Предлагаемый автомат освободит владельца дачного участка от заботы о своевременной поливке огорода. Он не только подаст в систему орошения необходимое для достаточного увлажнения почвы количество воды, но и вовремя пополнит ее запас в накопительном баке. Детали, нужные для сборки автомата, легко найти даже в удаленной от промышленных центров местности.
Проблеме "автоматизации" огорода на страницах журнала "Радио" уделено немало внимания. Были предложены самые разнообразные варианты ее решения [1-7], каждое со своими особенностями. После их анализа было принято решение разработать собственный вариант автомата, сочетающий достоинства рассмотренных и лишенный, по возможности, их недостатков.
Для управления поливкой растений, прежде всего, необходим датчик, реагирующий на влажность почвы. Как показано на рис. 1, он изготовлен из двух односторонне фольгированных стеклотекстолитовых пластин 1 размерами 150x25x2 мм. В каждой просверлено по 70-80 отверстий диаметром 1,5 мм, распределенных равномерно по всей поверхности.
(нажмите для увеличения)
Пластины 1 с припаянными к фольге соединительными проводами закреплены параллельно друг другу фольгой внутрь с помощью винтов 2 и изолирующих втулок 4. В двух местах между пластинами имеются поролоновые вставки 3 (размеры заготовки 25x20x12 мм). Собранный датчик обмотан по периметру липкой лентой, защищающей от попадания внутрь частиц грунта.
Датчик закапывают в землю на небольшую глубину. Поролон впитывает воду, проникающую через отверстия в пластинах, в результате электрическое сопротивление датчика (1...2 МОм в сухом состоянии) уменьшается до 40...200 Ом при полном насыщении влагой.
Второй датчик - уровня воды в накопительном баке - изготовлен из отрезка силового кабеля АВВГ 4x4 мм2, введенного в бак сверху. Концы четырех алюминиевых проводов приблизительно на 200 мм очищены от изоляции. Два соединенных вместе провода образуют общий электрод датчика. Их концы закреплены горизонтально у самого дна бака. Конец третьего провода размещен аналогичным образом на 150 мм выше.
Это - электрод "Мало". Конец четвертого провода (электрод "Много") находится в верхней части бака на достаточном для исключения перелива расстоянии от его среза.
Схема автомата показана на рис. 2. Узел управления поливкой собран на транзисторах VT1 -VT3 и реле К1. Пока влажность почвы удовлетворительна и сопротивление датчика невелико, транзистор VT1 закрыт, а образующий с ним триггер Шмитта транзистор VT2 открыт. Напряжение, поступающее через эмиттерный повторитель на транзисторе VT3 на обмотку реле К1, недостаточно для срабатывания последнего.
По мере высыхания почвы сопротивление датчика и напряжение на базе ранзистора VT1 растут. В определенный момент напряжение станет достаточным для переключения триггера. Напряжение на обмотке реле К1 скачком увеличится. Сработав, оно замкнет цепь питания электромагнитного клапана, открывающего доступ воды из накопительного бака в оросительную систему или насоса, подающего в нее воду. Мигающий светодиод HL3 зеленого цвета свечения покажет, что поливка идет.
С увлажнением почвы сопротивление датчика упадет, напряжение на базе транзистора VT1 станет меньше порога переключения триггера, что приведет к возвращению устройства в исходное состояние. Поливка завершена.
Срабатывания реле К1 при нужной влажности добиваются регулировкой подстроенного резистора R3. Иногда приходится изменить и номинал резистора R2.
Диоды в эмиттерной цепи транзисторов VT1, VT2 - из разных полупроводниковых материалов (VD4 - германиевый, VD5 - кремниевый). Это улучшает температурную стабильность порога срабатывания прибора.
Конденсатор С7, увеличивая время срабатывания и отпускания реле, устраняет 'дребезг", нередко предшествующий переключению. Он же уменьшает до безопасного значения амплитуду выбросов напряжения на обмотке реле. Диоды VD1 и VD2 вместе с конденсатором С4 служат для устранения вредного влияния наводок, неизбежных при большой длине проводов, соединяющих автомат с датчиком влажности.
Реле К1 - РМУ паспорт РС4.523.330 (сопротивление обмотки - 430 Ом). Можно применить и другие, рассчитанные на коммутацию цепей переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 250 В при токе до 5 А. Например, серии ПЭ-36 с катушкой на 24 В постоянного тока.
Устройство управления подачей воды в накопительный бак состоит из двух почти одинаковых узлов, реагирующих на ее минимальный и максимальный уровни. Когда бак пуст, резисторы R1 и R5 поддерживают на входах элементов DD1.1 и DD1.2 уровень лог. 1. Цепи R6C2 и R7C6 служат фильтрами, подавляющими наводки и импульсные помехи.
Уровень на выходах указанных выше элементов в этом состоянии - лог. 0, а на выходах элементов DD1.3 и DD1.4 - лог. 1. Светодиод HL1 (мигающий красного свечения) включен и сигнализирует, что бак пуст. Светодиод HL2 (зеленого свечения) погашен. Транзисторы VT4-VT7 открыты.
Сработавшее реле К2 замыкает цепь обмотки реле КЗ, в результате чего срабатывает и оно, а светодиод HL4 (желтого свечения) включается. Контакты КЗ.2 замыкают цепь питания насоса, подающего воду в бак.
Вода, достигшая электрода "Мало", резко уменьшит сопротивление между ним и общим электродом. Уровень лог. 1 на входе элемента DD1. 1 сменится на лог. 0. В результате погаснет светодиод HL1 и будет закрыт составной транзистор VT4VT6. Однако благодаря замкнутым контактам К3.1 это не приведет к изменению состояния реле К2 и КЗ и насос продолжит работу.
Когда бак будет заполнен до электрода "Много", изменят состояние элементы DD1.2 и DD1.4, будет включен светодиод HL2 и закрыт составной транзистор VT5VT7. Светодиод HL4 погаснет, реле КЗ, а за ним и К2 отпустят якори. Подача воды в бак будет прекращена и не возобновится, пока ее уровень не опустится ниже электрода "Мало", после чего описанный выше процесс будет автоматически повторен.
Реле К2 - РЭС22, паспорт РФ4.500.131 или РЭС9, паспорт РС4.524.200. Реле КЗ аналогично К1. Если электродвигатель насоса мощностью более 1 кВт, для его включения необходим электромагнитный пускатель соответствующей мощности, например, серии ПМЕ-100 или ПМЕ-111. В подобном случае контакты К3.1 должны коммутировать цепь обмотки пускателя.
Напряжение питания автомата (24 В) даже в "полевых" условиях при повышенной влажности не представляет опасности для человека. Однако против его случайного попадания под напряжение 220 В, например, при повреждении изоляции между первичной и вторичной обмотками трансформатора питания, необходимо принять все меры. Лучше всего использовать трансформатор, обмотки которого находятся в разных секциях каркаса. Следует предусмотреть возможность быстрого автоматического или ручного аварийного отключения обоих выводов первичной обмотки от сети.
Общий провод устройства следует надежно заземлить, а все работы производить с соблюдением "Правил устройства и эксплуатации электроустановок потребителей" и мер пожарной безопасности.
Литература
Автор: А.Марков, г.Тулома Мурманской обл.