Как создавался прибор СТОП-БЕДА

Проекту СТОП-БЕДА в этом году исполняется 2 года и это уникальный проект. Его уникальность состоит в том, что первый прибор создавался исключительно собственными силами командой профессиональных разработчиков (как это модно называется словом СТАРТАП) для собственного использования. И только позже первый созданный прототип лег в основу прибора, продаваемого сейчас под маркой СТОП-БЕДА. За два года прибор прошел многократные испытания, технологический процесс в стиле "разработка+испытания=новая разработка" до тех пор, пока не получился идеальный и надежный продукт. А все начиналось так: "однажды будущий технический директор проекта пришел на стройку своего дома, а там потоп" Дальше повествование идет от первого лица: слышно как журчит вода. Как оказалось, ночью шланг вместе с проволокой слетел, и вода хлестала что есть силы часов 8-10. Спасло то, что пола еще не было, как и гидроизоляции, вся вода уходила в землю и в подвал, заполнив его до половины.  Вычерпывание воды заняло неделю, а сырость после этого чувствовалась больше года. И особенно за фундамент было страшно, что он просядет. А вот если бы такая ситуация случилась после чистовой отделки? Воображение тут же нарисовало мне раскисший повсюду ламинат, отклеившиеся снизу обои и раскисшую штукатурку. Однозначно нужно было ставить защиту от подобных случаев. Почитав про защиту от протечек в интернет, я понял, что все очень непросто, вернее, не дешево. Нашел на рынке трех производителей подобных устройств (не буду их называть, чтобы не сочли за рекламу или антирекламу). После изучения сразу откинул 1-го из них: у него механические краны на 220В и как-то сидеть в ванне, понимая, что через воду могут пройти 220В, мне лично будет неприятно. Внешне симпатичный 2-ой производитель смутил шквалом негативных отзывов в интернете. Ругают как его шаровые электрокраны, которые вначале были с пластиковыми шестеренками, потом прогрессировали до металлических, но ушли в понятие "умного крана". Но и последний как надо не работал, от того его версии менялись каждые полгода, пользователи постоянно критиковали его за ложные срабатывания, и проблема так и не ушла, сейчас выставлена двадцатая версия "умных кранов". И в цене устройство самое дорогое с ценником под 15 тысяч за комплект.  Посмотрел на устройство 3-го производителя - внешне это ну просто монстр, здоровенный как сундук, монтировать его прямо в отдельный шкаф нужно. Еще беда производителей - время закрытия – составляет около 30 секунд, что, как я считаю, неприемлемо: немало воды утечет за это время, может и само устройство залить. Из-за этого, как я упомянул, некоторые производители рекомендуют монтировать его в шкаф и тянуть аж 5!!!! проводов до каждого крана.  И цены тоже кусаются: контроллер+один!!!кран+2датчика протечки, получается от 10 тысяч рублей и выше. Но, как владельцу будущего коттеджа, мне даже эти дорогие варианты не подходят, поскольку у меня в подвале ввод воды со счетчиком, дальше кухня метров через 5, к ней примыкает ванная первого этажа, в другой стороне - котельная со своим водоотведением и на втором этаже еще одна ванная. А там в комплекте всего 2 датчика протечки с кабелями 3 метра. И как это все монтировать? А если эти же устройства использовать в беспроводном варианте? Ценник на всю систему выходил за 30 тысяч! Погуглил тему, нашел, что все комплектующие есть и можно все купить через Интернет, и решил делать все сам. Итак, требования, которые я предъявил к системе:

1. Высокая надежность и скорость предотвращения аварии (залива).

2. Относительно невысокая стоимость системы, так как бюджет не резиновый!

3. Полностью беспроводная система подключения датчиков, радиус действия не менее 20 метров (дом по диагонали), и чтобы эти 20 метров через 3 стены «пробивали».

