Следующая тема - водопровод. Хорошо, если есть централизованный городской водопровод с нормальным давлением. Но иногда водопровода нет вообще, либо есть, но напор очень слабый. Если водопровода нет вообще, есть два способа выйти из положения. Первый - бурение скважины и ее оборудование по всем правилам. В этом случае ничего изобретать не нужно, достаточно найти специалиста и заплатить деньги. Второй - обычный колодец. Колодец может уже быть на участке, ему может быть много лет, и после чистки он может давать чистую и вполне пригодную для питья и прочих нужд воду. Но нам нужен водопровод, потому надо организовать подачу воды из этого колодца в дом. Самый простой способ - использование недорогого погружного насоса («Малыш» или его импортный аналог) плюс водопровод из пластиковой трубы или армированного шланга, проложенный в траншее глубиной не менее 1,5 м. Можно сделать кнопку в доме, которая будет включать насос. Но это не совсем удобно, к тому же при значительной протяженности водопровода вода будет поступать в кран с некоторой задержкой. А если этот водопровод предполагается использовать и для подпитки системы водяного отопления на основе современного газового котла с автоматикой, то и вообще неприемлемо.

Получается, что нужна индивидуальная водонапорная башня. В магазинах хозяйственных товаров продаются большие пластмассовые емкости для воды. Нужно выбрать емкость объемом не менее 200 л и установить ее на чердаке дома, выше всех точек водоразбора. В эту емкость можно накачивать воду с помощью насоса и уже из нее подавать в санузел, кухню и систему отопления, расположенные на первом этаже.

Теперь потребуется автоматика для поддержания уровня воды в этой емкости. Вот тут и приходит на помощь электроника. Здесь необходимо сразу заняться тем, чтобы вода в баке не имела гальванической связи с электросетью. Это важно, потому и надо сделать схему так, чтобы она была развязана от электросети как по питанию, так и по способу включения насоса. В рассматриваемом случае проще всего это требование было реализовать, используя трансформаторный источник питания для схемы автомата и электромагнитное реле для включения насоса.

Схема (рис. 3.10) может работать как в автоматическом, так и в ручном режиме. Для автоматического режима переключатель S1 нужно установить в соответствующее положение. Ручной режим имеет два положения - включено и выключено. Соответственно включается или выключается насос. Система датчиков изготовлена из трех шампуров из нержавеющей стали. Два шампура оставлены полной длины, а третий существенно укорочен, так, чтобы он едва доставал до нижней кромки верхнего отверстия пластмассового бака, который напоминает большую банку. На схеме длинные датчики обозначены Е1 и Е2, а укороченный - ЕЗ.

Принцип работы - реагирование на электропроводность воды. Допустим, бак пуст. Это значит, что все датчики не контактируют с водой (уровень воды ниже нижних концов Е1 и Е2). Через резистор R2 на входы инвертора D1.3 поступает напряжение, на выходе последнего - логический ноль. Через резистор R1 поступает напряжение на один из входов элемента D 1.1. На элементах D1.1 и D1.2 построен RS-триггер, поэтому наличие единицы на выводе 1 D1.1 вызывает переключение триггера в состояние логической единицы на выходе элемента D1.2. Транзистор VT1 открывается, и, если S1 находится в положении «автоматически», реле К1 подключает насос к электросети. Насос работает, и бак постепенно наполняется. Сначала воды касаются датчики Е1 и Е2. Сопротивление воды между ними становится

Рис. 3.10. Схема автомата для поддержания уровня воды в емкости меньше сопротивления резистора R1, и напряжение на выводе 1 D1.1 снижается до уровня логического ноля. Но триггер D1.1 -D 1.2 состояния не изменяет, поэтому насос продолжает работать до тех пор, пока воды не коснется датчик ЕЗ. В этот момент сопротивление между входами инвертора D1.3 и общим минусом становится значительно меньше сопротивления R2, и напряжение на входах D1.3 снижается до уровня логического ноля. На выходе D1.3 устанавливается логическая единица, которая переключает триггер Dl.l-D1.2 в состояние, при котором на выходе элемента D1.2 логический ноль. Транзистор VT1 закрывается, и реле К1 выключает насос.

Питается схема от трансформатора Т1. Это трансформатор от сетевого источника питания игровой приставки «Денди» или аналогичной. Источник питания на выходе моста VD3-VD6 выдает постоянное напряжение 10 В, которое снижается до 9,5 В при включении реле. Конструируя датчик, нужно контакты и точку подачи в него воды расположить так, чтобы вода, поступающая в бак из шланга или трубы, не текла по контактам датчика. Сами контакты обязательно должны быть сделаны именно из нержавейки.

Реле К1 типа КУЦ-1 - это реле от системы ДУ отечественного телевизора 80-90-х годов. Реле пластмассовое с высокоомной обмоткой на 12 В, уверенно срабатывает уже при напряжении 8 В. Есть две замыкающие контактные группы. Вполне можно подобрать другое реле, например из популярных сейчас серий BS, ВТ или WJ. Можно использовать реле для автомобильных сигнализаций, но если обмотка реле потребляет значительный ток, может потребоваться замена ключевого транзистора типа КТ503А чем-нибудь более мощным, например составным транзистором из КТ3102 и КТ815 или полевым типа КП501.

