Автоматический бесконтактный смеситель с подачей жидкого мыла (продолжение "Цифровой туалет")

[Val]

Однажды, отдыхая в торгово-развлекательном комплексе, моя жена пошла в туалетную комнату и вышла оттуда с большим изумлением. Она рассказала, что долго не могла понять, как воспользоваться умывальником, а стоящая рядышком девушка ей вежливо помогла в этом. «Двадцать первый век! » - сказала она, показав как пользоваться автоматическим, бесконтактным смесителем, улыбнулась и ушла.
При выборе сантехники в туалет и ванную хотелось так сказать, соответствовать течению времени и установить что-то подобное, но изучение рынка данной техники еще четыре года назад показало, что цены на подобные устройства достаточно высоки, и остаются, к сожалению таковыми поныне. На самом же деле, ничего сложного нет, существует множество всевозможных датчиков наличия и присутствия, множество электромагнитных (соленоидных) клапанов различного проходного сечения и напряжения срабатывания. Было много идей, но нужно было найти оптимальное решение между себестоимостью устройства его надежностью и функциональностью. Было разработано два варианта – один в туалет с автоматической подачей жидкого мыла (кстати, подобный вариант, на рынке пока не встречается), второй, в ванную – простой автомат с возможностью ручной регулировки температуры воды. Сначала были выбраны обычные смесители. При выборе, обращалось внимание на то, чтобы была возможность встроить в нижней части его корпуса оптический (инфракрасный) датчик наличия рук (ик-датчик). Был найден достаточно удачный вариант – не поворотный смеситель с местом, подходящим для установки датчика. Второй вариант (в ванную) не имел такой возможности монтажа, и поэтому ик-датчик был установлен в раковину, в камере перелива (рис. 1), не нарушив при этом ее работоспособности. Возможно, при желании повторить данную конструкцию придется индивидуально решать эти задачи, так, как существует множество различных смесителей и по конструкции и по дизайну, но думаю, мой опыт поможет в решении этих проблем. Рассмотрим первый вариант смесителя с подачей жидкого мыла (рис. 2). Практически все современные смесители, которые управляются одним рычагом, имеют внутри так называемый «картридж», он может быть пластмассовым или бронзовым, но функции его одинаковы - это современный запорный элемент. В данном случае переделка картриджа заключалась в том, что он сначала полностью открывается для одинаковой подачи холодной и горячей воды, а потом в данном положении у него удаляется ручка управления. То есть теперь, наш кран полностью открыт, и закрыть его - не возможно. Это было легко, основная сложность заключалась в том, чтобы один из входов (горячей или холодной воды) вывести отдельной трубкой из сопла (аэратора) смесителя. В данном случае, в картридже было проделано необходимое отверстие и с одного, (любого) канала подачи холодной или горячей воды выведена ПВХ трубка небольшого диаметра (3.2мм). Все пространство данной камеры картриджа залито эпоксидным клеем, который фиксирует трубку и не позволяет смешиваться двум средам – жидкому мылу и воде. Эпоксидный клей отлично справился с данной задачей, так как при всегда открытом кране давление между электромагнитным клапаном и выходом воды со смесителя практически отсутствует, а температура воды не бывает сильно горячей. Второй конец трубки просовывается наружу, в отверстие в аэраторе (сопло смесителя для смешивания воды и воздуха и образования «мягкой», воздушно-пузырьковой струи). Таким образом, в конечном итоге мы имеем два входа в смеситель, которые постоянно открыты, и имеют различные выходы наружу – для воды через аэратор, для жидкого мыла – через отдельную трубку через отверстие в аэраторе - среды внутри крана не смешиваются (рис. 3). Для достижения максимального комфорта, при пользовании смесителем, на его входе подачи воды был установлен термостатический смеситель заводского изготовления, который поддерживает постоянную температуру струи из-под крана вне зависимости от скачков напора холодной или горячей воды. Внутри корпуса термостатического смесителя находится термоэлемент, реагирующий на изменение температуры воды. Стоит ей хотя бы немного охладиться или нагреться, он тут же восстанавливает прежний уровень нагрева, меняя соотношение поступающей холодной и горячей воды. Если в системе водоснабжения резко уменьшится подача холодной или горячей воды, это