4. Количество беспроводных датчиков: 2 на подвал, 2 в кухню, 2 в ванну, 2 в верхнюю ванную и в котельную 1, итого 9-10 беспроводных датчиков. Сразу же отпали готовые датчики вышеназванных 3-х производителей: при цене в 2-3 тыс за единицу система получалась слишком дорогой. Даже если я по одному датчику в каждое помещение положу, все равно очень дорого. Итого, система должна цеплять минимум 10 беспроводных датчиков. Каждый датчик - не дороже 500 руб.

5. Количество закрывающих кранов - для начала один. Поскольку у меня один ввод в дом и, перекрыв его, я полностью отключу воду.

6. Полностью безопасные рабочие напряжения и высокая энергоэффективность для работы от резервных источников питания.

Поискал в интернете, нашел кучу датчиков на Алиэкспрессе, Алибабе и Ebay, ценой в 100-300 рублей обычные, 500-600 навороченные. Все беспроводные, 433МГц, заявленная дальность связи на открытой местности до 100 метров, внутри дома до 50 метров. Параллельно нашел датчики утечки для систем на основе протоколов Zwave и Zigbee типа Xiaomi умный дом. Но цена у них уже за 1000 рублей, что существенно дороже. Остановил выбор на беспроводных датчиках 433МГц:

Тот, что слева, обошелся мне примерно в 400 рублей, а справа - в 200. Позже нашел огромный недостаток левого датчика. Он прибыл без батарейки и мне пришлось поискать элемент питания cr123, который, как оказалось, очень недешев, около 180 руб. А правый датчик прибыл сразу с батарейкой, искать ничего не пришлось. Протестировал их дальность уверенного приема - оба выдали 80 метров на улице и 30 в помещении через несколько стен.

 В качестве мозгов для устройства выбрал ардуино pro mini, на нем удобно создавать прототипы. В качестве источника питания - конечно же, стандартная зарядка от телефона microUSB, - уж очень они надежные, безопасные и дешевые (от 50 руб), у меня даже под подушкой микроюсб телефон заряжает и нормально все, ни разу не взорвалось ничего и током не стукнуло. Параллельно сразу же решился вопрос с резервным питанием - это будет пауэербанк (powerbank), как раз у него юсб-микроюсб, то, что надо. Это позволит, во-первых, сильно снизить габаритные размеры и массу системы (пауэрбанк вместо 12 В кислотного аккумулятора к примеру), во-вторых, стоимость пауэрбанка сейчас начинается от 200 рублей, что не сравнимо с кислотным аккумулятором на 12 В. Дальше идет запорная арматура - ее навалом  в интернете, есть любая, с любыми видами подключений, со встроенным питанием на закрытие или без него, подключаемая по 2, 3, 5 проводам, с напряжением питания от 5 до 220В. Изучив тему, выбрал двухпроводной способ подключения на 12 В, это когда направление движения крана управляется полярностью напряжения. Это дешевле, потому что всего 2 провода, и это самый распространенный вариант запорной арматуры, которую делает мировая промышленность. Выбрал такие краны:

Все краны работают от напряжения 12 В. Кран №1 - это манипулятор (вороток), устанавливается на существующую запорную арматуру, не требует пайки, врезки крана. Имеет возможность ручного открытия-закрытия. Может самостоятельно ставиться как на водяной кран, так и на газовый без привлечения специалистов. Его стоимость около 600 руб с доставкой до квартиры. Кран №2 - это шаровый электро-механический кран, стоит он примерно 1000 руб, для монтажа требуется врезка в трубу.  Кран №3 обошелся мне в 400 руб, это электромагнитный клапан, взводится вручную, срабатывает от 12 вольт. Для воды он не подходит, поскольку может вызвать гидроудар, но зато подходит под автоматическое перекрытие газа. Правда, под газ нужны соответствующие датчики - на угарный газ, дым и на метан-пропан. Но их тоже навалом в продаже, все беспроводные. И что интересно - они используют один и тот же протокол. То есть под газ ничего переделывать не надо. Подойдет тот же самый прибор, что и на воду.

