Блок защиты от протечек воды – сигнализаторы промышленного изготовления и самодельные устройства

Вода дырочку найдет. Эта пословица известна всем. Самое главное в том, что она подтверждается, пусть и не очень часто, но последствия могут быть самые плачевные. Здесь речь пойдет о том, чем чреваты протечки водопроводных или канализационных труб в квартире. Часто об этих случаях мы узнаем от разгневанного соседа, живущего этажом ниже.

И, как правило, затопление нижних соседей происходит как раз после того, как они сделали дорогущий евроремонт, ведь другого теперь и не делают. Тут можно увидеть все что угодно: провисший и обвалившийся натяжной потолок, отставшие от стен обои, всплывший паркет или вспученный линолеум, под которым был уложен теплый пол. И уж совсем не на пользу потоп пойдет для электропроводки.

Начинается составление актов, хождение по судам и домоуправляющим компаниям. Повторный ремонт делается, конечно, за счет верхнего соседа. А уж об испорченных отношениях и потраченных нервах лучше не вспоминать совсем.

Всего этого могло бы и не быть, если протечку заметить в самой ранней стадии. Ведь чаще всего все начинается с отдельных безобидных капель, которые трудно заметить. Постепенно эти капли превращаются в тонкую струйку, а потом прорывается труба или просто выбивается прокладка, и беды не миновать.

Конечно, современные пластиковые трубы имеют гарантию на пятьдесят лет, но где они эти трубы столько стояли, кто это может засвидетельствовать воочию? Поэтому авария может случиться в самый неподходящий момент. А уместно ли вообще в этом случае говорить о каком-то подходящем моменте?

Чтобы не произошло «всемирного потопа», используются всевозможные датчики и сигнализаторы протечки. Проблема, видимо, стоит настолько остро, что в последнее время промышленностью стали выпускаться различные устройства, помогающие бороться с протечками.

Сложность и функциональность таких приборов, точнее сказать, их ассортимент, очень широк. Это могут быть простые сигнализаторы, оповещающие о протечке звуковым сигналом, более сложные устройства могут перекрыть воду во всей квартире.

Наиболее простые «пищалки» имеют автономное питание от батарей, более сложные питаются, конечно, от сети. Есть даже устройства, которые могут по сотовому телефону уведомить об аварии владельца квартиры, предварительно отключив воду. Наиболее продвинутые сигнализаторы позволяют по тому же телефону через SMS отключить воду. Ну, вот просто захотели и отключили!

Естественно, что подобные устройства недешевы, и чем выше их функциональность, тем больше они стоят. Конечно, все устройства рассмотреть невозможно, но некоторые из них попробуем кратко описать хотя бы по принципу: что умеет делать, какой применен датчик влажности, источник питания и, конечно, цена.

Сигнализаторы протечки промышленного изготовления

Компания GIDROLOCK предлагает широкий спектр приборов и систем для борьбы с протечками воды. Для установки в квартирах изделия представляют собой набор, состоящий из нескольких компонентов. В комплект входит несколько датчиков протечки, как правило, 3 или 2 штуки. При желании их количество можно увеличить.

Рисунок 1. Датчик протечки WSP (water sensor passive)

Кроме датчиков протечки в комплект также входят два (холодная и горячая вода) шаровых крана с электроприводом (ШЭП) итальянской фирмы BUGATTI, блок управления, аккумулятор 12вольт, 1,3ампер*час. Шаровые краны выпускается с присоединительными резьбами 1/2, 3/4 и один дюйм. Отсюда и разница в назначении и цене наборов. Краны ШЭП выпускаются на напряжение 12В постоянного тока и на 220В переменного. Однако, учитывая требования электробезопасности, лучше ориентироваться на низковольтную аппаратуру 12 – 24В.

Рисунок 2. Шаровый кран с электроприводом

Так набор «КВАРТИРА 1» содержит 2 полудюймовых ШЭП, при этом его стоимость составляет 10000 рублей. «КВАРТИРА 1» в той же комплектации, но с латунными ШЭП стоит чуть дороже – 11600. Различить эти наборы можно по названию: первый называется ULTIMATE BUGATTI, а второй PROFESSIONAL BUGATTI.

Набор квартира 3 с ШЭП 1 дюйм стоит уже 12400 рублей. Цена где-то на уровне недорогого ноутбука или планшетника, вроде бы дорого. Но по сравнению с евроремонтом у соседей на нижнем этаже – не так уж и много. С течением времени цены могут изменяться, естественно, в сторону увеличения.

