Szkoła KonstruktorówRys. 1. Proponowane układy czujnika poziomu wody.nie przed złodziejami. Dlatego szczere gratu−lacje należą się wszystkim, którzy zdecydo−wali się zmierzyć z tym niełatwym proble−mem i przedstawić swój projekt do publicznejoceny.Najpierw kilka refleksji ogólnych. Spośródnadesłanych rozwiązań większość po wpro−wadzeniu poprawek udałoby się zrealizowaćw praktyce. Poświęciłem wiele czasu, żebyprzeanalizować działanie Waszych układówi z przyjemnością stwierdzam, iż rzeczywiściemają one szanse działać. Kilku z Was przysła−ło bardzo obszerne i szczegółowe opisy,a proponowane układy zawierają naprawdętrafne rozwiązania.Nie znaczy to jednak, że układy nie zawie−rały błędów. Wprost przeciwnie − nie było żad−nego rozwiązania, które byłoby wolne od wadi dałoby się uruchomić w wersji proponowa−nej przez autora.W żadnym stopniu nie dyskwalifikuje toWaszych koncepcji. Wiadomo przecież, że doostatecznego rozwiązania zawsze dochodzisię metodą kolejnych prób (i kolejnych błę−dów). Nie ma konstruktora, który już w pierw−szym podejściu narysuje na kartce szczegóło−wy schemat skomplikowanego urządzenia,nie zawierający błędów. Zawsze trafią się ja−kieś wpadki. Dlatego wpadek nie trzeba sięwstydzić, należy za to wyciągać z nich wnios−ki.A teraz zaczynam. Generalnym błędem,popełnionym przez prawie wszystkich uczest−ników, jest propozycja wykorzystania czujni−ków poziomu wody w postaci pokazanej narysunku 1. Przy pracy z cieczami przewodzą−cymi, które są elektrolitami, i w których prze−wodnictwo prądu opiera się na ruchu jonów,nie wolno wykorzystywać napięć i prądówstałych. Trzeba pamiętać, że w obecnościprądu stałego wystąpi zjawisko elektrolizy,które z czasem albo zniszczy elektrody, albospowoduje pokrycie ich warstwą nieprzewo−dzących osadów.Owszem, czujniki z rysunku 1 przez pe−wien czas będą pracować, ale jeśli ich działa−nie ma być pewne i niezawodne przez długiokres czasu, obowiązkowo trzeba stosowaćprąd przemienny o możliwie małej wartości.Oczywiście skomplikuje to układ elektronicz−ny, bo należy wówczas zastosować generatorprzebiegu zmiennego i odpowiedni układ roz−różnienia stanu czujnika.Nawet gdyby prosty układ z rysunku1 mógł bezawaryjnie funkcjonowć przez kilkaletnich miesięcy, należałoby koniecznie zasto−sować jakiś układ z histerezą. Trzeba pamię−tać, że poziom wody zmieniać się będzie po−mału, a na domiar złego może nawet wystą−pić falowanie powierzchni wody. Takie po−wolne lub okresowe zmiany rezystancji mię−dzy elektrodami w obecności powszechnychzakłóceń na pewno spowodują wystąpieniedrgań i wahań napięcia na wyjściu współpra−cujących tranzystorów czy układów scalo−nych. Zamiast pewnego przerzucenia międzystanami niskim i wysokim, w układzie wystą−pią albo powolne zmiany napięć (których ukła−dy cyfrowe bardzo nie lubią), albo wręcz drga−nia. Przekreśla to zupełnie praktyczną przydat−ność najprostszych rozwiązań. Gdy takie za−śmiecone sygnały podane zostaną na ele−menty wykonawcze (elektrozawory, przekaź−niki, silniki, spowoduje to ich szybkie uszko−dzenie.Kilku Kolegów zaproponowało rozwiązanienieco lepsze, choć bardziej skomplikowaneze strony mechanicznej: użycie czujnikówz pływakiem.Jeden z uczestników zaproponował jesz−cze prostszy układ nie zawierający żadnychczujników elektronicznych, a tylko zawórz pływakiem pracujący na zasadzie podobnejjak zawór napełniania w domowej spłuczcesedesowej.Ten pomysł pomija przy napełnianiu zbior−nika wszelką elektronikę. Idąc dalej tym tro−pem dojdziemy do wniosku, że najprostszymsposobem <strong>podlewania</strong> przy wykorzystaniuwodociągu byłoby po prostu minimalne od−kręcenia kranu i podlewanie ciągłe, bez uży−cia jakichkolwiek urządzeń sterujących. Roz−wiązanie godne uwagi, ale nie spełniającewarunków zadania − nie wszędzie bowiemmożna liczyć na wodociąg; według warunkówzadania należało opracować układ współpra−cujący z pompą czerpiącą wodę w własnejstudni. Zbiornik natomiast potrzebny jest, abynagrzać nieco wodę w ciągu dnia i żeby uzys−kać w miarę stałe, niewielkie ciśnienie po−trzebne do rozprowadzenia wody za pomocą<strong>system</strong>u dziurkowanych węży ogrodniczych,leżących na grządkach lub zakopanych tużpod powierzchnią ziemii.A teraz weźmy na warsztat starannie opra−cowane rozwiązanie, zaproponowane przezMarka Klepacza z Ostrowia Wielkopolskiego.Schemat ideowy pokazany jest na rysunku 2.Napełnianie zbiornika sterowane jest prze−łącznikiem zmierzchowym z fototranzysto−rem T1. Po zapadnięciu zmroku dzięki obwo−dowi T2, T3, US4A, US5D, na wejściu Resetukładu US2 pojawi się stan niski. Tym samymuruchomiony zostanie generator licznika US2(CMOS 4060) i po czasie ok. 3 godzin przezobwód T5, US5B ustawiony zostanie prze−rzutnik RS składający się z bramek US6A,US6B. Jednocześnie praca oscylatora US2zostanie zatrzymana przez przewodzący tran−zystor T4. Stan niski na wyjściu Q\ przerzutni−ka RS (nóżka 3 US6A) spowoduje uruchomie−nie elektrozaworu lub pompy sterowanejprzez bramkę US6C i tranzystor T16. Po na−pełnieniu zbiornika (o czym poinformuje gór−ny czujnik nr 1) przerzutnik US6A, US6B zo−stanie wyzerowany w obwodzie T11, US5C,US5A, T9, T10. Na czas napełniania zbiornikabędzie też uruchomiony generator układuUS3. Jeśli z jakichkolwiek przyczyn zbiorniknie zostanie napełniony w czasie ustalonymprzez układ US3 (około 15 minut), to przerzut−nik RS również zostanie wyzerowany i pracaelektrozaworu (pompy) zostanie przerwana.Marek proponuje ciekawy układ sterującypodlewaniem. Zaleca użycie zegarka elektro−nicznego z alarmem. W zaproponowanym uk−ładzie podlewanie może nastąpić tylkow dzień. Tylko wtedy na nóżkach 6 i 8 bra−mek US4B i US4C będzie stan wysoki, umoż−liwiający ich pracę. Po wystąpieniu sygnałualarmu, tranzystor T1 zostanie zatkany i przezbramki US4B i US5B zostanie ustawiony prze−rzutnik RS (US6A, US6B). Tym razem dziękistanowi wysokiemu na nóżce 8 bramki US4C,przez tranzystor T15 uruchomiony zostanieelektrozawór (lub ew. pompa) sterujący pod−lewaniem. Analogicznie przerzutnik RS zosta−nie wyzerowany, jeśli poziom wody opadnieponiżej poziomu zainstalowania dolnego czuj−nika nr 2, lub jeśli po czasie ustalonym przezUS3 zbiornik nie zostanie opróżniony.Dodatkowy układ US1 (dwa przerzutnikitypu T) umożliwia w dowolnej chwili przejściena sterowanie ręczne.W projekcie Marka na uwagę zasługujeduży nakład pracy i dbałość o szczegóły. Dob−rze to świadczy o Autorze i zapowiada, że op−racuje on wiele ciekawych urządzeń.Marek nie ustrzegł się jednak błędów.Znalezione usterki oznaczyłem kolorem czer−wonym i kolejnymi literami alfabetu.Błąd oznaczony A. Nie można tak włączyćfototranzystora T1. Stanowi on swego rodza−ju źródło prądowe, i przy silnym oświetleniuw letni dzień, nadmierny prąd popłynie przezniego i przez obwód baza−emiter tranzystoraT2. Należy zastosować rezystor w bazie T2lub niewielki szeregowy rezystor w szeregz T1.Usterka B − w założeniu układ ten ma za−pobiegać błędom powstałym podczas chwilo−wego oświetlenia fototranzystora. Nie należyobciążać kondensatora C1 dzielnikiem R5,R6, bo uniemożliwi to działanie układu − prze−cież