Радио датчик обнаружения протечки

Однажды, гуляя по просторам интернета в поисках различных систем автоматизации для своего умного дома, я нашел радиодатчик протечки воды, разработанный Михаилом Тихончуком @Michael. В отличии от недорогих датчиков, продаваемых в популярных китайских интернет магазинах, разработка Михаила проста, не требует дорогих деталей. Датчик имеет низкое энергопотребление за счет того, что микроконтроллер преимущественно находится в состоянии Sleep, в котором он потребляет ток в единицы микроампер. 

Каждые 3 секунды МК просыпается на несколько миллисекунд, проверяет состояние датчиков и снова засыпает. В случае обнаружения протечки, формируется звуковой сигнал и кодовая радиопосылка.  Несмотря на то, что этот датчик может работать продолжительное время, в нем отсутствует такая полезная функция, как контроль состояния батареи питания. Недостаток довольно существенный, т.к. датчики протечки срабатывают довольно редко и в случае обнаружения протечки воды, батарея может оказаться разряженной и сигнал о событии не будет передан на центральное  устройство. Я взялся модернизировать устройство. Основной целью моей доработки было обеспечить контроль напряжения элементов питания, не лишая устройства простоты его схемотехники. 

В качестве источника питания я решил взять  литиевый элемент CR2032. Его напряжение 3В, соответственно, для радиопередачи кодовых посылок понадобится передатчик с низким напряжением питания. Я выбрал вот такой.

Поскольку в микроконтроллерах PIC12F6xx нет полноценного источника эталонного напряжения, контроль питающего напряжения невозможен без введения внешнего «эталонного» источника. В качестве такого эталона я решил применить величину падения напряжения на диоде в прямом включении. Для этого в схему радиодатчика  контроля протечек Михаила был добавлен диод VD1.  Для реализации этой доработки пришлось изменить схему включения микроконтроллера, предложенную Михаилом, чтобы освободить входы компаратора для подключения «эталонного диода». Доработанная схема радио датчика протечки воды приведена на рисунке. 

Не буду углубляться в теорию измерений и процедур их обработки, кому интересно, подробности описаны на страничке моего блога, вот тут. Так же как и описываемый ранее датчик задымления, этот датчик протечек можно использовать в системах домашней автоматизации, совместно с радиомодулем или другим приемным устройством, поддерживающим модуляции с протоколом кодеров SC1527 и SC2262. Это могут быть устройства, основой которых служит микромодуль ESP8266 с универсальными прошивками, поддерживающими эти протоколы радиообмена, популярные GSM Сигнализации, универсальные обучаемые четырехканальные модули типа RX480-E4, выходы которых можно завести в Малинку, охранно-пожарную сигнализацию с проводными шлейфами,  входы релейных блоков и т.д. и т.п.

Итогом моих модернизаций схемы и программного обеспечения стало то, что датчик получил следующие характеристики:

•  датчик формирует пакет радио посылок при обнаружении протечки и при снижении заряда батареи ниже критического;
• датчик издает прерывистый звуковой сигнал каждые 3 сек, длительностью 0.5 сек, при обнаружении протечки, и каждые 60 сек., длительностью 50 мс., при обнаружении критического разряда батареи.
• ток потребления в режиме сна 3-5 мкА, средний ток потребления 7-10 мкА.

Для  датчика я разработал две версии печатных плат, в популярной системе проектирования EasyEDA. Проект находится вот тут. Платы разрабатывались для размещения в корпусе миниатюрной накладной распредкоробки, которую можно приобрести в магазине электротоваров. Корпус в сборе герметичен и устройство в сборе имеет положительную плавучесть. Внутрь корпуса вода проникает только до контактов датчика, поэтому при затоплении датчик сохраняет свою работоспособность.
 Первый вариант платы разводился с учетом возможности ее самостоятельного изготовления, методом ЛУТ, и предусматривает использование для питания литиевого элемента CR2032.  Я изготовил  таким методом 4 датчика и они уже несколько месяцев лежат под радиаторами отопления. По моим расчетам, в режиме ожидания, литиевого элемента хватит устройству на 2-3 года. Посмотрим на практике, как это будет. Спустя полгода напряжение батареи 3.16В, а было при установке 3.24В. 

Поскольку в выбранный корпус входят и алкалиновые элементы питания формата ААА, был разработан второй вариант печатной платы V1.2, которые были заказаны в заводском исполнении на сайте JLCPCB. В этой версии проект состоит из  двух плат - одна предназначается для установки всех деталей, вторая служит непосредственно датчиком. Соединяются платы тремя штифтами. Плата с деталями прикручивается к крышке корпуса. Нижняя часть корпуса не используется. 

Алкалиновых элементов должно хватить на весь жизненный цикл батареи, т.к. расчетный срок потребления их емкости устройством  будет составлять 10-15 лет. Саморазряд батареи, скорее всего, превышает средний потребляемый ток. И можно предположить, что датчик проживет без разборки для замены батарей в районе 7-10 лет. Солевые элементы ставить не рекомендую. Они саморазрушатся гораздо раньше, где-нибудь через три-пять лет.