Подключение защиты от протечек «Аквасторож» в систему Умный Дом. Как не переплачивать за Умный Дом. Защита от потопа (антипротечка) Защита от протечки воды arduino

Arduino Датчик уровня воды предназначен для определения уровня воды в различных емкостях, где недоступен визуальный контроль, с целью предупреждения перенаполнения емкости водой через критическую отметку.

Конструкции датчиков уровня воды могут быть различными – поплавковые, погруженные, врезные. Данный датчик воды – погруженный. Чем больше погружение датчика в воду, тем меньше сопротивление между двумя соседними проводами. Датчик имеет три контакта для подключения к контроллеру.

+ – питание датчика;
- – земля;
S - аналоговое значение.

На вывод S подается аналоговое значение, которое можно передавать в контроллер для дальнейшей обработки, анализа и принятия решений. Датчик имеет красный светодиод, сигнализирующих о наличие поступающего на датчик питания.

Технические характеристики модуля

Напряжение питания: 3.3-5 В;
Ток потребления 20 мА;
Выход: аналоговый;
Зона обнаружения: 16×30 мм;
Размеры: 62×20×8 мм;
Рабочая температура: 10 – 30 °С.

Пример использования

Рассмотрим подключение датчика уровня воды к Arduino. Создадим проект звуковой сигнализации затопления помещения. При погружении датчика в воду, сигнализация издает три вида звуковых сигналов (небольшое затопление, средний уровень, критический уровень), соответствуюший трем уровням воды. Для воспроизведения звуковых можно к цифровому выводу подключить пьезоизлучатель - электроакустическое устройства воспроизведения звука. Но при этом звук получается очень тихий. Чтобы получить громкость более приличного уровня, к цифровому выводу Arduino динамик, но не напрямую, а через транзистор. Для проекта нам понадобятся следующие детали:

Плата Arduino Uno
Датчик уровня воды
Динамик 8 Ом
Резистор 500 Ом
Транзистор КТ503е
Соединительные провода

Соберем схему, показанную на рисунке.

Запустим Arduino IDE. Создадим новый скетч и внесем в него следующие строчки // Датчик уровня воды // http://сайт // контакт подключения аналогового выхода датчика int aPin=A0; // контакт подключения вывода реле int soundPin=11; // частота звукового сигнала int freq={587,466,293}; // переменная для сохранения значения датчика int avalue=0; // значение уровней int levels={600,500,400}; // текущий уровень int level=0; void setup() { // инициализация последовательного порта Serial.begin(9600); // настройка выводов индикации светодиодов // в режим OUTPUT pinMode(soundPin,OUTPUT); } void loop() { // получение значения с аналогового вывода датчика avalue=analogRead(aPin); // вывод значения в монитор последовательного порта Arduino Serial.print("avalue=");Serial.println(avalue); // вывод звука различной частоты для разных уровней погружения if(avalue>levels) tone(soundPin,freq,2000); else if(avalue>levels) tone(soundPin,freq,2000); else if(avalue>levels) tone(soundPin,freq,2000); else noTone(soundPin); // пауза перед следующим получением значения 1000 мс delay(1000); } Аналоговый вывод датчика подключен к аналоговому входу Arduino, который представляет собой аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с разрешением 10 бит, что позволяет на выходе получать значения от 0 до 1023. Значение аналоговых сигналов на аналоговом входе Arduino для трех уровней погружения были определены экспериментальным путем: > 400 – минимальное погружение; > 500 – средний уровень погружения; > 600 – большое погружение. Соответственно для каждого уровня погружения на динамике воспроизводится звуковой сигнал разной частоты: минимальное погружение – 293 Гц (нота ре 1 октавы); средний уровень погружения – 466 Гц (нота си-бимоль 1 октавы); большое погружение – 587 Гц (нота ре 2 октавы). При отсутствии погружения звуковой сигнал на динамике не воспроизводится.

Часто задаваемые вопросы FAQ

1. Не горит светодиод питания 2. При погружении в воду не изменяется значение выходного аналогового сигнала

Проверьте соединение датчика с входом Arduino.
Проверьте наличие и полярность подаваемого на датчик питания (3,3 – 5 В).

Продолжаю серию статей о компонентах умного дома. Сегодня поговорим о датчике протечки, какие электро краны купить и как этим управлять.

Для реализации проекта по защите от потопа в квартире я заказа у китайцев два электрических крана под резьбу 1/2 "" (DN15) схемой подключения DC3 и питанием 5 вольт.
Можно было заказать и на 12 вольт (они почему-то дешевле), но у меня не было подходящего блока питания. Для 5-и вольт подойдет любая зарядка от старого телефона.