повлияет лишь на напор струи, а температура останется прежней. Если же по каким-то причинам холодная или горячая вода перестанет поступать вовсе или ее напора будет недостаточно для поддержания заданной температуры, термостат просто перекроет поток. Но это уже вспомогательные функции системы, и необходимость и даже возможность их внедрения нужно рассматривать строго индивидуально. Например, если у вас часто не бывает горячей воды, то данное устройство будет перекрывать и холодную, и кран работать не будет. Из опыта добавлю о необходимости обязательно устанавливать обычный, можно полуоборотный кран на пути движения воды перед электромагнитным клапаном. С помощью него, можно будет установить необходимую, приемлемую подачу воды на смеситель. Для подачи жидкого мыла, был приспособлен бачок стеклоомывателя автомобиля «Нива», имеющий в своем комплекте встроенный в корпус центробежный насос с номинальным напряжением питания 12В. Данный тип бачка был выбран исключительно из-за формы и размера. В принципе, очень многие бачки стеклоомывателей других моделей «авто» подойдут для данной конструкции, выбор которых очень широк в авто-магазинах. Компоновка всех узлов изображена на рис. 4, а внешний вид готового устройства виден на рисунке 5. Для заправки бачка можно использовать жидкое мыло не очень густой констинтенции, но лучше заправлять не дорогим, однородным шампунем, по густоте они наиболее оптимальны, а их моющие свойства ничем не уступают жидкому мылу. Одной заправки такого «дозатора» хватает почти на год работы, что исключает необходимость частого обслуживания системы. Объем подающего моющего средства можно регулировать в широких пределах с помощью джамперной колодки X1-X3. Принцип установки времени подачи а, следовательно, и количества мыла пропорционален сумме разрядов указанных на колодке. В верхнем положении джамперов «1, 2, 4» подача мыла не осуществляется, а нижнее положение джампера «Z» блокирует работу устройства (выдачи напряжения на электромагнитные клапана и центробежный насос) и служит для удобства настройки дальности действия ик-датчика, отображая при этом его сработку с помощью светодиода HL2. (В варианте прошивки смесителя ванной комнаты, с помощью джамперов «1, 2, 4», устанавливается время задержки отключения клапанов после убирания рук с зоны действия датчика). Данный смеситель имеет два режима работы. Первый – обычный, если поднести руки в зону действия датчика (под распылитель аэратора), то примерно, через секунду начнется подача воды до тех пор, пока вы удерживаете руки, и после их убирания - прекращается. Второй режим включается быстрым движением руки перед ик-датчиком. То есть, в дежурном режиме, когда вода не поступает необходимо кратковременно поднести и убрать ладонь в зону действия ик-датчика так, чтобы обычный режим не успел включиться. О переходе на второй режим, просигнализирует засветившийся светодиод HL3 и прозвучит один BIP (при необходимости, имеется возможность вынести данный светодиод на видное место). Такой вариант управления, был выбран, от нежелания прокладывать лишние провода, и устанавливать сенсорную или водонепроницаемую кнопку (навыки включения приобретаются почти с первого раза). Данный режим остается включенным несколько секунд, и если теперь поднести руки в зону действия датчика, начнется работа смесителя по программе. Сначала происходит подача воды для намачивания рук, затем, минуя небольшую паузу, происходит подача жидкого мыла в объеме соответствующем установленным джамперам, затем наступает пауза для намыливания рук. Далее, автоматически включается первый режим, и вода поступает столько времени, сколько руки находятся в зоне действия датчика.
Второй смеситель (ванная комната) в переделывании оказался очень простым. Я открутил гайку фиксации картриджа, извлек его, и развернул на 180° относительно оси патрубков подачи воды. Это привело к тому, что при нахождении ручки управления якобы в закрытом положении, подача холодной и горячей воды была уже открыта на 100%. Закрыть теперь ее не представлялось возможным, а вот поворотом ручки вправо или влево можно легко регулировать подачу холодной и горячей воды, тем самым, изменяя температуру на выходе. Очевидно, можно обойтись и совсем без всяких переделок, но я посчитал, что имеющаяся возможность закрывать воду вручную будет иметь место, и оставлен в таком положении кран, потеряет всякий смысл автоматического управления.
