Датчик затопления со звуковым сопровождением

1. Работу выполнил студент группы 51 МЭУ Кичатов Никита Юрьевич Руководитель ВКР Мальцева Светлана Михайловна

Министерство образования и науки Самарской области
государственное автономное профессиональное образовательное учреждение
Самарской области
«СТРОИТЕЛЬНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ
(образовательно-производственный кампус)
ИМ. П.МАЧНЕВА»
«ДАТЧИК ЗАТОПЛЕНИЯ СО ЗВУКОВЫМ СОПРОВОЖДЕНИЕМ.
СОЗДАНИЕ И ПРОГРАММИРОВАНИЕ ЧИПА ЗАЩИТЫ ОТ
ПРОТЕЧЕК»
Работу выполнил студент группы 51 МЭУ
Кичатов Никита Юрьевич
Руководитель ВКР
Мальцева Светлана Михайловна

2.

Цели и задачи
ЗАДАЧИ
изучение
принципов
работы
датчика
затопления, создание датчика со звуковым
сопровождением, создание и программирование
чипа защиты от протечек;
определить стоимость затрат на компоненты и
реализацию;
обоснование кода и его значение;
рассмотреть доступные варианты и сравнить
со своей разработкой.
ЦЕЛЬ
разработка комплексного решения для ранней стадии
обнаружения воды и предотвращения последствий от
протечек.

3.

Датчик затопления воды.

4.

Схема датчика затопления

5.

Принцип работы датчика затопления
Для реализации функции обнаружения
протечек был выбран капацевитивный датчик,
который реагирует на изменение
электрической емкости при контакте с водой.
Капацевитивный датчик был выбран как
наиболее подходящий вариант для данного
проекта. Его основные достоинства —
долговечность, устойчивость к внешним
факторам и минимальная потребность в
обслуживании — делают его идеальным
решением для автономной системы защиты от
протечек

6.

Подготовительный этап
Сбор и анализ
имеющихся
датчиков
затопления на
рынке.
Сравнение характеристик
имеющихся датчиков и
выявление полезных
свойств для
проектирования
улучшенного датчика
затопления
Закуп компонентов,
подготовка
программного кода,
проектирование
схемы датчика
затопления на основе
имеющихся

7.

Какие датчики затопления существуют
Капацевитивный датчик
Xiaomi Aqara
Капацивитивный датчик
Samsung SmartThings
Электромагнитный клапан
Netatmo Smart
с функцией управления через Wi-Fi

8.

Сравнение характеристик датчиков затопления
Характеристика
Xiaomi Aqara Water Leak Sensor
Netatmo Smart Water Valve
Тип датчика
Автономность
Звуковая сигнализация
Электромагнитный клапан + Wi-Fi
Нет (питание от сети)
Нет (через уведомление в приложении)
Нет (индикатор состояния)
Нет (можно доработать)
Автоматическое отключение воды
Ручное восстановление подачи воды
Капацевитивный
Да (батарейка)
Нет (оповещение через
приложение)
Нет (есть LED, но не
информативный)
Нет
—
Резистивный датчик
(например, FC-28)
Резистивный
Да (батарейка или 5V)
Нет (можно доработать)
Нет
—
Цена
Энергопотребление
Чувствительность к воде
~30–40 у.е.
Умеренное (~10 мА)
Высокая (до 0.5 мм)
Да(электромагнитный клапан)
Да (через приложение или физический
доступ)
~150–200 у.е.
Высокое (постоянный ток)
Средняя (значительные протечки)
Самостоятельная сборка /
повторяемость
Возможность модификации
Долговечность датчика
Нет (готовое устройство)
Нет (промышленное решение)
Ограниченная
Высокая (капацевитивный)
Ограниченная
Высокая (клапан)
Световая индикация
~5–10 у.е.
Низкое
Снижается со временем из-за
коррозии
Возможно (но требует
обслуживания)
Нет
Низкая (коррозия электродов)

9.

