Схема. Дистанционный указатель расхода воды

      Описываемый указатель расхода воды предназначен для дистанционной индикации и хранения в энергонезависимой памяти микроконтроллера показаний счётчика воды, оснащённого контактами, замыкающимися при каждом проходе через него определённой порции воды, в данном случае — 10 л. Прибор эксплуатируется со счётчиком Е-Т QN 2,5/40 К10.

Технические характеристики
Максимальный отсчёт, м3 ………………………………………………..999999,99
Дискретность счёта, м3 (л) ………………………………………………0,01 (10)
Напряжение питания, В   ………………………………………………..12
Длина соединительной линии, м, не более…………………………..1200
Сопротивление соединительной линии, кОм, не более …………..1

      Одна из особенностей, которую пришлось учитывать при разработке устройства, — значительное расстояние между местом его установки и находящимся в водопроводном колодце счётчиком. Связь между ними — по двухпроводному кабелю. В таких условиях пришлось применить гальваническую развязку входных цепей, непосредственно связанных со счётчиком воды, и основного блока, чтобы снизить до минимального уровня помехи и обеспечить безошибочный счёт. Конструкция механического счётчика воды гарантирует электрическую изоляцию от водопроводных труб и других токопроводящих деталей находящегося в нём датчика импульсов (геркона), а соединительная линия заземлена только со стороны электронного указателя расхода.

      В случае отключения питания указателя накопленная информация сохраняется в энергонезависимой памяти его микроконтроллера. Предусмотрена возможность пересылать показания счётчика для дальнейшей обработки в компьютер через СОМ-порт. Имеется ручная установка начального значения на табло указателя. Она необходима, например, чтобы привести его показания в соответствие с показаниями механического счётчика, по сигналам которого он работает.

      Схема указателя расхода воды показана на рис, 1. В нём применён микроконтроллер PIC16F876A (DD1). Для разработки его программы использовался загруженный с сайта www.mikroe.com   пакет MikroBasic PRO for PIC V3.2c. На этом же сайте по адресу www.mikroe.com/eng/products/view/476/pic-microcontrollers-programming-in-basic/   можно найти его описание.

      Коды из приложенного к статье файла CW1_16F876.hex необходимо загрузить в программную память микроконтроллера. Исходный текст программы CW1_16F876.mbas с подробными комментариями находится в папке sofLCW_16F876 приложения. Там же, в файле__Lib_l_cd8.mcl, имеется библиотека программных процедур, необходимых для управления ЖКИ по восьмипроводной шине данных. А в текстовом файле instruction.txt содержится краткая инструкция по сборке проекта в среде MikroBasic PRO, которая будет полезна при внесении изменений в программу и её повторной компиляции.

      Указателем расхода воды управляют с помощью кнопок SB1 и SB2. Информация выводится на ЖКИ MT-16S2H-2YLG (HG1), имеющий две строки по 16 символов. С микроконтроллером он связан по восьмипроводной шине данных. В компьютер сведения передаются через преобразователь уровней МАХ232СРЕ (DA4) и разъём Х2. Передачу запускают нажатием на кнопку SB2. Более подробно об этом будет рассказано ниже.
      Питают прибор постоянным напряжением 12 В, поданным на разъём Х1 от любого источника (например, от сетевого адаптера) с допустимым током нагрузки не менее 0,3 А. Использованный разъём должен быть совместим со штекером адаптера.

      Электрически изолированный от основной части прибора входной узел питается напряжением 12В, получаемым с помощью импульсного преобразователя напряжения на микросхеме IR2153D (DA1). Схема преобразователя заимствована из статьи А. Депармы «Маломощный импульсный источник питания» («Радио», 2010, №5, с. 19, 20). Выпрямитель импульсного напряжения собран по мостовой схеме на диодах VD1—VD4. Так как потребляемый входным узлом ток невелик (около 4 мА), интегральный стабилизатор DA3 — маломощный.
      Остальная часть прибора получает напряжение питания 5 В от интегрального стабилизатора DA2. Подсветка индикатора HG1 (фиксированной яркости) питается напряжением 12В через резистор R15.