Принципиальная электрическая схема устройства для обоих смесителей одинакова, достаточно проста, и отличается лишь прошивкой контроллера (рис. 6). Прошивка AVTO H2O+SOAP - соответствует версии с жидким мылом, а AVTO H2O 1+1 – варианту с двумя клапанами, холодной и горячей воды. Наладка устройства заключается в установке оптимальной зоны сработки ик-датчика, с помощью переменного резистора R7. Односторонняя печатная плата (рис. 7) выполнена для корпуса BOX КМ-21 и имеет размеры 68×52мм. Светодиод HL4 отображает наличие питания схемы, HL2 - сработку ик-датчика, HL3 - включение режима с подачей жидкого мыла. При использовании прошивки AUTO H2O светодиод HL3 не используется и его можно исключить. Диоды VD1, VD2 – SMD, припаяны непосредственно на штырьки зажимов со стороны печатного монтажа. Основное внимание следует уделить изготовлению ик-датчиков, учитывая их тщательную оптическую изоляцию (ик-светодиод и микросхема интегрального фотоприемника TSOP, не должны иметь никакой оптической связи, кроме отраженного сигнала), а также необходимой и достаточной гидроизоляции этих компонентов устройства. В обоих случаях (туалет и ванная комната) при изготовлении, я использовал эпоксидный клей, полностью заливая свободное пространство между элементами датчика (рис.8), что дало хороший, положительный эффект. Подсоединение ик-датчика с электронным блоком осуществляется экранированным проводом, а элементы схемы C1 и R1 при невозможности установить непосредственно на DA1 установлены в любом доступном месте, как можно ближе к фотоприемнику (рис. 9). Питается устройство от источника бесперебойного питания 12В, непосредственно подключаемое к аккумуляторной батарее (желательно через самовосстанавливающи й предохранитель 3А). Можно использовать и любой другой блок питания, обеспечивающий кратковременный (до 5 сек.) ток нагрузки не менее трех ампер. Но, учитывая характер потребления тока, оптимально использование именно источника бесперебойного питания с кислотно-свинцовой аккумуляторной батареей, ведь в дежурном режиме, устройство потребляет всего 15mA, при работе одного клапана – 315mA, двух – 615mA, а при подаче жидкого мыла – до трех ампер. В этом случае, источник питания, для поддержания аккумулятора в заряженном состоянии, а также обеспечении тока дежурного режима не требует большой мощности и габаритов, а необходимый, большой ток достигается благодаря наличию аккумуляторной батареи, также, от данного источника можно обеспечить дополнительную, светодиодную подсветку в туалете и ванной, на случай отсутствия питания сети.
Широкая номенклатура электромагнитных клапанов (нормально - закрытый), позволяет использовать любые, подходящие по проходному сечению и номинальному напряжению открытия 12В. В данном варианте, я использовал, наверное, наиболее не дорогой вариант. В магазине по продаже запчастей для стиральных машин «автомат» я увидел по очень не высокой цене бывшие в употреблении электромагнитные клапаны. Они универсальны для различных моделей машинок и отличаются в основном формой и количеством входных и выходных патрубков (я использовал самые простые – один вход на один выход рис. 10). Эти клапаны рассчитаны на переменное напряжение 220В, поэтому пришлось их перемотать на номинальное напряжение работы 12В. Катушка съемная, необходимую толщину намоточного провода я определил опытным путем, при этом клапан уверенно открывается уже при 10В, не потребляя при этом лишнего тока, и в следствии не перегревается. Катушку можно намотать на намоточном станке, или с помощью электродрели, с плавной регулировкой оборотов, проводом ПЭТВ Ø 0,224 мм витком к витку, до полного заполнения каркаса (провод взят с катушки магнитного пускателя ПМЕ-200 ~50Hz 220В). Катушки электромагнитных клапанов не имеют никакого, прямого контакта с водой, но в целях повышения надежности залиты эпоксидным клеем (рис. 11). В программах обеих прошивок имеется подпрограмма «ALARM», предназначена для защиты от длительной подачи воды. Если по каким либо причинам (наличие сторонних предметов и т.д.) от ик-датчика поступает непрерывная команда на открытие клапана, то примерно через 40 секунд выдача управляющего напряжения, (а следовательно воды) прекращается и раздается прерывистый, аварийный сигнал. После устранения причины, блокировка автоматически снимается, и работа устройства возобновляется.

Ссылка на готовые электро-клапана http://www.ebay.com/sch/i.html?_odkw...ctric&_sacat=0