Компоненты проекта
1. Микроконтроллер Arduino UNO ATmega328P
2. Электромагнитное реле 24Y4H3
3. Капацевитивный датчик затопления
4. Источник звукового сигнала Бипер (Active Buzzer)
5. LED-диоды с зеленым и красным спектром
6. Кнопка
7. Аккумулятор LiP803860 3.7V 2000mAh
3
4
2
1
5
6
7

10.

Программный код в Arduino IDE

11.

Обнаружение воды
Условия теста: На поверхность датчика наносилось
небольшое количество воды (~1 мл), имитирующее
начальную стадию протечки. Температура окружающей
среды — комнатная (~20°C). Влажность воздуха — ~45%.
Ожидаемый результат: Красный LED должен загореться,
сигнализируя о наличии воды. Бипер должен начать
издавать громкий звуковой сигнал. Реле должно
переключиться в состояние "выключено", перекрывая
подачу воды. Состояние системы должно сохраняться до
тех пор, пока пользователь не восстановит подачу воды
вручную.
Фактический результат: Через 1.8 секунды после контакта
датчика с водой Красный LED загорелся. Бипер начал
издавать непрерывный сигнал. Реле перекрыло подачу
воды. Состояние системы сохранилось до момента ручного
восстановления.
Ручное восстановление
подачи воды
Условия теста: После устранения источника воды
пользователь нажимает кнопку, предназначенную для
ручного восстановления. Предполагается, что вода
полностью удалена, и датчик больше не соприкасается с
жидкостью.
Ожидаемый результат: Зеленый LED должен снова
загореться. Красный LED должен погаснуть. Бипер
должен быть выключен. Реле должно переключиться
обратно в состояние "открыто". Подача воды должна быть
восстановлена.
Фактический результат: При нажатии кнопки Зеленый
LED загорелся. Красный LED выключился. Бипер
прекратил издавать звук. Реле перешло в режим
"открыто", восстанавливая подачу воды. Система
вернулась в исходное состояние.

12.

Время реакции системы
Система демонстрирует быстрое
реагирование на наличие воды. Такое время
реакции позволяет минимизировать объем
воды, попавшей в помещение до
срабатывания системы.
Минимальное время реакции: 1.6 секунды
Максимальное время реакции: 2.3 секунды
Среднее время реакции: 1.9 секунд
Точность измерений
Капацевитивный датчик показал высокую
чувствительность, позволяющую обнаруживать
минимальное количество воды. Это делает устройство
эффективным для раннего предупреждения о
протечке
При толщине слоя 0.5 мм датчик уверенно
срабатывал.
При увеличении толщины слоя чувствительность
повышалась.
Ложные срабатывания при отсутствии воды не
наблюдалось.
Пороговое значение было установлено на уровне 500
единиц аналогового сигнала (A0).

13.

Автономность работы
Автономность устройства зависит от режима работы.
При использовании энергосберегающих алгоритмов
срок службы значительно возрастает. Для
увеличения времени автономной работы
рекомендуется использовать емкостные
аккумуляторы и программную оптимизацию
Первые признаки снижения напряжения появились
через 167 часов (~7 дней).
Энергопотребление
устройства
Энергопотребление устройства находится на
приемлемом уровне, особенно при использовании
режима сна. Это делает устройство подходящим для
долгосрочной автономной работы
При использовании литиевой батареи емкостью 2000
мА·ч:
В активном режиме: устройство может работать около
80 часов (более 3 дней).
Полный разряд произошел через 192 часа (~8 дней)
В режиме сна (с периодическим опросом датчика):
более 8000 часов (~11 месяцев) теоретически.

14.

Заключение
Рассмотрели
существующие
варианты датчика
затопления на
рынке;
Провели сравнение
характеристик
существующих
датчиков затопления;
Собрали на основе
имеющихся
сравнений
улучшенный вариант
датчика затопления и
разработали
программный код;
Составили список
измерений с
использованием
улучшенного датчика
затопления;
Выявили ряд
существенных
преимуществ по
сравнению с
имеющимися
аналогами.

15.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
https://t.me/kelt1ss