Как сделать емкостной сенсорный включатель биде
из готового модуля
Сенсорный емкостной включатель – это один из видов бесконтактных выключателей, принцип работы которого основан на изменении своего состояния от приближения к его датчику токопроводящего предмета, например, металла, воды или тела человека.
Предложенная в предыдущих статьях система с емкостным сенсорным датчиком электронного управления подачей воды для биде была мною разработана и изготовлена более десяти лет назад, так как тогда в продаже не было готовых модулей. Система оправдала ожидания, но для реализации ее нужно потратить много времени и обладать радиолюбительскими навыками, что ограничивает ее повторение.
В настоящее время появились готовые модули сенсорных емкостных датчиков, позволяющие любому домашнему мастеру, не владея глубокими знаниями в области электротехники, создать систему управления электрическими цепями за несколько часов.
На фотографии показан приобретенный мною на Алиэкспресс модуль сенсорного датчика промышленного изготовления за 70 рублей с учетом доставки. При размерах 24×32 мм и толщине 1,6 мм модуль обеспечивает ток нагрузки до 3 А и может работать в диапазоне напряжений от 6 до 28 В постоянного тока.
При подаче на модуль питающего напряжения он находится в выключенном состоянии и светиться светодиод синего цвета, ток потребления составляет 6 мА. Если кратковременно преподнести руку к области датчика на расстояние 5 мм и менее, то сенсор срабатывает и загорается светодиод красного цвета. При следующем воздействии рукой модуль выключается и загорается опять синий светодиод.
По техническим и логическим характеристикам сенсорный емкостной модуль идеально подходил для замены самодельного емкостного датчика. Поэтому модуль был куплен и испытан в течение трех месяцев в работе управления подачей воды в биде. Испытания показали стабильную и безотказную работу модуля.
Электрическая схема включения заводского
сенсорного включателя
Сенсорный емкостной модуль является универсальным и может быть использован в качестве управления любыми низковольтными электрическими изделиями, например, включением светодиодных светильников или светодиодной ленты. А при использовании реле или симисторов для управления любыми электроприборами, включая и мощные электродвигатели.
Поэтому решил подробно рассмотреть структурную схему подключения сенсорного модуля к внешним устройствам. На фотографии представлена структурная схема подключения модуля.
Для работы модуля на него необходимо подать с соблюдением полярности питающее напряжение постоянного тока величиной от 6 до 28 В. Выбор величины напряжения и мощности источника питания определяется параметрами нагрузки. Если необходимо подключить в качестве нагрузки реле на напряжение 12 В, потребляющее ток 0,3 А, то подойдет блок питания на 12 В с током нагрузки 0,5 А.
На плате не впаян конденсатор С1, номинал которого может лежать в пределах 0-20 пФ. Чем больше емкость, тем меньше чувствительность. Практической необходимости в нем нет.
На этой фотографии показан сенсорный модуль со стороны емкостного датчика. В центре его размещено два светодиода синего и красного цветов свечения, которые показывают состояние устройства.
При подаче питающего напряжения на модуль загорается синий светодиод. При поднесении руки к датчику на расстояние ближе 5 мм сенсор срабатывает, и вместо синего светодиода загорается красный. При повторном воздействии на датчик он возвращается в предыдущее состояние и загорается снова синий светодиод, и так может повторяться до бесконечности.
Установка в биде готового модуля сенсорного включателя
Для сохранения взаимозаменяемости и ремонтопригодности самодельного емкостного датчика и готового сенсорного модуля в электрическую схему включения биде изменений не вносилось. Поэтому для управления реле включения электромагнитного клапана управляющий сигнал брался с точки пайки затвора полевого транзистора.
Выше показана схема подключения готового модуля к существующей системе. Дополнительно из схемы удален датчик присутствия, так как многолетняя эксплуатация биде не подтвердила его необходимость.
При первом прикосновении к сенсору напряжение на затворе полевого транзистора модуля, вне зависимости от величины его питающего напряжения, увеличивается до 3 В, что с запасом достаточно для открытия ключевого транзистора VT1, установленного в блоке питания.
Схема емкостного модуля позволяет подавать на модуль и нагрузку разную величину напряжения от разных источников, что дает возможность более гибко использовать сенсорный датчик.
