому напряжению на входе — установлен в первом каскаде, чтобы напряжение на выводах селенового фотоэлемента было достаточно для срабатывания устройства уже при низкой освещенности. Ток, текущий через транзисторы V1 и V2, изменяет напряжение на громкоговорителе и его балластном резисторе (при использовании телефонного капсюля этот резистор не нужен), которое в той же фазе через RС-цепочку обратной связи (R формирует импульсы звуковой частоты) подается на базу транзистора V1 до тех пор, пока не зарядится конденсатор. Тогда выходной ток падает и начинается обратный процесс. При этом конденсатор отбирает ток от транзистора VI в цепь базы.
Акусти ческий сигнал, частота которого зависит от номиналов R, С и от освещенности, будет следующий: скрип — при малой освещенности и все большее повышение частоты сигнала при ее увеличении. Резистор, включенный последовательно с фотоэлементом, обеспечивает непрерывность сигнала при больших освещенностях (номиналы элементов указаны приближенно).
Рис. 4.55. Устройство слежения за уровнем воды в цветочном горшке с помощью коррозионно-стойких электродов в качестве датчиков (выводы электродов подключаются к точкам Е на схеме по рис. 4.56)
В устройстве по схеме на рис. 4.54 транзистор n-р-n может быть КТ209Б или КТ315Г.
Здесь же следует напомнить о правилах обращения с селеновыми фотоэлементами. Их светочувствительный слой очень чувствителен к пайке. Поэтому контакты закрепляют специальным припоем, плавящимся при низкой температуре (ниже 70 °С). Предпочтительнее являются элементы с уже припаянными выводами (например, SeH 13X26). Если выводов нет, можно использовать клеммные зажимы.
4.4.6. Устройства сигнализации об уровне жидкости
в горшке с растениями
Речь здесь идет о задаче длительного наблюдения за объектом, в котором должна сохраняться минимально необходимая влажность. Соответствующие устройства описаны на примере гидропоники.
Опустившиеся листья, к сожалению, уже запоздалый сигнал о недостатке жидкости в цветочном горшке, электронное устройство сообщит об этом своевременно. Сигнал подается, если уровень жидкости упадет ниже двух опущенных в горшок электродов(рис. 4.55). Этими электродами могут быть, например, графитные стержни от батарей для карманного фонаря. К металлическим колпачкам стержней припаиваются изолированные медные провода. Места пайки следует защитить от коррозии слоем лака.
Сигнал может вызывать периодические загорания лампы или звучание громкоговорителя. Схема, представленная на рис. 4.56 (сравни с рис. 4.22), позволяет реализовать оба эти варианта (значения в скобках даны для «светового» варианта).
При питании схемы от двух миниатюрных аккумуляторов RZP2 лампа подает сигнал о недостатке жидкости в виде коротких вспышек между длинными паузами в течение примерно двух суток. При использовании же трех цилиндрических элементов R20 вспышки лампы продолжаются в течение 14 суток, однако растения за это время наверняка погибнут. Для работы с громкоговорителем достаточно напряжения 2 В, т. е. одного аккумулятора RZP2, причем подача сигнала продолжается в течение 4 суток.
Схема охвачена цепью обратной связи R2C, генерация начинается как только нарушается связь электродов через проводящую жидкость. Как видно из рис. 4.56, и в этом случае речь идет о мультивибраторе на транзисторах со взаимно дополняющими структурами и с малым током покоя. Соответственно, транзистор VI выбран n-р-n (например, SF126, SF136, SS216 групп С или D, выпускаемые в ГДР). Транзистор V2 — маломощный транзистор р-n-р, например из выпускаемых в ГДР германиевых транзисторов GC121 и GC301 (по меньшей мере относящихся к группе 8 усиления по току). Резистор V4 ограничивает диапазон регулировки. Частота генератора зависит прежде всего от номиналов конденсатора С и потенциометра R1, Потенциометр R2 определяет время горения лампы в течение каждого периода (или время подачи звуковой частоты), причем чем больше сопротивление R2, тем больше это время. Длительность паузы устанавливают потенциометром R1, т. е. его сопротивление также определяет потребление тока устройством. Но, если оно выбрано слишком большим, колебания не наступают, если же слишком малым, возрастает потребляемый ток.
Рис. 4.56. Устройство сигнализации, обеспечивающее подачу оптического или акустического сигнала при слишком низком уровне воды
Акустический сигнал рассматриваемого устройства, который, конечно, не обязан поднимать с постели среди ночи, но может быть рассчитан на звучание в течение продолжительного времени, должен быть достаточно резким. Мигающая лампа не относится к числу экономичных решений, и, наоборот, светодиоды оказываются здесь почти идеальным решением.
Кроме того, устройство сигнализации можно при этом выполнить миниатюрным. На рис. 4.57 показана схема устройства с несколько другими номиналами и с диодом, излучающим красный свет, на выходе. Здесь нет элементов регулировки, поэтому режим работы должен быть определен и выбран при настройке. Для этого вначале вместо резистора сопротивлением 220 кОм впаивают потенциометр сопротивлением 470 кОм, а вместо резистора 1 кОм в цепи обратной связи — потенциометр 4,7 кОм.
Рис. 4.57. Устройство сигнализации об уровне воды в цветочном горшке с питанием от никелево-кадмиевых аккумуляторов емкостью по 225 мА ч
Все устройство можно расположить на одной плате размерами 25X40 мм, для сборки конструкции нужно из фольгированного гетинакса вырезать еще две пластинки такого размера, как и плата, между которыми установить два никелево-кадмиевых аккумулятора емкостью по 225 мА ч. Весь блок следует стянуть отрезками проволоки диаметром 1 мм и поместить в корпус, например, из пластмассы.
