УКОВ. От идеи до сборки

Описание жизненного пути маленького устройства от зачатия идеи до включения его в сеть

Идея, разработка, сборка: Вадим Логинов

Не вникая в детали, скажем кратко: однажды у автора возникла необходимость создания устройства, контролирующего откачку воды, а именно устройства, отключающего насос при достижении уровня воды его всасывающего патрубка. Читатель может возразить, что можно просто каждые 10 минут проверять уровень воды. Соглашусь, но это раздражает. Тем более, что у современного человека есть замечательный инструмент, решающий подобные задачи, а именно: АВТОМАТИЗАЦИЯ. Она позволит нам избавиться от постоянного чувства беспокойства, которое безостановочно шепчет: "надо проверить, вдруг всё уже сгорело!". То есть...

Цель - устройство автоматизации домашнего водоотлива

Приступим к делу. Назовем разрабатываемое устройство "УКОВ" (устройство контроля откачки воды). Определим функции, которые должно выполнять наше будущее устройство. К функции непосредственно слежения за уровнем добавим немного функциональности (специальность "АУП" позволяет создавать многофункциональные устройства с применением эффективного современного решения - микропроцессорной техники).

Функции УКОВ:

• Отключение насоса при достижении уровня воды заданного уровня
• Начало работы по истечению заданного промежутка времени
• Постоянное слежение за уровнем и откачка при необходимости
• Индикация работы

Рисунок 1 - Структурная схема УКОВ

Таким образом, ядром устройства является микроконтроллер (МК). Он опрашивает датчик уровня (ДУ) и соглясно программе включает/отключает насос. Но сам он управлять насосом не может, для этого использует контактор. Но и катушка контактора для МК является непосильной задачей, поэтому в схему включим маломощное реле с катушкой на 5 VDC.

Двигаемся далее. Мы уже подошли к вопросу о логике работы УКОВ. Итак...

Режимы работы УКОВ:

• Режим "Откачка". После включения УКОВ просто следит за уровнем воды и отключает насос, когда уровень упадет
• Режим "Таймер". Пользователь задает время (определенное количество часов), по истечению которого УКОВ начинает откачку воды. После достижения нижнего уровня насос отключается
• Режим "Повтор". Проверка уровня через каждые N часов (N задаётся пользователем). Если вода есть, УКОВ откачивает её

Алгоритм

Алгоритм, реализующий нужные нам функции, показан на рис.2.

Рисунок 2 - Алгоритм функционирования УКОВ

Поясним алгоритм. После включения УКОВ начинает непрерывный опрос кнопки ПУСК (подключим её к порту PA7). Если пользователь нажмет ПУСК и будет держать её 0.5 c, устройство перейдет к определению выбранного режима. Т.е. пользователь предварительно должен совершить манипуляции с тумблером РЕЖИМ. Если этот тумблер будет установлен в положение "Повтор", то УКОВ начнет отрабатывать данный режим. Два режима - "Таймер" и "Откачка" - объединим в один: если пользователь выберет нулевое количество часов (hrs = 0), то УКОВ будет действовать согласно режиму "Откачка", сразу откачает воду и отключит насос. Иначе, подождет заданное время. Кнопка ИНД позволит включать/отключать индикацию вне устройства (далее будет пояснено).

Время пользователь будет задавать нажатием на кнопку "+". При этом на семисегментном индикаторе будет отображаться выбранное количество часов от 0 до 9 (после 9-ти переход на 0).

Вот и всё, переходим к схемотехнике.

Схемное решение

Мы все больше и больше приближаемся к реальности. Уже совсем горячо! Почему? Потому что самое время включать паяльник в сеть, пусть греется. А мы тем временем рассмотрим еще кое-какие вопросы, вопросы схемотехники. Схема УКОВ приведена на рис.3.

Рисунок 3 - Схема УКОВ

Как видно из схемы, нами был принят МК ATtiny26. По что количеству портов он идеально подходит для УКОВ. Теперь осталось лишь нарисовать топологию платы (рис.4).

Рисунок 4 - Топология печатной платы УКОВ

От теории к практике

А теперь начнем материализовать УКОВ, после чего вдохнем в него жизнь - напишем программу для МК. Затем окончательно смонтируем и проверим в реальных условиях. Но это через некоторое время, а сейчас вниманию читателя предлагается изготовление платы для УКОВ. С чего начнём? Начнём с отверстий. Согласно топологии. Итог - на рис.5.

Рисунок 5 - Начало физического существования УКОВ

Теперь можно наносить рисунок. Сделаем это аккуратно (рис.6).

Рисунок 6 - Плата с нанесенным рисунком

Теперь опустим плату в раствор хлористого железа и отдохнём 30 минут... Что получилось можно увидеть на рис.7.

Рисунок 7 - Плата после травления

Тщательно сотрем остатки маркера с платы и можем начинать лудить дорожки (рис.8).

Рисунок 8 - Всё готово к лужению

Нанесли на медь слой припоя, теперь всё готово к пайке элементов (рис.9).

Рисунок 9 - Плата готова к пайке элементов

Подпаяем элементы на плату и можем приступать с созданию панели для пользователя, т.е. создадим "интерфейс пользователя" согласно разработанной ранее структурной схемы (рис.1). Подробно данный этап рассматривать не будем. Напомним лишь, что панель управления должна содержать тумблеры "ВКЛ/ВЫКЛ", "РЕЖИМ", "ИНДИКАЦИЯ/БЕЗ ИНДИКАЦИИ", кнопки "+", "ПУСК", семисегментный индикатор для отображения количество часов таймера и светодиод для индикации работы.

На рис.10 показан промежуточный результат нашей деятельности – показаны уже реально существующие блоки задуманной ранее структурной схемы.

Рисунок 10 - Полная готовность к сборке

Теперь нам еще предстоит пройти последний этап разработки - вдохнуть в устройство "душу". Программу для МК, разумеется, будет писать и отлаживать в AVR Studio. Напишем подробные комментарии, чтобы можно было разобраться в ней даже через год. Программа приведена в листинге.

Ну вот, теперь можем монтировать устройство в корпусе. Окончательный вид УКОВ приведен на рис.11.

Рисунок 11 - Готово! Так выглядит наше новое устройство

Демонстрация УКОВ

Чтобы посмотреть как это всё работает в реальном мире предлагаю небольшой видеоролик (если видео внизу не отображается, вот ссылка на него).

Ну что же, был рад поболтать. Всего Вам хорошего, до новых встреч.

© 2010 Логинов Вадим