Например, сам модуль можно запитать от напряжения 6 В, а на нагрузку подать напряжение 5 В, 12 В или 24 В. С такой ситуацией можно столкнутся при установке модуля как выключателя в готовое изделие.
Поэтому схему существующего биде можно еще модернизировать, исключив из нее транзистор, два резистора и диод, который уже установлен внутри полевого транзистора в модуле. Диод служит для защиты транзистора от пробоя ЭДС, возникающей при подаче на катушку реле.
Если систему сенсорного включения биде или другого электрического устройства делать впервые, то тогда целесообразно ее повторить по предложенной на фотографии схеме. При выборе источника питания нужно учесть, что его выходное напряжение должно лежать в пределах 6-28 В и ток нагрузки быть на 10% больше, чем потребляет подключенное к модулю устройство.
Конструкция корпуса и установка сенсорного модуля
Перед тем, как разместить модуль сенсорного включателя в корпус, к нему был припаян с помощью проводов разъем и проведено тестирование сначала на столе, а затем в составе работы биде. Месячная эксплуатация не выявила нареканий. Ни одного сбоя в работе нового модуля не произошло.
Поэтому пришло время разместить новый включатель в корпус и закрепить на стене. Среди хлама нашел подходящую по размеру и внешнему виду крышку, показанную на фотографии. Цвет был выбран белый, чтобы не надо было просверливать отверстия для света светодиодов.
Отличительной особенностью этой крышки было наличие двух ободков, что позволяло просто в ней закрепить разъем и повесить устройство без дополнительных крепежных элементов на стене.
Для этого из полоски металла толщиной около 1,5 мм была изготовлена скоба, как показано на фотографии. Загнутые части скобы были немного закруглены по диаметру крышки. По центру в скобе было просверлено отверстие под саморез для крепления на стене.
Высота и изгиб согнутых участков скобы были подобраны таким образом, чтобы сгибы плотно до упора входили между ободков крышки. Так как вес крышки и модуля был не более 20 грамм, такой способ крепления, с учетом того, что крышка при управлении биде будет только придавливаться к стене, оказался простым и как показала практика, надежным.
Для того, чтобы разъем хорошо вписался в межободковое пространство его внешней и внутренней поверхности напильником была придана округлая форма.
На следующем шаге заранее припаянные провода к выводам разъема были припаяны в соответствии со схемой к контактным площадкам сенсорного модуля. Далее модуль датчика был подключен к схеме биде и еще раз проверена его работа в реальных условиях эксплуатации.
Для фиксации разъема в корпусе-крышке во внутреннем ободке была удалена его часть на размер хвостовика разъема. Модуль был размещен в центре крышки и закреплен каплей термоклея.
Под ответную часть разъема во внешнем ободке было сделано прямоугольное отверстие, как показано на фотографии. Разъем установился в крышке плотно и держался крепко.
Если бы не надо было обеспечить взаимозаменяемость вновь устанавливаемого сенсорного включателя заводского производства с самодельным емкостным включателем, то можно было обойтись без разъема, соединив выводы модуля проводами напрямую с блоком питания и реле.
В крышке имелась тонкая пластмассовая вставка, которую решил оставить для исключения соприкосновения элементов платы со скобой и эстетического вида. Для этого в пластине под провода было вырезано отверстие.
Настало время стационарно закрепить на стене включатель. Для этого скоба была закреплена на стене с помощью одного самореза, завинченного в уже имеющийся в стене дюбель. На этом месте ранее был закреплен самодельный емкостной датчик.
Проверка показала, что после подачи питающего напряжения на блок питания системы биде на включателе всегда загорался светодиод синего цвета – система находилась в выключенном состоянии.
При кратковременном легком прикосновении любой части руки к сенсорному выключателю включалась подача воды и загорался красный светодиод. При повторном прикосновении подача воды прекращалась и опять датчик начинал светиться синим цветом.
Ожидаемый результат модернизации системы управления биде оправдался. Придуманная конструкция сенсорного включателя биде оказалась удачной, простой и имеет хороший внешний вид.
На фотографии показан закрепленный не стене сенсорный выключатель, который хорошо вписался рядом со стиральной машиной, установленной в туалете на полке смонтированной над унитазом.