Умный смеситель

Актуальность

В наше время ещё существует проблема нестабильности давления в системе водоснабжения, которая возникает при чрезмерной её (системы) эксплуатации, проявляющейся в перепадах температуры. Допустим, соседу резко понадобился «кипяток», и вам приходится опять крутить кран в поисках устраивающей вас температуры. 

Проблема нестабильной системы водопровода сильнее всего обостряется в общественных душевых при спортивных залах, где наблюдается довольно большой поток людей. Когда люди приходят в душевую или выходят из неё, поток воды становится нестабильным, тем самым создавая дискомфорт людям, которые ещё моются. Именно в такой душевой автору и пришла идея создания умного смесителя.

Цель

Разработать умный смеситель на программной базе Arduino.

Задачи

1. Изучить теоретические основы и научиться программированию в среде Arduino IDE.
2. Продумать принцип действия устройства и выполнить эскиз устройства.
3. Преобразовать принцип действия в программный алгоритм.
4. Собрать устройство и провести тесты, анализ недочётов, ввести корректировки.
5. Собрать и представить завершённое устройство.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Компьютер с установленным на нём ПО (Arduino IDE)
• Плата Iskra Neo – аналог платы Arduino Leonardo
• Термодатчик PT100
•  Конвертер MAX31865
• Сервоприводы и источник питания
• Двухстрочный дисплей, на котором будет отображена текущая и выбранная температура воды
• Шаровой клапан Bugatti
• Система Troyka

Описание

Работа над проектом состояла из нескольких этапов. На начальном этапе автор в процессе подготовки к проекту изучил программную среду Arduino, аппаратное использование Arduino и простейшие устройства (сервоприводы, датчики и преобразователи).

1. Автор выполнил физическую работу с термодатчиком и аналоговым преобразователем, сервоприводами и сантехническим оборудованием.
2.  Подключил отдельные элементы к плате Iskra Neo и трубе с помощью муфты и фитинга.

3.  Провёл тесты на воздухе и в потоке воды. Устранил возникшие неполадки.

В итоге автор получил прототип будущего устройства, принцип работы которого можно описать следующим образом.

С помощью двух кнопок пользователем непосредственно задаётся температура, которая сохраняется в переменной tempR. Датчик, расположенный уже непосредственно на выходе, снимает показания со смешанной (горячая + холодная) воды в переменную temp C.

Потом идёт сравнение запрашиваемой и полученной температуры, и при разнице, большей чем в единицу (градусы Цельсия), с помощью сервопривода вентиль на трубке с горячей водой меняет своё положение для получения на выходе запрошенной температуры.

Результаты работы/выводы

В результате работы над проектом получен прототип умного смесителя.

Устройство даёт возможность настраивать температуру воды согласно запросу пользователя; особенно это актуально для семей с детьми и домашними животными, а также для людей с ограниченными возможностями. Их довольно легко травмировать резкими изменениями температуры.

Ещё устройство позволяет экономить воду. Для настройки температуры человек тратит время, как мы знаем, время – деньги, а в нашем случае – вода. Каждый день в канализацию поступают реки воды, уходящие в никуда, пока пользователь занимается настройкой температуры. Прибор сократит это время, а значит и расход воды.

Также было открыто ещё одно использование устройства, которое не подразумевалось на стадии концепта: можно подключить датчик непосредственно к ёмкости, в которую ведёт кран, и устройство будет выполнять функцию поддержания температуры в ёмкости. Такой вариант можно использовать для поддержания температуры в бассейнах и аквариумах.

Перспективы использования результатов работы

В ближайшие несколько десятилетий подобные устройства полностью заменят обычные краны, так как «умные» устройства конструктивно проще, приятнее и безопаснее в эксплуатации.

Мнение автора

«Инженеры будущего» оказали содействие в реализации проекта. Возможность принять участие в Открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» мотивировала на конечный результат.

Спасибо организаторам конференции и экспертному жюри за оценку возможностей и уровень наших компетенций в инженерной сфере»