Датчик уровня жидкости и емкостной датчик из BLE «маячков» своими руками (II серия)

Тот, кто возьмется за реализацию этого несложного проекта ценой в $1-2 получит опыт создания собственной системы «Умного дома», дополнительный запас знаний в области электроники и главное — удовольствие от проделанной работы.

На этот раз постараюсь коротко, но детально. Кто еще не успел ознакомиться с основами BLE (BlueTooth Low Energy) технологий заложенной в маячки, Bluetooth трекеры (антипотеряшки), беспроводные наушники, часы и фитнес браслеты и прочую носимую современную технику может обратиться к первой части сериала — сюда. Там же Вы найдете простейший процесс изготовления датчика протечки воды.

В отличии от предыдущего, где требовалось припаять к маячку лишь два проводка, к нижеописанным датчикам придется найти (отобрать, приобрести, выпаять) дополнительные детали. Для емкостного датчика потребуется сенсорная кнопка TTP223 (ценой — $1 десяток на любой популярной площадке), а для датчика уровня жидкости обойдемся одним транзистором KT361 (цена 3 руб. 100 шт.) или любым другим в компактном корпусе с p-n-p проводимостью.

Сенсорная кнопка:


Транзисторы:


Тип, цена и форма BLE брелков или сэлфи-пультов значения не имеет. Вышеуказанные детали должны уместиться в большинстве антипотеряшках представленных рынком, кроме редких брелков в форме карточек.

Кто-то наверняка задастся вопросом — «а зачем усложнять себе жизнь, когда для детекции уровня жидкостей (чаще всего это вода) вполне может сойти и датчик на двух проводниках описанный ранее?». Конечно можно, но мы же не ищем легких путей, нам подавай совершенство.

В случае с дополнительным тразистором мы не просто получим сигнал тревоги, но и заметно продлим жизнь батарейки, так как в режиме охраны (99,9% времени его работы) датчик будет отключен, в то время как в первом варианте от него требуется постоянная связь.

Принцип работы новой версии датчика основан на эмуляции кнопки I/O. Забегая в перед, замечу, что из-за высокой чувствительности транзисторного переключения на этой основе, можно построить практически весь перечень датчиков охранной сигнализации, в том числе детектора огня, движения, качества воздуха и т.д..

Для сопоставимости и наглядности я использовал все тот же белый TrackerPA и причины те же — неудобная схемотехника для изготовления охранных датчиков основанных на разрыве питания, приличный дизайн, относительно хорошая пыле/влагозащита.

Пошагово:

1. Коллектор KT361 транзистора припаиваем к удобному выводу минуса платы (любая из синих точек на фото 3). В моем случае это минус SMD транзистора управления зуммером (точка 1. фото 3).

Фото. 3:


2. Эмиттер KT361 тонким проводком соединяем с управляющим выводом I/O кнопки (точка 2. фото 3).

3. К выводу базы KT361 припаиваем провод потолще аккуратно пакуем и в качества одного из щупов направляем наружу корпуса (точка 4, фото 4). Второй провод (щуп) припаиваем к любой точке с отрицательной полярностью (на фото 3 синие).

Фото. 4:


4. Слегка подрезаем защелку верхней крышки

Фото. 5:



Все — датчик готов к работе.


Еще раз повторюсь — такой принцип подключения приемлем для любого BLE трекера или пульта, поэтому рисовать многочисленные варианты схем для пайки в двух точках (I/O и минус) думаю не целесообразно.

Поскольку все выводы за исключением управляющего (I/O) с максимальным сопротивлением покоя имеют одинаковую отрицательную полярность, ни по току, ни по напряжению утечки в покое практически нет, а вот на выводах (база-земля) с разностью потенциала в 2-3 V обеспечивается высокая чувствительность прибора, которую можно снизить (заодно и возможную утечку через жидкость) включением по любому из выводов постоянного или переменного сопротивления до 1 МОм. Этого можно достичь и разведением концов щупов на расстояние, которое зависит от состава и проводимости контактной среды.

Последовательность срабатывания: первый контакт с жидкостью – датчик выходит на связь и сохраняет такое положение до второго погружения. Каждый новый контакт переключает состояние датчика.

Если Вам нужно, чтобы датчик при контакте просто выключался, проводок с эмиттера KT361 вместо точки 2 (фото.3) припаиваем к выводу кварцевого резонатора (кристалла, генератора частоты) идущего к процессору, в моем случае к точке 3 (фото.3). После этого включение датчика придется производить вручную.

Те, кто хочет дистанционно контролировать не только протечки и уровень воды, но и горючие жидкости (впрочем, как и любые другие) по одному проводнику без всяких микро гальванических эффектов, переходим к третьему варианту датчиков.

Емкостной датчик (объема)

Датчик получился специфичный, с необычными функциями. Необычность в том, что его реакция не совсем прямолинейна, а работает он по принципу: есть объем – включился, нет объема — сохраняет состояние, выключение происходит при повторном контакте. Датчик как «взрослый» самостоятельно подстраивается под окружающую среду (больше масса покоя — меньше чувствительность, меньше масса — большая чувствительность), но судя по Youtub-у и публикациям, некоторые экспериментаторы считают, что сделать корректный емкостной датчик на основе TTP223 невозможно. Но они ведь не догадываются, что мы будем использовать «умную» базу на Android, которая все вычислит и в нужный момент произведет необходимую для нас действия.

