[165] Odczyt licznika wody cz. 1

Od razu napiszę: to wszystko można kupić i to w najróżniejszych kombinacjach. Ale nasza seria to klasyczne: zrób to sam, bardzo dosłownie, bo staram się nie przedstawiać kompletnych projektów, a sposoby, by szczegóły każdy już dopracował sobie do własnych potrzeb. Tak więc rozważania w tym artykule będą dotyczyć ogólnie przeniesienia informacji o zużyciu wody – z wodomierza do świata elektroniki. A co będzie potem – to już niech każdy użyje własnej wyobraźni. Ja oczywiście przedstawię rozwiązanie startowe, ale po kolei.Liczniki zwykle składają się z dwóch części. W tak zwanej mokrej płynie woda, która wprawia w obroty turbinkę. Na jej szczycie jest zamocowany magnes, sprzężony z bliźniakiem w tak zwanej części suchej, izolowanej od mokrej, zawierającej redukcyjne koła zębate i dekadowy licznik analogowy.Dla nas istotny będzie jeden element. Zanim o nim powiem, przypomnę że licznik jest, że tak powiem, dobrem urzędowym, któremu można się przyglądać, ale nijak nie wolno weń ingerować – oczywiście z wyjątkiem, kiedy już w obrębie własnej instalacji wstawimy sobie własny, prywatny licznik. Nie ma możliwości, byśmy rozkręcili wodomierz, którym rozliczamy się z dostawcą wody i podłączyli się gdzieś tam z takim czy innym czujnikiem zliczającym impulsy. Jedyna metoda na pozyskanie informacji z licznika to obserwacja z zewnątrz. Sprawa wydaje się beznadziejna, ale wcale tak nie jest.Znakomita większość liczników mechanicznych oprócz cyferek posiada także widoczny wirujący element albo dwa. I tutaj jest problem. Licznik, który jest bohaterem dzisiejszego opracowania, ma takie elementy: śmigiełko i wskazówkę, jednak nie do końca w wersji, która będzie nam pasować. Pierwszy element, w czarnym kolorze, obraca się 42 razy na każdy litr, wskazówka (czerwona) wykonuje natomiast jeden pełen obrót. Nie są to najlepsze obiekty do rozpoznawania, ale teoretycznie – da się. Natomiast większość liczników posiada innego rodzaju wskaźnik litra: tarczę mniej więcej w połowie czarną, w drugiej – lustrzaną.Dla naszych celów jest to zdecydowanie najlepsza opcja. Tarcza ta współpracuje z nakładką na obudowę licznika, która zawiera diodę podczerwieni i fototranzystor oraz elektronikę obrabiającą zliczane impulsy. Dzisiaj sami zrobimy sobie taką nakładkę, którą w pełni legalnie można przytwierdzić do obudowy licznika na przykład taśmą klejącą – nie ma ona żadnego wpływu na odczyt. Zasada działania będzie bardzo podobna do opisywanego przeze mnie kiedyś licznika obrotów do magnetofonu, z tym że będzie jeszcze prościej, ponieważ zrezygnujemy z identyfikacji kierunku przepływu wody. Cofki w praktyce zdarzają się wyłącznie awaryjnie albo na minimalną skalę, przy wyrównywaniu ciśnień.A więc: dioda świecąca będzie oświetlać wirującą tarczę, a fototranzystor będzie naprzemiennie: oświetlany światłem odbitym od części lustrzanej czy białej i zaciemniany, gdy pojawi się przed nim część ciemna. Zasada prosta, a niezawodna stanie się wówczas, gdy dobierzemy właściwy punkt pracy fototranzystora i położenie wszystkich elementów względem siebie. W artykule o liczniku do magnetofonu użyłem własnoręcznie wykonanego czujnika z elementów SMD. Dziś użyję takiego gotowca, który właśnie do takich celów służy: w sprytnej obudowie siedzą dwa wymienione elementy, lekko skierowane ku sobie.Elementy zwykle dopasowane są pod względem pasma i kątów pracy, więc w tego typu projektach dobrze użyć czegoś takiego – zaoszczędzimy sobie pracy na budowie mechanicznej i kalibracji. Element ten można przylepić do przezroczystej obudowy licznika (byle nie trwale – to znaczy tak, by pozostały jam jakieś ślady po odklejeniu). Oczywiście musi być skierowany w dół, na wspomnianą tarczę. A co, gdy tarczy nie ma i dysponujemy takimi elementami jak w moim liczniku? Cóż, tutaj kombinowania będzie więcej. Najlepiej użyć diody laserowej, czy układu z soczewkami, dającymi tak wąski kąt światła, by był w pełni zasłaniany obracającą się wskazówką. Jeśli będziemy obserwować jej cień, dostaniemy podobną informację. Ale obecnie większość liczników ma już wspomnianą tarczę, więc usprawniłem swój egzemplarz – jak mówiłem – już zdelegalizowany, naklejając na wskazówkę tarczę z czarnego kartonu, z naklejoną folią aluminiową, która udaje rozwiązania fabryczne.