Как только пришли краны, один и них я полностью разобрал. Качество сборки меня порадовало - металлические шестеренки на большую нагрузку. Качество сборки на высоте.

Крепление манипулятора на кран вообще не проблема. Вот гифка:

Дальше пошла разработка. Через несколько дней получилась первая версия.

Это самый первый прототипный прототип системы, не имеющий ничего общего с современным прибором. Слева направо: микросборка 433МГц, разъем 5.5мм, кнопка открыть-закрыть и она же для знакомства с датчиком, необходимая электроника для управления запорной  арматурой – формирователи уровня и полярности напряжения и Ардуино про мини, корпус от Arduino nano. Все заработало как надо. Кнопка одиночным нажатием открывала и закрывала водозапорную арматуру, беспроводные датчики подключались длинным (3 сек) нажатием на кнопку, после чего в течение 20 сек нужно было вызвать срабатывание подключаемого датчика, и он (его уникальный код) автоматически запоминался микроконтроллером. Емкость энергонезависимой памяти рассчитал для 20 датчиков.   А дальше потихоньку пошли изменения и доработки:

1. Используемый приемник 433 MHz был низкого качества, нашел производителя профессионального оборудования и начал закупать у него высокочувствительные приемники напрямую.

2. Количество кранов увеличил до 2-х, поскольку у многих людей квартиры, а там холодная-горячая вода на каждом стояке.

3. Для перекрытия газа электромагнитным клапаном был сделан отдельный разъем.

4. Иногда случайно можно выдернуть разъем крана или повредить кабель. Тогда даже при срабатывании датчика залива (газа) устройство не сможет перекрыть снабжение. Придумал механизм тревоги при отключении крана от устройства – это повышает надежность системы в целом.

5. От arduino к этому моменту пришлось по понятным причинам отказаться. Возросшая сложность схемы требовала использовать полноценный микроконтроллер, да и монтажные схемы ушли в прошлое. Пришлось разрабатывать печатную плату и заказывать ее изготовление на специализированном заводе. Первая версия платы оказалась совершенно неработоспособной, зато позволила понять весь цикл ее производства и допущенные ошибки, что позволило повторить цикл создав второе поколение печатных плат. Повторно отработать их на уровне альфа тестирования, учесть все ошибки и недостатки и выпустить третью, рабочую версию.

6. Для повышения надежности работы системы был придуман и реализован способ диагностики положения кранов. Теперь микроконтроллер получает информацию о положении каждого крана (открыт, закрыт, промежуточное) и состоянии его подключения (обрыв, короткое замыкание, нормальное подключение). Это позволяет еще больше увеличить надежность работы системы за счет профилактического тестирования состояния подключения кранов, состояния кабелей, внутреннего состояния кранов. Например, можно каждые 2 недели производить самотестирование системы, включающее открытие-закрытие кранов, и контроль  "нормальности" их открытия-закрытия. И если процессор системы заметит, что арматура не полностью открылась-закрылась при профилактическом тестировании или краны движутся слишком туго, то он поднимет тревогу. При нежелательности закрытия кранов (например, при газоснабжении отопительных котлов) этот функционал можно отключить.

7. Контроллер управляет запорной арматурой в смарт-режиме: анализируется состояние кранов и в зависимости от ситуации принимается решение или о дополнительной подачи энергии, или, например, об использовании противозастревающего маневра (обратный ход и несколько попыток движения вперед). Вот пример смоделированной ситуации, когда вороток не успел закрыться из-за пониженного напряжения питания: на мгновение система остановилась, приняла решение добавить еще энергии для закрытия. Когда кран закрылся - напряжение автоматически снялось для реализации энергоэффективности.

То есть в нашем случае краны не умные, как у некоторых производителей, а обычные, а вот устройство действительно умным получилось.