      Входной узел прибора представляет собой транзисторный триггер Шмитта. В коллекторную цепь транзистора VT2 включён излучающий диод оптрона U1. Оптрон изолирует микроконтроллер от цепей, связанных с герконом механического счётчика. Двухпроводный кабель от геркона, замыкающегося при прохождении через счётчик каждых 10 л воды, подключают к контактам ХТ1 и ХТ2.
      Цифровой указатель расхода воды собран на двух макетных платах, помещённых вместе с платой модуля ЖКИ в пластмассовый корпус размерами 150x120x46 мм (рис. 2). Кнопки SB1 и SB2 установлены на плате микроконтроллера. Их удлинённые толкатели пропущены в отверстия на лицевой панели корпуса и выступают над ней. На этой же панели укреплён светодиод HL1. Чтобы защитить ЖКИ от повреждений, окно для него в лицевой панели можно закрыть накладкой из органического стекла.

      На второй плате собраны импульсный преобразователь напряжения, питаемый от него триггер Шмитта и установлен преобразователь уровней DA4. В нижней части корпуса находятся разъёмы Х1, Х2 и зажимы ХТ1—ХТЗ для присоединения геркона и заземления.
      Транзисторы 2SC1815 можно заменить любыми из серий КТ3102, КТ315, КТ503. Вместо диодов Д220А используют маломощные диоды Шотки. При желании значительно уменьшить габариты устройства можно, применив в нём элементы для поверхностного монтажа.
      Трансформатор Т1 намотан на кольцевом магнитопроводе типоразмера 17x9x5 мм из феррита с магнитной проницаемостью 2000 проводом ПЭЛШО диаметром 0,12 мм. Первичную обмотку, состоящую из 20 витков, наматывают первой, распределяя её витки равномерно по всему магнитопроводу. Эту обмотку покрывают слоем тонкой фторопластовой ленты, а поверх неё равномерно укладывают 29 витков вторичной обмотки.

      Подстроечным резистором R14 устанавливают необходимую контрастность изображения на ЖКИ. Яркость его подсветки можно изменять, подбирая резистор R15.
      После завершения сборки устройства и программирования микроконтроллера включаем питание, при этом происходит инициализация микроконтроллера и ЖКИ. На индикаторе появляется заставка: в первой строке — «V1.3 Almaty 2012», во второй — «Е-Т QN 2,5/40» (тип счётчика воды, для работы с которым предназначен прибор).
      Через 3 с прибор переходит в рабочий режим. Табло ЖКИ приобретает вид, показанный на рис. 3. Выведенное число — суммарный расход воды в кубических метрах, сохранённый в EEPROM микроконтроллера в момент завершения предыдущего сеанса работы. При первом запуске прибора это начальное значение, записанное в программе. Третий десятичный знак после запятой присутствует на табло лишь для единообразия показаний механического и электронного счётчиков. Он всегда остаётся равным нулю, так как в последний поступает информация лишь о каждом десятом литре (0,01 м3) израсходованной воды.

      Если теперь дважды замкну1ь зажимы ХТ1 и ХТ2, имитируя этим работу геркона в счётчике воды, табло ЖКИ примет вид, показанный на рис. 4. Такой же результат можно получить, нажав два раза на подключённую после оптрона U1 параллельно входу RA1 микроконтроллера кнопку SB1. Чтобы проверить правильность записи и хранения показаний счётчика в EEPROM микроконтроллера, следует выключить питание указателя, например, вынув сетевой адаптер из розетки, и через некоторое время включить его вновь. После вывода заставки на ЖКИ должно быть автоматически восстановлено значение, которое было на нём до выключения.