Schemat jest bardzo prosty: przez diodę świecącą modułu musimy przepuścić odpowiedni prąd. Znajdziemy go w katalogu, a jeśli nie, możemy założyć, że 10 mA będzie wartością aż za dobrą. Wstawiłem z zapasem rezystor 220R i podłączyłem go do pięciu woltów. Katoda diody jest oczywiście połączona z masą. Z nią też łączę emiter fototranzystora – dlatego z modułu wychodzą trzy, a nie cztery przewody. Kolektor dostarczy informację o stanie oświetlenia, ale trzeba go spolaryzować, podłączając rezystor także do pięciu woltów. Metodą prób i błędów określiłem jego wartość na 10 kR. Jak go dobrać?

Po przylepieniu modułu do obudowy wodomierza należy spuścić odrobinę wody, by w polu widzenia fototranzystora pojawiło się pole czarne. Mierzymy napięcie na kolektorze, po czym znowu spuszczamy odrobinę wody, by obrócić tarczę do pozycji srebrnej. W pierwszym przypadku napięcie powinno być znacznie wyższe od dwóch woltów. W drugim powinno być znacznie niższe od ośmiu dziesiątych wolta. Gdyby któreś z napięć zbytnio zbliżało się do wymienionej granicy – należy zmienić rezystor, gdyby różnica napięć była zbyt niska – wymieniamy fototranzystor albo sprawdzamy, czy oba elementy pracują w tym samym paśmie światła. Skoro wszystko mamy podłączone, napiszmy prosty program, który sprawdzi logikę układu.

const byte phototransistor = 12;  // Port fototranzystora.
const byte led = 13;              // Port diody stanu fototranzystora.

void setup() {
  pinMode(phototransistor, INPUT);
  pinMode(led, OUTPUT);
}
void loop() {
  digitalWrite(led, !digitalRead(phototransistor));  // Prześlij zanegowany stan portu fototranzystora do portu diody świecącej.
}
const byte phototransistor = 12;  // Port fototranzystora.
const byte led = 13;              // Port diody stanu fototranzystora.

void setup() {
  pinMode(phototransistor, INPUT);
  pinMode(led, OUTPUT);
}
void loop() {
  digitalWrite(led, !digitalRead(phototransistor));  // Prześlij zanegowany stan portu fototranzystora do portu diody świecącej.
}

Fototranzystor podłączę do 12 pinu, na trzynastym znajduje się dioda świecąca. Będziemy na nią zrzucać odczytany stan sensora, ale po zaprzeczeniu, żeby było intuicyjnie: ciemna tarcza – dioda nie świeci, jasna – świeci. Po kompilacji możemy trochę pochlapać, przyglądając się korelacji obracającej się tarczy z diodą. Powinna migać z częstotliwością raz na litr. Teoretycznie wszystko gra, więc można napisać jakiś użyteczny program. Ale o tym napiszę już w kolejnym artykule.