Внешне прибор выглядит вот так:

по размерам как 3 спичечных коробка, по массе тоже легкий

Работает со стандартными беспроводными датчиками 433 МГц (это самый распространенный вариант датчиков, продаваемых в мире). То есть можно к нему подключить как датчики протечек воды, так и датчики дыма, газа, угарного газа, а в качестве запорной арматуры использовать электромагнитный газовый клапан или вороток-манипулятор. Если на трубе стоит вместо рычага кран с "бабочкой", то не беда: бабочка отворачивается, кран прикручивается (они взаимозаменяемые). 

В итоге в зависимости от типов датчиков и исполнительных устройств получится или система, которая автоматически перекроет газ при возникновении задымления, угарного газа или при утечке газа, или  система от затопления, если подключить беспроводные датчики воды и 2 крана поставить на холодную-горячую воду. Так как датчики беспроводные, то и монтаж их требуется с минимальными усилиями. А при использовании крана №1 (вороток) не требуется даже минимальных познаний в монтаже труб. Получается универсальный прибор защиты дома от утечек газа и от затопления - прямо "стоп-беда".

Так как устройство использует стандартные протоколы 433МГц, то в состав общей системы можно включить дистанционные пульты управления  (любые на 433МГц), а также GSM сигнализации.

 Измерил технические характеристики разработанной системы, получилось следующее:

1. Гарантированная дальность связи с датчиками: около 80 метров открытое пространство, не менее 20 метров внутри дома (не менее чем через 3 стены).

2. Количество беспроводных датчиков: до 20. Тип датчиков: 433MHz, ASK модуляция, это любые массово продаваемые датчики газа, дыма, залива на частоту 433 МГц.

3. Количество механических кранов: 2 плюс один электромагнитный клапан для перекрытия газа.

4. Время закрытия: зависит только от исполнительных устройств. Если это кран №3, то меньше секунды, кран №2 - около 3-х секунд, кран №1 - 6-8 секунд.

5. Управление запорной арматурой в смарт-режиме: анализируется состояние кранов и в зависимости от ситуации принимается решение или о дополнительной подачи энергии, или, например, об использовании противозастревающего маневра (обратный ход и несколько попыток движения вперед).

6. Частота профилактического закрытия-открытия кранов - каждые 2 недели. Каждое профилактическое открытие-закрытие отслеживается микроконтроллером, и автоматически определяются неисправности работы системы.

Прибор можно установить в любом удобном месте – есть отверстия для крепежа на стену. Так как запорная арматура использует только 2 провода низкого напряжения, то можно очень просто удлинить ее соединительные кабели обычной сигнальной витой парой. Вот вариант удлинения на 30 метров (здесь прибор без корпуса):

Прибор может стыковаться  с GSM сигнализациями, и если сигнализация умеет управлять беспроводными розетками, то прибор может себя «выдать» за розетку, то есть позволяет удаленно - с мобильного приложения сигнализации  - открывать и закрывать краны.

7. Ну и самое главное – это стоимость прибора и системы в целом. Стоимость изготовления прибора, включающая заводское изготовление платы, тестирование, настройку, изготовление корпуса, сборку и упаковку – не более 3 тысяч рублей. Стоимость блока питания – от 100 рублей, одного привода-манипулятора крана  (воротка) – от 600 рублей, одного беспроводного датчика залива – от 200 рублей. Итого в минимальной рабочей конфигурации система стоит дешевле 5 тыс. руб.

Я у себя в коттедже поставил….  Итого вместе с кранами вышел следующий расход средств: контроллер СТОП-БЕДА радио 2950р + электрокран 750 руб плюс 4 беспроводных датчика по 250 руб итого дешевле 5 тысяч рублей комплект на весь коттедж за беспроводную систему. Сравните с конкурентами!

Вот видео, которое демонстрирует прибор в действии.

Будем признательны за любые замечания и предложения

Категория: Полезная информация | Добавил: admin (13.01.2019)
Просмотров: 615 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
avatar