Ток на электронасос можно подавать и через оптосимисторную схему. А вот через высоковольтные полевые транзисторы или непосредственно управляемые от схемы симисторы или тиристоры нельзя, так как необходимо обеспечить гальваническую развязку сети от схемы. Другими словами, это возможно только на реле или оптопаре. Трансформатор питания можно заменить любым с током вторичной обмотки не ниже 100 мА и переменным напряжением 8-12 В. Вполне подойдет трансформатор ТВК от старого лампового телевизора или китайский трансформатор от портативной сетевой аппаратуры. Также можно выбрать подходящий трансформатор серии HR или других серий. Налаживание схемы обычно не требуется. Может потребоваться увеличение сопротивлений рези сторов R1 и R2, но только в том случае, если вода с очень малым содержанием солей и поэтому обладает низкой электропроводностью, что бывает очень редко.

При отсутствии микросхемы К561ЯЕ5 схему можно сделать на микросхеме К561ЛА7, но это потребует внесения некоторых изменений, связанных с тем, что RS-триггер на микросхеме К561ЛА7 переключается логическими нолями, а не логическими единицами. Схема автомата на К561ЛА7 показана на рис. 3.11.

Отличия в работе схемы состоят в следующем. Когда бак пуст, все датчики не имеют контакта с водой, при этом через резистор R1 на входы инвертора D 1.3 поступает напряжение логической единицы. На его выходе образуется логический ноль, который переключает триггер Dl.l-D1.2 в состояние с логической единицей на выходе D1.2. Транзистор VT1 открывается, и реле включает насос. При заполнении бака уровень воды поднимается и датчики Е1 и Е2 погружаются в воду. На входах инвертора D1.3 устанавливается логический ноль, а на его выходе - единица. Это никак не влияет на триггер (так как он переключается нолями), и насос продолжает работать. При заполнении бака погружается датчик ЕЗ. На выводе i Dl.l напряжение опускается до логического ноля, и триггер Dl.l-D1.2 переключается в состояние, при котором на выходе элемента D1.2 логический ноль. Транзистор VT1 закрывается и посредством реле выключает насос. В остальном все точно так же, как и в предыдущей схеме (см. рис. 3.10). Фактически разница лишь в подключении датчиков.

Рис. 3.11. Схема автомата для поддержания уровня воды в емкости на микросхеме К561ЛА7

Теперь о том случае, когда водопровод формально вроде есть, но напор слабый и присутствует только ночью. Здесь, конечно, тоже можно вырыть колодец или пробурить скважину, но есть и еще один выход - установить в подвале дома емкость для воды, которую набирать из этого водопровода (можно использовать поплавок с клапаном от унитаза), а затем воду из этой емкости подавать с помощью погружного насоса в аналогичную емкость на чердаке. Схема в целом (рис. 3.12) будет аналогична двум предыдущим, но потребуется еще один датчик, который будет следить за наличием воды в емкости, расположенной в подвале, чтобы не допускать сухой работы погружного насоса. Этот дополнительный датчик состоит из двух таких же пластин из нержавеющей стали, обозначенных на схеме Е4 и Е5. Если в баке, расположенном в подвале, есть достаточное количество воды, то они погружены в воду и сопротивление между ними существенно ниже сопротивления резистора R5. Соответственно, на входах D1.4 будет логический ноль, а на выходе - единица. Диод VD7 закрыт, и дополнительный датчик никак не влияет на работу триггера. Если же расположенный в подвале бак пуст, то датчики Е4 и Е5 не погружены в воду, сопротивление между ними очень велико и на входы инвертора D1.4 через резистор R5 поступает напряжение, соответствующее уровню логической единицы. На выходе элемента D 1.4 теперь логический ноль. Диод VD7 открывается и шунтирует датчик ЕЗ. Напряжение на входах инвертора D1.3 снижается до уровня логического ноля, а на выходе этого элемента устанавливается логическая единица. Эта единица поступает на вывод 6 D 1.2 и принудительно устанавливает логический ноль на выходе элемента D1.2. Транзистор VT1 закрывается, и реле К1 выключает насос. Пока бак, расположенный в подвале, пуст, триггер будет удерживаться в таком состоянии независимо от состоя-

Рис. 3.12. Схема автомата для забора воды из водопровода со слабым давлением ния датчиков El-ЕЗ. А при заполнении бака, расположенного в подвале, триггер сразу же установится в состояние, соответствующее уровню воды в баке, расположенном на чердаке.