Если готовый набор по каким-то причинам не подходит, например маловато датчиков, всегда можно купить любой недостающий элемент в розницу. Такую услугу фирма предоставляет тоже.

Датчики с радиоканалом WSR (water sensor radio)

Одной из новинок фирмы GIDROLOCK являются датчики протечки с радиоканалом. Такие датчики могут быть подключены к блокам управления последних моделей: GIDROLOCK CONTROL, GIDROLOCK PREMIUM, GIDROLOCK UNIVERSAL и т.д. Использование датчиков с радиоканалом оправдано при использовании их в системах водоснабжения, отопления или канализации, когда использование обычных проводных датчиков невозможно или затруднительно: дальнее расположение датчиков или нежелание долбить стены для прокладки линий связи.

В случае попадания воды на электроды датчика последний передает сигнал об аварийном событии на приемник, подключенный к блоку управления. Передача сигнала аварии продолжается до тех пор, пока не будет получен ответ от приемника (передача по принципу «запрос-ответ»). Результатом такого радиообмена является закрытие соответствующего ШЭП.

Сами датчики представляют собой большую таблетку диаметром 50 и высотой 12 мм. Дальность действия в пределах прямой видимости не менее 500 м, питание от встроенной батареи, срок службы которой изготовитель гарантирует на целых 24 года. Датчики работоспособны в диапазоне температур -20 – +60 градусов. Уж куда лучше!

Рисунок 3. Датчик WSR

Датчики WSR выпускаются различной окраски, которую можно указать при заказе, в том числе и с рисунком под цвет линолеума или плитки. Базовый цвет датчиков – белый. И уж если используются радиодатчики, то без дистанционного пульта управления обойтись нельзя совсем. И такой пульт тоже есть. Дальность его действия 250 м, срок службы от встроенной батарейки 7 лет: в любой момент можно закрыть или открыть ШЭП, остановить подачу воды при аварийной ситуации или просто в случае ремонта, например, отдельного крана или смесителя.

Можно было бы найти достаточное количество устройств промышленного изготовления для сигнализации о протечках воды, и окажется, что они ничуть не хуже, а может даже и лучше систем фирмы GIDROLOCK, поэтому данную статью ни в коей мере нельзя рассматривать, как рекламу изделий именно этой фирмы. Просто эта система взята для примера, чтобы показать сущность и широту проблемы затопления и способы ее решения.

Кроме системы Гидролок в интернет – магазинах и фирмах предлагаются также системы Нептун, Аквасторож, Радуга, Аквасенсор, Адлан-Т и другие. Какую из этих систем использовать, можно решить только в индивидуальном порядке, сопоставив ее свойства, цену и свои финансовые возможности. Но при современном уровне электроники, импортных комплектующих, а также конкуренции между фирмами все системы, скорей всего, по своим свойствам достаточно надежны и функциональны.

Датчики протечки типа WSP и WSR являются точечными, поэтому фиксируют протечку только тогда, когда до них дотечет вода. В других системах используются датчики на основе сенсорного кабеля типа SC. Такой кабель можно легко уложить по периметру помещения, расположить змейкой по всей площади помещения, либо как-то по-другому.

Крепление кабеля SC к поверхности пола осуществляется с помощью пластиковых клипс с основанием на самоклейке, либо клипсами типа «серьга» с креплением на шурупы. В общем, при использовании кабеля SC гарантируется исключение «слепых зон» контроля.

Для использования совместно с кабелем SC применяется блок управления LDM 0.5. Подключить кабель достаточно просто: согласно инструкции провода четырех цветов подключить к клеммам с соответствующими номерами. На основе сенсорного кабеля работает, например, упомянутая чуть выше система «Радуга».

Более подробно об использовании сенсорного кабеля SC можно прочитать в его техническом паспорте, который можно найти в любой поисковой системе интернета. Там же имеется схема подключения и рисунки со схемами прокладки кабеля в помещении.

Что и говорить, системы промышленного изготовления безусловно хороши, но рядового потребителя несколько смущает цена вопроса. К тому же если этот рядовой потребитель еще и радиолюбитель, то собрать подобный прибор из неликвидных деталей не составит никакого труда. Правда, маловероятно, что получится суперприбор, отключающий воду во время аварии, но в ряде случаев вполне достойно может с поставленной задачей справиться простой звуковой сигнализатор, собранный из нескольких деталей. Далее будет рассмотрено несколько схем, которые были разработаны радиолюбителями в разное, должно быть еще советское, время.

Простые самодельные схемы для обнаружения протечек воды

Вот тут настало время вспомнить еще одну пословицу: «Все гениальное просто». Именно так можно охарактеризовать схему показанную на рисунке ниже. Наиболее подходящее название для нее «Самый простой датчик протечек».