При номиналах, указанных на схеме, устройство имеет примерно следующие характеристики: ток в состоянии покоя 50 мкА, при подаче сигнала — 2 мА, частота миганий от 0,5 до 1 Гц, время готовности 6 месяцев (только за счет саморазрядки аккумуляторов), продолжительность подачи сигналов при свежих аккумуляторах 5 суток. При длинных проводах импульсная помеха (например, включение люминисцентной лампы) может иногда вызвать вспышку диода. Однако об опасности засыхания растений говорят только его периодические мигания. Если время от времени требуется проверять состояние аккумуляторов, то провода, идущие к датчикам, соединяют выключателем. При его включении диод должен мигать.
В устройстве по схеме на рис. 4.56 транзистор VI аналогичный КТ351В, КТ359Б, V2 — КТ209В, возможно применение КТ361Г.
В устройстве по схеме на рис. 4.57 светодиод АЛ102А или АЛ102Б, диод — Д105Б, кремниевый n-р-n транзистор КТ312Б, р-n-р — КТ361 Г.
Рис. 4.58. Устройство сигнализации с возможностью контроля за наполнением цветочного горшка, разработанное для схемы по рис. 4.57 (вместо штекера может быть поставлен переключатель):
а — мигания начинаются при опускании жид кости ниже минимально допустимого уровня; б — мигания начинаются при достижении максимально допустимого уровня жидкости при наполнении горшка, после этого штекер переставляют в положение а
Рис. 4.59. Центральное устройство для слежения за состоянием одновременно нескольких цветочных горшков:
а — последовательное включение (горшок, в котором уровень жидкости упал ниже допускаемого, выявляют с помощью кнопок проверки); б — параллельное включение, позволяющее сразу же выявить горшок, требующий полива
Дополнительный комфорт при использовании сигнального устройства дает коммутационное устройство (рис. 4.58), которое может быть заменено переключателем (что требует увеличения размеров корпуса). Положение штекера а соответствует варианту слежения за минимальным уровнем жидкости, положение б — за наполнением горшка, причем диод начинает мигать при достижении максимально допустимого уровня жидкости. Для гидропоники с несколькими раздельными горшками целесообразно оборудовать центральное устройство сигнализации, построенное по последовательной или параллельной схеме (рис. 4.59). В первом случае электроды датчика вызывают подачу сигнала тревоги, если хотя бы одна пара из них регистрирует опускание уровня жидкости ниже допускаемого. Но этот вариант требует последующей проверки вручную всех горшков, чтобы обнаружить тот из них, из которого был подан сигнал. Но проще выявить это с помощью выключателей, расположенных на центральном устройстве, последовательно замыкая пары электродов, пока не будут найдены подавшие сигнал. Однако следует учитывать вероятность подачи сигнала одновременно от двух или более горшков. На рис. 4.60 представлен более простой вариант схемы выявления нужного горшка, в котором вместо гашения сигнала посредством замыкания электродов кнопками проверки к горшкам последовательно подключается устройство сигнализации. Мигания диода начинаются при подключении устройства к горшку, в котором уровень жидкости слишком низок.
Недостатком этого варианта является большое количество проводов, ведущих к центральному устройству. Возможен и вариант с параллельным подключением горшков, но при децентрализованном применении источников напряжения.
Рис. 4.60. Схема сигнализации с последовательным подключением цветочных горшков и селективным выявлением горшка, в котором уровень жидкости упал слишком низко, собранная на двухга-летном переключателе
4.4.7. Устройство сигнализации о наполнении ванны
Наполнение ванны требует времени. Чтобы не стоять и не ждать, когда она наполнится, сигнал «Ванна готова» можно вынести на дверь ванной комнаты с помощью описанного ниже устройства.
Для сигнализации можно выбрать два уровня наполнения ванны водой — «нижний», когда остается еще время без спешки перекрыть воду, и «верхний», максимально допустимый, при котором подается несколько измененный сигнал.
Рис. 4.61. Простая схема электродов из трехжильного изолированного провода для кратковременного слежения за уровнем воды (защита от коррозии не требуется)
Для слежения за уровнем воды необходимы по меньшей мере три электрода. Поскольку они включаются лишь на короткое время, достаточно изготовить их из кусков простого провода, с концов которого снимается изоляция на длину около 10 мм. Проводам придается форма, показанная на рис. 4.61, после чего полученный датчик закрепляют, например, пластырем на стенке ванны.
Для сигнального устройства может быть выбрана одна из уже оправдавших себя схем. На рис. 4.62 показан вариант на «дискретных» элементах с симметричным мультивибратором. Он представляет собой модификацию приведенного на рис. 4.12 генератора звуковой частоты, частота f колебаний которого может меняться за счет установки различных резисторов в цепях базы. Чем меньше сопротивление резистора, тем больше частота. Сопротивление системы «Вода-электроды» составляет около 10 кОм. Требование хорошей слышимости звука, соответствующего двум различным уровням воды, предполагает и наличие двух резисторов разного сопротивления в цепи базы, в обоих случаях суммируемых с этими 10 кОм.
Рис. 4.62. Двухтональный генератор, используемый для наблюдения за уровнем воды в ванне (при использовании n-р-n транзисторов необходимо поменять полярность цепи питания и выводы диода)
