Programování elektroniky: Postavíme tranzistorový detektor zaplaveného domu

Možná jste to už také zažili. Po návratu domů jste v koupelně objevili hotovou spoušť z vyteklé pračky. Dnes si proto vyrobíme detektor unikající vody. Bude nám stačit Arduino, pár rezistorů, několik drátků a NPN tranzistor.

Prozkoumejte další články ze seriálu Pojďme programovat elektroniku

Ozval se nám čtenář Bořivoj Švestka z Kozlovic, že jej prý trápí vlhký sklep, do kterého prosakují spodní vody blízké Bečvy. Pan Švestka by potřeboval sestrojit nějaký jednoduchý detektor zaplavení.

 Za běžných okolností bychom mu samozřejmě doporučili nákup jednoho z mnoha komerčních čidel. Dnes jich je totiž na trhu celá řada, pohání je baterie a jsou dostatečně chytré na to, aby majitele nemovitosti varovaly skrze některý z úsporných dálkových rádiových protokolů.

Hromada dálkových čidel na baterii

Mohl by to být třeba český SimpleLeak, který používá 868MHz technologii Sigfox, anebo rátkodosahový Water Leak Sensor od výrobce Aquara. Vystačí si s knoflíkovou baterií CR2032 a pro komunikaci se základnou připojenou do internetu používá protokol ZigBee.

SimpleLeak a Water Leak Sensor od Aquary

Stavíme ten nejjednodušší detektor úniku vody

Toto ale není seriál Horsta Fuchse, který má za cíl Švestkovi doporučit to nejlepší čidlo. Toto je seriál o programování elektroniky, a tak si dnes ten nejjednodušší detektor zaplavení postavíme svépomocí.

AliExpress i české e-shopy pro kutily jsou plné základních prototypovacích modulů ve tvaru destiček s natištěnými vodivými pláty. Destičku položíte třeba do koupelny pod pračku, anebo zapíchnete do květináče, pokud chcete namísto prasklého přívodu vody měřit naopak správné zalévání vašeho domácího fíkusu.

Laciné detektory deště/zaplavení a vlhkosti půdy v květináči s digitálním i analogovým výstupem, kterým lze zjistit i míra zaplavení

Jenže ani s tímto se dnes nespokojíme. Zamíříme totiž ještě o patro níže až na samotnou dřeň základního elektrického designu. Na dřen, nad kterou sice tentokrát mávne rukou každý absolvent průmyslovky a prvák z ČVUT, domácím elektrokutilům-zelenáčům, kteří dodnes přesně netuší, k čemu slouží základní elektrické součástky, to ale možná trošku otevře oči.

Vždyť stačí dva drátky, ne?

Takže pojďme na to. Jak bychom mohli začít? Dejme tomu, že jako základní prototypovací počítač použijeme robustní pětivoltové Arduino Uno. Samozřejmě to nemusí být na naše poměry poměrně drahý italský originál, ale klidně čínská kopie za pár desetikorun. Tentokrát totiž nebudeme řešit rádiový přenos kamsi do základny nebo na internet – to jsme si už v našem seriálu ukázali mnohokrát –, ale výhradně jen samotnou detekci vody.

Nejjednodušší naivní detektor by mohl vypadat třeba takto

Úvaha naprostého elektrického zelenáče by se mohla odvíjet zhruba tím směrem, že nám vedle desky Uno budou stačit jen dva drátky. Jeden připojíme do konektoru 5V zdroje napětí na desce a druhý drátek do některého z digitálních vstupně-výstupních pinů GPIO. Třeba do pinu číslo 7. Opačné konce vodičů poslouží jako elektrody sondy.

Konce drátků položíme vedle sebe na zem, no a když je zalije unikající voda, která je přece vodivá, spojí obvod, my na digitálním vstupu zaznamenáme logickou jedničku a spustíme alarm, nebo odešleme skrze internet či jiné rádio varovnou zprávu.

Šum

Tahle by to jistě mohlo fungovat, má to ale několik háčků. Zaprvé, jak se bude obvod chovat, když bude rozpojený? Když nebude zaplavený vodou? Leckdo by si pomyslel, že se na digitálním vstupu objeví logická nula, jenže realita bude složitější.

V rozpojeném stavu můžeme číst nahodilé pulzy nebo dokonce i nějaký střídavý signál – šum. Náš detektor by hlásil falešný poplach

Namísto toho se může na pinu vyskytovat neurčitý stav, může do nej pronikat 50Hz šum z elektrické 230V sítě, anebo se promění v anténu, ke které se stačí přiblížit rukou, což se opět projeví změnou logického stavu.

Příklad 50Hz šumu

Pull-down rezistor stanoví logickou nulu

Obvod proto trošku vylepšíme a zabijeme rovnou dvě mouchy jednou ranou. Jak? Do hry zapojíme rezistor v režimu pull-down! Rezistor je součástka, která v obvodu upravuje elektrický odpor, a tedy i protékající proud.