Принцип работы и применения

Емкостные датчики чаще всего используются для контроля влажности твердых и геле образных сред, уровня жидкости, контроля массы тел. Их работа основывается на изменении разницы потенциалов обкладок конденсатора и изменении электро проницаемости окружающей среды.
Для нашей кнопки этот эффект выглядит приблизительно так:

Фото 5



При изменении емкости конденсатора С1, который Вы найдете на борту платы схемы (он единственный) в сторону уменьшения – чувствительность датчика увеличится, а увеличив емкость конденсатора чувствительность уменьшится.

Для улучшения радиопередачи, как первый, так и второй вышеописанные наши датчики можно вывести из закрытого пространства (подкухонной тумбочки, стиральной машинки, ванной и т.д.) или другого помещения удлинением проводников. В таком случае, для емкостного датчика с целью уменьшения внешних паразитных полей, которые возникают при непосредственном соседстве с проводниками переменного тока и при проводке щупов через простенки, советую использовать «витую пару». Второй провод припаивается к выходу конденсатора на специально предусмотренную рядом с детекторным проводом площадку (точка 4 фото 8).

Построение датчика:

В этом случае выбор пал на iTAG c такой же как и у TrackerPA неудобной для изготовления других датчиков схемотехникой, но большим внутренним пространством, который хорошо подходит для размещения дополнительной платы. Кроме того, нам потребует двух сантиметровый отрезок тонкого изолированного провода и один (второй по необходимости) жесткий с хорошей изоляцией проводник (щуп — антенна) любой длины.

Фото. 6:



Фото. 7:



1. Под выводом GND (точка 2 фото 7) отмечаем место пайки – зачищаем скальпелем небольшую площадку, жирно лудим. Сопоставляем точки как на фото 8, даем припою хорошо прогреться и стечь к контактным площадкам.

Фото. 8:



2. Коротким проводом соединяем управляющий вывод (I/O на фото 9) с управляющим выводом кнопки схемы маячка (точка 3 фото 8).

Фото. 9:



3. Один провод припаиваем к точкам 5 или по необходимости создаем витую пару. Провода выводим проделав (расширив) отверстия за пределы корпуса.

Вставляем аккумулятор и датчик готов к работе.

Короткое видео:

В случае его использования для контроля уровня агрессивных жидкостей, концы проводов (щупы) можно изолировать клеем (лаком) или подогнуть так, чтобы металл в проводнике не соприкасался с жидкостью.

Подойдет датчик и для незаметного включения/выключения нашей охранной сигнализации. Сам датчик внутри помещения, а снаружи двери кончик щупа (коснулись — включилась, еще раз коснулись выключилась). Если обеспечить хороший контакт щупа с ручкой двери, любое соприкосновение с ручкой человека даст сигнал на базу, что будет еще одним барьером к несанкционированному проникновению в жилище. При желании можно организовать сенсорное беспроводное управление любыми домашними приборами. Но это уже другая история.

Емкостной датчик, как и датчик уровня жидкости в режиме охраны постоянно выключен. Естественно иногда датчик нужно будет проверять на взаимосвязь с базой. В нашем случае это можно делать 1-2 раза в год легким касанием щупов. Если же кто-то предпочитает постоянный и дистанционный мониторинг датчиков на связь и степень заряда батарейки, то датчики на охрану выставляем в рабочем состоянии, но тогда и расход заряда батарейки выше (до 1,5 лет).

Для нетерпеливых

Некоторые, наверное уже заметили и задались вопросом — «как должна реагировать база, когда датчики на одно и тоже действие могут находиться как в включенном, так и в выключенном состоянии?».

Нет, мы не станем мониторить состояние связи встроенными в Macrodroid средствами для BLE маячков и даже не станем искать и настраивать специализированные плагины от Tasker (не каждый сможет правильно определить и вписать UUIDs или MAC адреса) и уж тем более, мы не станем писать собственные скетчи и программы на Java, Puthon, XML, С+…. Ведь мы рассчитываем на то, что построение собственной охранной системы будет доступно любому кто получил базовое школьное образование и не боится припаять пару проводков.

Так вот, если помните в первой серии я указывал на возможность программALARM BLE LIGHT или более продвинутой, но платной ALARM BLE iTAG быстро выводить в уведомления состояние каждого датчика. Их мы и будем отслеживать точнее это будет делать Macrodroid.

Пошагово: В триггеры Macrodroid добавляем «Уведомление получено» и/или «Уведомление очищено», в настройках триггера указываем с какого приложения получить эти уведомления и что они должны содержать — к примеру слово «ДВЕРИ».
В закладке «Действия» прописываем, все что мы хотим от базы.
Macrodroidпостоянно мониторирует все происходящее, увидев уведомление с конкретным текстом от ALARM BLE iTAG, немедленно отреагирует — позвонит, отправит СМС, проиграет выбранную вами музыку, отправит через Wi-fi команду внешним приемным устройствам и многое другое.

Подробное описание и принципы настройки базы Вы найдете в последнем выпуске сериала, а в следующем (если Вам понравится и этот материал) постараюсь описать в деталях изготовление охранных датчиков окон с «вечной батарейкой» и дверей.

Интересное использование BLE трекеров можно подсмотреть ЗДЕСЬ.

А пока представляю на обсуждение под катом фото-идею для «узких специалистов».



Всем ДОБРА!