Электрический кран

Кран имеет 3 провода:

Красный - плюс 5 вольт
Зеленый - минус
Желтый - управляющий (плюс - закрыт, разрыв - открыт)

Электрическая схема

Управлять этими кранами будет ESP8266-01. Это очень удобное и дешевое решение, но требующее подключения стабилизатора на 3.3 вольта. Управление мы будем осуществлять по протоколу MQTT с мобильного телефона на android.
Подробно о том как подготовить ESP к прошивке скетчем из Arduino IDE и настройке брокер-сервера cloudmqtt.com для обмена данными между устройствами я описывал в статье "ESP + MQTT как основа умного дома " и по тому повторяться не буду.

Управлять нашими электрическими кранами будет микроконтроллер ESP8266. Порт RxD будет управлять открытием/закрытием крана. Порт GPIO0 будет измерять сопротивление между ним и землей - датчик воды. Краны подключены не напрямую, а через транзистор КТ316. Ток для этих кранов не большой и этого маломощного транзистора хватает. Принципиальная схема устройства:

Датчик воды представляет собой кусок текстолита с двумя контактами. Он двухсторонним скотчем приклеен в укромном низком месте где может появиться вода.

Принцип работы

При включении устройства оно проверяет сопротивление на датчике. Если оно мало - включает тревогу и отключает подачу воды, если в норме - работает в следящем режиме.
Параллельно с этим устройство соединяется к домашнему роутеру и через интернет находит подключение к брокер серверу. Подписывается на топики "valve/1", "valve/alarm". Если на брокер сервер с мобильного клиента приходит топик "valve/alarm" = true - кран открывается, false - закрывается. Топик "valve/alarm" = true искусственно вызывает срабатывание тревоги и краны закрываются. "valve/alarm" = false отключает тревогу, если датчик не касается воды.

Скетч программы для Arduino IDE

#include #include Const char *ssid = "xxxxxx"; // Имя роутера const char *pass = "xxxxxx"; // Пароль роутера const char *mqtt_server = "m13.cloudmqtt.com"; // Имя сервера MQTT const int mqtt_port = 14483; // Порт для подключения к серверу MQTT const char *mqtt_user = "xxxxxx"; // Логи для подключения к серверу MQTT const char *mqtt_pass = "xxxxxx"; // Пароль для подключения к серверу MQTT const int sensor = 0; // датчик воды const int drive1 = 3; // кран const int led = 5; // диод на плате #define BUFFER_SIZE 100 int tm = 300; float temp = 0; bool sensor_is_alarm = false; bool drive1_is_close = false; WiFiClient wclient; PubSubClient client(wclient); // Функция получения данных от сервера void callback(char* topic, byte* bpayload, unsigned int length) { // конвертируем byte в sting String payload = ""; for (int i = 0; i < length; i++) { payload = payload + (char)bpayload[i]; } Serial.print(topic); // выводим в сериал порт название топика Serial.print(" => "); Serial.println(payload); // выводим в сериал порт значение полученных данных // проверяем из нужного ли нам топика пришли данные if(topic == "valve/1" && sensor_is_alarm == false) { int value = payload.toInt(); if (value == 0) drive1_is_close = true; else drive1_is_close = false; } if(topic == "valve/alarm") { int value = payload.toInt(); if (value == 0) { sensor_is_alarm = false; } else { sensor_is_alarm = true; drive1_is_close = true; } } } void setup() { Serial.begin(115200); client.setServer(mqtt_server, mqtt_port); client.setCallback(callback); delay(10); Serial.println(); Serial.println(); pinMode(led, OUTPUT); pinMode(sensor, INPUT_PULLUP); pinMode(drive1, OUTPUT); digitalWrite(drive1, LOW); } // Функция проверка датчика воды void readSensor() { int sensorValue = analogRead(sensor); if (sensorValue < 1023 && sensor_is_alarm == false) { // сработал датчик потопа sensor_is_alarm = true; drive1_is_close = true; Serial.println("Alarm on"); } if (drive1_is_close == true) digitalWrite(drive1, HIGH); else digitalWrite(drive1, LOW); digitalWrite(led, sensor_is_alarm); } // Функция отправки показаний void sendCurrentValue() { if (tm == 0) { // отсылаем текущий статус //client.publish("valve/alarm", String(sensor_is_alarm)); //client.publish("valve/1", String(!drive1_is_close)); tm = 3000; // пауза меду отправками 3 секунды } tm--; } void loop() { // подключаемся к wi-fi if (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { Serial.print("Connecting to "); Serial.print(ssid); Serial.println("..."); WiFi.begin(ssid, pass); if (WiFi.waitForConnectResult() != WL_CONNECTED) return; Serial.println("WiFi connected"); } // подключаемся к MQTT серверу if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) { if (!client.connected()) { Serial.print("Connecting to MQTT server "); Serial.print(mqtt_server); Serial.println("..."); if (client.connect("arduinoClient", mqtt_user, mqtt_pass)) { Serial.println("Connected to MQTT server"); // подписываемся по топики client.subscribe("valve/1"); client.subscribe("valve/alarm"); } else { Serial.println("Could not connect to MQTT server"); } } readSensor(); if (client.connected()){ client.loop(); sendCurrentValue(); delay(1); } } }