Рисунок 4. Самый простой датчик

Схема настолько проста, содержит всего три детали, что собрать ее самостоятельно сможет любой человек, который взял в руки паяльник впервые в жизни. Скорее всего, не все получится сразу: паяльник перегревается, пайки получаются тусклые и рыхлые, выводы деталей и провода не облуживаются.

Кроме того непонятно, зачем у транзистора три ноги, и куда их паять. Все это заставит обратиться к соответствующей литературе или просто спросить у знакомых радиолюбителей. Но, если все препятствия будут преодолены, схема заработает, а это будет непременно, то может случиться, что ряды радиолюбителей пополнятся еще одним человеком. Так бывает часто, когда собранная конструкция выдала ожидаемые результаты.

Для изготовления схемы понадобится любой маломощный транзистор структуры p-n-p. Это может быть КТ361, КТ502, КТ209 и любой подобный. Резистор R1 имеет номинал 10 – 20 КОм. Его назначение поддерживать транзистор в закрытом состоянии. Для генерации звукового сигнала используется буззер (buzzer – дословный перевод зуммер, устройство звуковой сигнализации, «пищалка» ) со встроенным генератором. Но везде его называют на английский манер именно буззер, поэтому придется придерживаться традиции.

Такой буззер начинает излучать звук с частотой около 2КГц, как только на него подано напряжение питания. Буззеры выпускаются на напряжение 1,5 – 12В. В данной конструкции подойдет с напряжением 9 – 12В. «Плюсовой» вывод буззера подключается к коллектору транзистора VT1.

Рисунок 5. Буззер

Зонд датчика выполнен в виде пластинки из фольгированного стеклотекстолита размерами 20*60 мм. Для получения двух электродов достаточно на пластинке прорезать фольгу резаком из ножовочного полотна. Полученные полоски желательно облудить, остатки флюса смыть спиртом. Можно также просто проложить на полу рядом два электрода, желательно из нержавеющей проволоки. Вполне подойдут для этих целей обычные вязальные спицы.

Конструкция датчика настолько проста, что не потребуется изобретать печатную плату, все можно собрать навесным монтажом. Не понадобится даже выключатель питания: в дежурном режиме транзистор закрыт и от батарейки почти ничего не потребляется.

В качестве батареи питания используется «Крона», точнее ее современный импортный аналог. Хотя такие батареи достаточно долговечны, могут храниться по нескольку лет, все-таки периодически состояние батареи надо проверять. Сделать это проще всего перемкнув электроды зонда хотя бы влажной тряпкой или даже пальцем. Замыкать накоротко зонд не следует, поскольку транзистор может выйти из строя.

Работает датчик так. При попадании жидкости на электроды зонда его сопротивление уменьшается до нескольких килоом, что вызывает открывание транзистора. Через открытый транзистор напряжение питания подается на буззер и раздается звуковой сигнал.

Для обнаружения протечек датчики, можно несколько штук, раскладываются на полу в предполагаемых местах протечки воды. Крепление датчиков осуществляется при помощи клеящей ленты скотч или изолентой. При этом каждый датчик питается, само собой, от своей отдельной батарейки.

Чуть сложнее схема «Звуковой сигнализатор протечки» показанная на следующем рисунке. Смысл ее такой же, что и у схемы на одном транзисторе, только чуть побольше деталей и есть возможность настройки чувствительности.

Рисунок 6. Звуковой сигнализатор протечки

Ее основой является пороговый элемент на микросхеме К561ТЛ1, в составе которой имеются 4 двухвходовых триггера Шмитта. В данной схеме используется только один элемент. Входы остальных трех неиспользуемых элементов следует подключить к общему проводу. Это уменьшит общий ток потребления и защитит выходы микросхемы от пробоя. Напряжения срабатывания порогового элемента показаны на следующем рисунке.

Рисунок 7. Технические данные микросхемы К561ТЛ1

При включении микросхемы как показано на рисунке получается триггер Шмитта с одним входом и одним выходом. Логика работы такого элемента предельно проста. Когда напряжение на входе превысит напряжение срабатывания 2,8В на выходе устанавливается уровень логического нуля. В этом случае транзистор VT1 закрыт, поэтому буззер молчит.

Если входное напряжение на выводах 1,2 уменьшать, даже очень медленно и плавно, то при снижении его до уровня 2,2В на выходе элемента DD1.1 быстро и резко появится уровень логической единицы, который откроет транзистор VT1 и раздастся звуковой сигнал. Несмотря на сравнительно малые размеры буззера, звучание его, как правило, очень громкое и противное, не услышать просто нельзя.