Конструкция датчиков Е4-Е5 точно такая же, как Е1-ЕЗ. Располагая их в крышке бака, нужно сделать так, чтобы вода, поступающая от водопровода, не текла по этим датчикам. Для включения и выключения воды, поступающей во второй бак, можно тоже сделать электронную схему, которая будет управлять электроклапаном, выключающим водопровод. Но такие электроклапаны не часто встречаются в продаже, поэтому простейший и весьма надежный вариант - механический, а именно рычажный клапан с поплавком от унитаза.

Применение напорного насоса для увеличения слабого напора водопровода не всегда возможно, поскольку для его работы требуется как минимум наличие воды в водопроводе. В противном случае напорный насос станет качать воздух из водопроводных систем соседей. Поэтому более эффективной представляется система с дополнительным баком, расположенным низко, и погружным насосом, перекачивающим воду в бак, расположенный высоко.

Водопроводную или канализационную трубу не всегда удается проложить достаточно глубоко, ниже уровня промерзания почвы (для Подмосковья, например, это ни много ни мало 1,5 м). Поэтому, чтобы исключить замерзание воды в трубе, приходится применять различные средства утепления и подогрева труб в зимнее время. Одной только теплоизоляции (утепления обертыванием стекловатой или специальными утеплителями для труб) недостаточно, и требуется дополнительно еще и подогрев трубы. Существует несколько способов подогрева, но проще всего это сделать с помощью так называемых греющих саморегулирующихся электрических кабелей. Такой кабель представляет собой два параллельно идущих медных проводника, между которыми по всей длине находится полупроводниковый нагреватель. Ток идет поперек кабеля, от одного проводника к другому. Это позволяет отрезать куски любой длины, не нарушая работоспособности кабеля.

Кабель прокладывается по трубе и крепится к ней специальными хомутами (или просто приматывается изолентой). Кабель включают в электросеть, и он нагревается, но система саморегулирования не дает нагреваться свыше 40 °С. Когда холодно, сопротивление кабеля уменьшается, а проходящий ток увеличивается, соответственно, увеличивается потребляемая мощность и количество выделяемой тепло ты. При потеплении сопротивление увеличивается, ток снижается, потребляемая мощность также снижается. Это очень удобно, так как исключается перегрев, а главное - нет необходимости в терморегуляторе. Однако при положительной температуре все равно полного выключения кабеля не происходит и во время оттепели греющий кабель потребляет излишнюю электроэнергию. Поэтому желательно подавать ток на греющий кабель через термовыключатель, отключающий ток при температуре окружающей среды выше 0°С. Принципиальная схема термовыключателя показана на рис. 3.13.

Датчиком является полупроводниковый терморезистор RT1 номинальным сопротивлением 22 КОм (сопротивление при температуре 20 °С). Терморезистор с переменным резистором R1 образует делитель напряжения, поступающего на вход триггера Шмитта на элементах D1.1 и D1.2. Триггер Шмитта исключает пульсации схемы при температуре, незначительно колеблющейся у порогового значения. А пороговым значением здесь нужно выбрать 0 °С или небольшую отрицательную величину (не ниже -5°С); все зависит от интенсивности пользования водопроводом и качества теплоизоляции трубы. При снижении температуры сопротивление полупроводникового терморезистора увеличивается, а при повышении уменьшается. Резистор R1 нужно отрегулировать таким образом, чтобы при температуре ниже порогового значения триггер Шмитта переключался в состояние логической единицы, а при температуре выше порогового значения - в состояние логического ноля. Если датчик настроен правильно, то при понижении температуры до 0 °С на

Рис. 3.13. Принципиальная схема термовыключателя выходе элемента D1.4 установится логическая единица. Это приведет к открыванию транзистора VT1. Ток через него поступит на греющий кабель. Здесь использован выходной каскад на мощном высоковольтном полевом транзисторе типа BUZ90, который может работать с нагрузкой мощностью до 250 Вт без радиатора.

Греющий кабель имеет максимальную мощность 16 или 40 Вт/м. В первом случае схема без изменений может управлять кабелем длиной до 15 м, во втором - до 6. Если кабель длиннее и его мощность больше, то транзистор VT1 нужно поставить на радиатор, а диоды VD4-VD7 выбрать мощнее.

При повышении температуры сопротивление терморезистора RT1 понижается, соответственно, напряжение тоже понижается. Как только температура превышает пороговое значение, триггер Шмитта переключается в нулевое состояние. На выходе инвертора D1.4 устанавливается логический ноль, и транзистор VT1 закрывается. Терморезистор можно использовать любой с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Номинальное сопротивление может отличаться от указанного на схеме в несколько раз, но не должно быть ниже 5 КОм.

Налаживают схему как обычный термостат. Нужен стакан с водой, термометр, холодильник. Подстройкой резистора R1 устанавливают пороговую температуру, а подбором сопротивления резистора R2 - необходимый гистерезис (ширину порога между температурой включения и выключения). Конструктивно терморезистор устанавливают не на трубе, а во дворе, чтобы он реагировал не на температуру трубы, а на температуру воздуха за пределами дома (с задачей термостата справляется саморегулирующийся греющий кабель).