Управление на телефона

Скачал на свой Android программу - IoT MQTT Dashboard. В ней настроил отображение значения топиков "valve/1", "valve/alarm", которые присылаются раз в 3 секунды. Для управления кранами создал два переключателя "valve/1" и "valve/alarm", которые отсылают строки "true" и "false" при переключении.
Теперь остается спаять схемку и подключить. Тратить время на печатную плату было лень и сделал все по простому.

Устройство закрепил в техническом шкафу санузла. Подвел питание 5 вольт от блока питания, что бы лишний раз не светить фазой возле водяных труб.

Модернизация

В планах на доработку системы - отказ от проводных датчиков и использовать радио модули 433 МГц датчиков охраны двери с герконом. Геркон выпаивается и подпаивается самопальный сенсор воды (Контакты на плате уже есть. Такой же датчик для воды стоит вдвое дороже но практически ничем не отличается.)

На плату нужно будет добавить приемник 433 МГц и доработать код.

Библиотека pubsubclient.h в приложении. Она используются в скетче. Если выйдет более свежая версия библиотеки - может потеряться обратная совместимость с кодом и тогда можно использовать pubsubclient.h из архива.

На этапе ремонта была установлена защита от протечек «Аквасторож». Два крана (горячая, холодная вода) и 4 проводных датчика. В Аквастороже предусмотрено реле, которое срабатывает если возникает аварийная ситуация (сработка датчика протечки) и имеется разъем RJ45 через который можно управлять открытием и закрытием кранов, подачей управляющих сигналов на соответствующие контакты. Вполне вероятно есть возможность прочитать данные и напрямую из микроконтроллера по интерфейсу UART, т.к. данный разъем присутствует на плате, но у меня не получилось прочитать какие либо данные, возможно что бы микроконтроллер выдал данные, нужно отправить ему команду запроса.

Интеграция Аквасторожа в умный дом по инструкции производителя не совсем умная, так как нет возможности узнать текущее состояние параметров блока управления, а именно состояние батарей, активный режим, режим неисправности датчиков и т.п. В итоге было решено подключится к панели управления напрямую для считывания состояния светодиодов на панели управления.

Первоначальная версия интеграции Аквасторожа в умный дом была построена на Arduino Nano и модуля nRF24L01. Такая интеграция была как временное решение, но нет ничего более постоянного, чем временное и на данном этапе я просто заменил модуль nRF24L01 на ESP8266, оставив ардуину. В планах избавиться от ардуины и сделать плату с ESP8266 + расширитель портов MCP23017 совместно с оптопарами.

На аналоговые входы ардуины подключены сигналы идущие на светодиоды лицевой панели (закрыто, открыто, отключение датчиков, готов, залив, неисправность, батареи разряжены), светодиоды с номерами 1, 2, 3, 4, 5 не подключены так как не хватает аналоговых портов на Ардуине, к цифровым их подключить не получится без дополнительных решений, так как вся электроника в Аквастороже питается от 2.5 Вольт, а нижняя граница логической единицы как раз находится на этом уровне и получить стабильные данные не получилось. В следующий раз я поставлю оптопары для согласования уровней.

Три выхода Ардуины через резисторы подключены параллельно кнопкам, при нажатии кнопки замыкаются на землю.

Ардуина считывает состояния светодиодов и каждые 2 секунды передает их по UART в ESP8266, которая считывает эти данные и передает по MQTT на сервер умного дома.

Пищалку заклеил изолентой так как она очень громкая.