rezystancja niepotrzebnie obciążającakondensator (56kW + rezystancja baza−emiterT3) jest znacznie mniejsza niż rezystancja ob−wodu czasowego (R4 − 1MW ). Zamiast rezys−torów R5, R6 i tranzystora należy w tego typuukładach czasowych stosować bramki CMOS− porównaj układ centralki alarmowej z EdW7/96). Ponadto, moim zdaniem, dioda D1 jestniepotrzebna.Usterka C. Kondensator oscylatora kostki4060 powinien być niebiegunowy − nie możnatu stosować pojedynczych, zwykłych elektro−litów.Usterka D. W takim układzie przy zatkaniutranzystora (T7, T11) nie można uzyskać nawejściu bramki wysokiego stanu logicznego.Napięcie “wysokie” będzie wynosić niecoponad 1V. Gdyby rezystory (100kW i 4,7kW )były zamienione miejscami, układ miałbyszansę pracować. Generalnie układ czujnikówpoziomu należałoby jednak zmienić.Uwaga E. Włączanie dwóch kondensato−rów na wejście bramki zazwyczaj mija sięz celem, bowiem w chwili włączania (zmiannapięcia), tworzą one dzielnik, podobnie jakdwa rezystory. Przy dziesięciokrotnej różnicypojemności nie ma to wpływu na działanieukładu, ale jest nieeleganckie. Należy więcusunąć kondensator C8.12 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/96
Szkoła KonstruktorówRys. 2. Układ pomysłu Marka Klepacza.W sumie opracowanie Marka Klepaczaz kilku różnych względów, w tym starannościopisu i przejrzystości dokumentacji, zostałonajwyżej ocenione spośród nadesłanych roz−wiązań.Układ Marka można znacznie odchudzić,stosując np. zamiast układu US1, dwa zwyk−łe, dwupozycyjne przełączniki. Nie umniejszyto wartości rozwiązania, nie chodzi bowiemo maksymalne zelektronizowanie urządzenia,tylko jego przydatność praktyczną.Gdybym ja osobiście robił podobny układ,wyrzuciłbym tranzystory T2, T3, T5, T6, T9,T10, a zamiast nich zastosowałbym negatorySchmitta z kostki 40106. Zastosowanie kos−tek po pierwsze uprości układ, po drugie wy−eliminuje zupełnie kłopoty z czasami narasta−nia wytwarzanych impulsów. Ponadto za−miast różniczkować impulsy w obwodach za−wierających kondensatory C6 i C7, możnaspróbować wykorzystać wejście zegaroweCLK przerzutnika D lub JK (4013, 4027).I właśnie wykorzystanie przerzutników JK(7473 i 7474) zaproponował Tomasz Frydekz Opola. Jego prosty układ nie zawiera obwo−dów zabezpieczenia w przypadku awarii,a tylko układ opóźniający z kostką 555. UkładTomka jest bardzo niedoskonały, ale Autoranależy pochwalić za jasny i przejrzysty opis.W układzie przeznaczonym do pracy w wa−runkach polowych lepiej jest zastosowaćkostki CMOS serii 4000 pracujące w szer−szym zakresie napięć zasilania, a nie układyTTL. Ponadto nierealne jest użycie w obwo−dzie czasowym timera 555 rezystora 98MW .Po pierwsze będziesz miał kłopot z zakupemrezystora o tak wielkiej rezystancji, po drugie,układ (nawet w wersji CMOS) nie będzie nie−zawodnie pracował w obecności kurzu i wil−goci.Arek Lechański z Warki zaproponowałukład podobny do omówionego na początku.Na rysunku 3 można zobaczyć fragment jegorozwiązania. W rozwiązaniu Arka występująRys. 3. Fragment układu Arkadiusza Lechańskiego.trzy układy 4060, po jednym 4081 i 4071.Warto podkreślić wykorzystanie bramki IC2aw roli zatrzasku pamiętającego. Układ nie za−wiera obwodów umożliwiających sterowanieręczne, ale można go łatwo do tego przysto−sować.Również Arek nie ustrzegł się błędów. Ca−ły układ z tranzystorami T1 − T4 skądś przery−sował (nie podał skąd), ale nie zauważył, żejest to wzmacniacz impulsowy, który nie mo−że pełnić roli przełącznika zmierzchowego,ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/9613
Change language