      После кратковременного нажатия на кнопку SB2 на табло ЖКИ будет выведено сообщение, показанное на рис. 5, и начнётся передача отображённого на табло значения по последовательному интерфейсу. Чтобы компьютер смог принять информацию, разъём его СОМ-порта должен быть соединён с разъёмом Х2 указателя расхода и запущена компьютерная программа, принимающая и обрабатывающая передаваемые сведения.
      Результат счёта передаётся байтами, каждый из которых содержит значения двух десятичных цифр выведенного на ЖКИ числа, начиная с его старшего разряда. Между байтами двух младших цифр целой части и первых двух цифр дробной части передаётся байт 0х2С — код символа «запятая». Последняя цифра, всегда равная нулю, не передаётся. Таким образом, общая длина сообщения — 5 байт. Передача идёт со скоростью 9600 Бод с интервалами 0,1 с.

      Через 0,5 с, когда передача будет завершена, табло ЖКИ примет вид, показанный на рис. 6. Если теперь ещё раз нажать на кнопку SB2, программа начнёт выполняться вновь, и после отображения заставки прибор продолжит принимать импульсы от счётчика воды. Если же нажать на кнопку SB1, будет предоставлена возможность вручную изменить хранящийся в EEPROM микроконтроллера результат счёта. Это может потребоваться, например, для того, чтобы установить идентичные показания механического и электронного счётчиков. Изображение сменится показанным на рис. 7. Цифра 4 в верхней строке ЖКИ означает старшую, условно четвёртую группу из двух цифр результата счёта. Рядом в той же строке выведено значение этой группы.

      Допустим, нужно установить на табло 012345,670. Нажимаем на кнопку SB2, и цифры 00 в верхней строке сменяются цифрами 01. Если нажать и удерживать эту кнопку, они будут меняться от 00 до 99 по кругу. При достижении нужного значения кнопку следует отпустить. Если «проскочили», нажатие на кнопку придётся повторить. Нижняя строка табло не изменяется.
      Далее нажимаем на кнопку SB1. Цифра 4 в верхней строке сменяется цифрой 3, и выводятся две следующих цифры результата счёта. Нажатием на кнопку SB2 устанавливаем их равными 23. Табло ЖКИ принимает вид, показанный на рис. 8. Аналогичным образом изменяем вторую и первую группы цифр. После этого ещё раз нажимаем на кнопку SB1. На табло ЖКИ появляется уже знакомое сообщение (см. рис. 6), но с новым значением расхода воды.

      Если допущена ошибка, можно вновь нажать на кнопку SB1 и повторить процедуру ввода заново. Если же значение введено правильно, нажатием на SB2 возвращаем указатель в рабочий режим (рис. 9). При отсутствии нажатий на кнопку SB1 или SB2 в течение 30 с возвращение в этот режим произойдёт автоматически.
      Недостаток описанного цифрового указателя расхода воды состоит в том, что при отключении питающей сети счёт прекращается. Его можно устранить, включив параллельно выходу сетевого адаптера, питающего указатель, аккумуляторную батарею на 12В. Её ёмкость должна быть достаточной для работы указателя в течение самого продолжительного отключения сети. Мощность адаптера должна быть достаточной не только для питания указателя, но и для подзарядки батареи.

      Если расстояние между механическим счётчиком воды и электронным указателем невелико и нет к тому же необходимости пересылать информацию в компьютер, прибор можно значительно упростить. В этом случае из него исключают импульсный преобразователь напряжения (микросхемы DA1 и DA3), триггер Шмитта на транзисторах VT1 и VT2 с оптроном U1, преобразователь уровня DA4, разъём Х2. Геркон счётчика подключают параллельно кнопке SB1.

Прилагаемые файлы:   CW_16F876.zip

М. ТКАЧУК, г. Алматы, Казахстан
«Радио» №1 2013г.

Похожие статьи:
Дистанционно управляемая сетевая розетка