Схема подключения «Аквасторожа» к GSM сигнализации по инструкции производителя

Систему «Аквасторож» можно подключить практически к любой GSM-сигнализации.
Схема подключения предельно проста и состоит всего из 3х цепей:
Цепь «In4» – «GRD»: получение GSM-сигнализацией информации о срабатывании системы Аквасторож на «Залив»
Цепи «R1-1» – «R1-2» / «R2-1» – «R2-2»: передача от GSM-сигнализации команды на «закрытие» / «открытие» кранов системы «Аквасторож»

Для дистанционного «Открытия» кранов необходимо замкнуть
цепь «R2-1» – «R2-2» в течение не более 2 секунд.
Для дистанционного «Закрытия» кранов необходимо замкнуть
цепь «R1-1» – «R1-2» в течение не более 2 секунд.

Подключение системы «Аквасторож» к Умному дому по инструкции производителя

Класический блок управления:

При «Заливе» система «Аквасторож» на 2 секунды замкнет/разомкнёт контакты 1-2 / 2-3 низковольтного реле, а затем вернёт их в исходное состояние.
Для дистанционного «Открытия» кранов необходимо замкнуть контакты 1-6 разъёма RJ-45 в течение не более 2 секунд.
Для дистанционного «Закрытия» кранов необходимо замкнуть контакты 1-5 разъёма RJ-45 в течение не более 2 секунд.

Блок управления«Аквасторож ЭКСПЕРТ» PRO*:

*Данный вариант исполнения контроллера «Аквасторож Эксперт» позволяет получать информацию о положении кранов
«Аквасторож».

При «Заливе» система «Аквасторож» замкнет/разомкнёт контакты 1-2 / 2-3 бистабильного реле и останется в этом состоянии, сигнализируя о «Закрытии» кранов «Аквасторож».
Если будет подан сигнал на «Открытие» кранов, то система «Аквасторож» разомкнёт/замкнёт контакты 1-2 / 2-3 бистабильного реле, сигнализируя об «Открытии» кранов
«Аквасторож».

Джампер #4 на плате контроллера «Эксперт PRO» в данном варианте должен быть надет!

Пример визуализации панели управления Аквасторожом на домашней веб странице.

Задержки чисто программные и от них можно избавится если переписать немного код.

+ – питание датчика;
- – земля;
S - аналоговое значение.

Технические характеристики модуля

Напряжение питания: 3.3-5 В;
Ток потребления 20 мА;
Выход: аналоговый;
Зона обнаружения: 16×30 мм;
Размеры: 62×20×8 мм;
Рабочая температура: 10 – 30 °С.

Пример использования

Плата Arduino Uno
Датчик уровня воды
Динамик 8 Ом
Резистор 500 Ом
Транзистор КТ503е
Соединительные провода

Соберем схему, показанную на рисунке.

Запустим Arduino IDE. Создадим новый скетч и внесем в него следующие строчки // Датчик уровня воды // http://3d-diy.ru // контакт подключения аналогового выхода датчика int aPin=A0; // контакт подключения вывода реле int soundPin=11; // частота звукового сигнала int freq={587,466,293}; // переменная для сохранения значения датчика int avalue=0; // значение уровней int levels={600,500,400}; // текущий уровень int level=0; void setup() { // инициализация последовательного порта Serial.begin(9600); // настройка выводов индикации светодиодов // в режим OUTPUT pinMode(soundPin,OUTPUT); } void loop() { // получение значения с аналогового вывода датчика avalue=analogRead(aPin); // вывод значения в монитор последовательного порта Arduino Serial.print("avalue=");Serial.println(avalue); // вывод звука различной частоты для разных уровней погружения if(avalue>levels) tone(soundPin,freq,2000); else if(avalue>levels) tone(soundPin,freq,2000); else if(avalue>levels) tone(soundPin,freq,2000); else noTone(soundPin); // пауза перед следующим получением значения 1000 мс delay(1000); } Аналоговый вывод датчика подключен к аналоговому входу Arduino, который представляет собой аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с разрешением 10 бит, что позволяет на выходе получать значения от 0 до 1023. Значение аналоговых сигналов на аналоговом входе Arduino для трех уровней погружения были определены экспериментальным путем: > 400 – минимальное погружение; > 500 – средний уровень погружения; > 600 – большое погружение. Соответственно для каждого уровня погружения на динамике воспроизводится звуковой сигнал разной частоты: минимальное погружение – 293 Гц (нота ре 1 октавы); средний уровень погружения – 466 Гц (нота си-бимоль 1 октавы); большое погружение – 587 Гц (нота ре 2 октавы). При отсутствии погружения звуковой сигнал на динамике не воспроизводится.

Часто задаваемые вопросы FAQ

Проверьте соединение датчика с входом Arduino.
Проверьте наличие и полярность подаваемого на датчик питания (3,3 – 5 В).