Входное напряжение формируется делителем, образованным цепочкой резисторов R1, R2 и датчиком протечки, конструкция которого была описана чуть выше. Нетрудно подсчитать, что при номиналах резисторов, указанных на схеме, снижение сопротивления датчика до 50 – 100КОм приведет к «просадке» напряжения на входе триггера Шмитта ниже 2,2В. Если датчик сухой, практически «обрыв», напряжение на входе практически равно напряжению питания.

Питание сигнализатора осуществляется от сетевого блока питания на напряжение 9 – 12В. Вполне подойдет для этих целей любой сетевой адаптер или блок питания от польских «антенн-сушилок».

Наличие напряжения питания контролируется при помощи светодиода HL1, который потребляет основную долю мощности, пока сигнализатор находится в режиме ожидания. Поэтому, если предполагается питание устройства от батарейки, этот светодиод следует из схемы исключить.

Такая поразительная простота рассмотренных выше схем обусловлена применением в них буззера со встроенным генератором: подали питание и, пожалуйста, запищало. Если же применить обычный пьезоизлучатель или динамическую головку, то схема выглядит несколько иначе. Датчик затопления включает генератор, а уже он выдает звуковые колебания.

Ниже показана схема с использованием генератора на базе интегрального таймера NE555.

Рисунок 8. Схема сигнализатора протечек на таймере 555

По сути дела эта схема мало отличается от схемы на одном транзисторе, рассмотренной выше. Датчик протечки, все те же две полоски стеклотекстолита или две вязальных спицы, подключен к базе транзистора T1. При увлажнении датчика его сопротивление уменьшается и открывается транзистор T1. Ток через переход коллектор – эмиттер создает на резисторе R3 падение напряжения, которое приложено к выводу 4 микросхемы NE555.

Вывод 4 является входом /R (сброс) таймера NE555. Логический ноль на этом входе запрещает, останавливает работу всей микросхемы, поэтому генератор молчит, а на выводе 3 уровень логического ноля. Падение напряжения на резисторе R3 воспринимается таймером как логическая единица. Поэтому генератор запускается, на выходе 3 появляются прямоугольные импульсы звуковой частоты. Сам генератор выполнен по стандартной схеме, описание которой можно найти в статье о таймере NE555.

Выходной каскад микросхемы NE555 достаточно мощный, поэтому для получения звукового сигнала можно непосредственно к выходу схемы подключить электромагнитный излучатель с сопротивлением обмотки не менее 50 Ом.

Подобных простейших схем можно найти немало. Выполнены они чаще всего на транзисторах или микросхемах малой степени интеграции, как правило, К561. Но при некоторых различиях схем принцип действия один и тот же: протекла вода, намок сенсор, включился генератор, раздался звук. Поэтому для понимания принципа работы таких детекторов протечки достаточно трех рассмотренных схем.

Новая элементная база – новые схемы, новые возможности

Но радиолюбители народ творческий и неугомонный. В эпоху микроконтроллеров датчики протечки создаются именно на них. Принцип работы примерно тот же, что описан выше, вот только реакция умных схем на протечку может быть более разнообразной. Например, при незначительном увлажнении датчика прибор начинает издавать короткие редкие гудки. По мере поднятия уровня воды гудки начинают учащаться, менять тон или превратиться в сплошной звуковой сигнал.

Подобная система также может иметь промежуточное реле, контакты которого подключены к охранной сигнализации или к электрифицированным кранам типа ШЭП, перекрывающим воду в нужный момент. Получается система ничуть не хуже промышленных, описанных выше.

На основе современной элементной базы достаточно легко создать датчики протечек, работающие по радиоканалу. Для этого достаточно объединить в одной конструкции микроконтроллер и модуль передачи радиосигнала. И такие схемы в арсенале любительских конструкций уже есть.

Для того, чтобы изменить способности микроконтроллерной системы, вовсе не обязательно что-то изменять в схеме при помощи паяльника и отвертки. Нужных параметров легко добиться простым изменением программы микроконтроллера.

Борис Аладышкин

P.S. Дополнение к статье. Пример наглядного рисунка как можно использовать датчики протечки в каком то произвольном сантехническом помещении.

Примечание. Все может видоизмениться при использовании другого вида оборудования. Всегда следует учитывать технические условия вашего сантехнического узла (расположения труб для подачи воды, а так же расположения других видов сантехнических изделий – раковин, ванн, унитазов и т.д).