Бесконтактные краны для умывальника, способные подавать воду без риска заражения инфекционными заболеваниями, могут сыграть важную роль в борьбе с вирусом COVID-19. В настоящее время в мире большинство смесителей для умывальников имеют ручное управление, но идея, представленная в этой статье, обеспечивает простое и экономичное решение для превращения обычного крана в бесконтактное устройство для раздачи воды.
Бесконтактное управление краном также может помочь сократить количество воды, расходуемой впустую во время мытья рук, поскольку большинство людей, как правило, оставляют водопроводный кран открытым в течение всего 20-секундного цикла, рекомендованного медицинскими властями. Это решение надежно и легко реализуется из общедоступных компонентов с минимальными изменениями в существующей конструкции.
Принципиальная схема электронной части устройства показана на Рисунке 1. В схеме есть два независимых датчика, которые формируют сигналы включения, когда прерывается оптический путь между их ИК излучателем и детектором. Первый сигнал включения открывает подачу воды на 5 секунд, что достаточно для того, чтобы пользователь смочил руки. Второй сигнал поддерживает подачу воды в течение 20 секунд, позволяя пользователю тщательно вымыть и ополоснуть руки. Эти времена можно легко изменить, в соответствии с местными требованиями, подобрав комбинацию резистора и конденсатора (R3, C7 или R4, C8).
 | ||
| Рисунок 1. | В этом устройстве для бесконтактной подачи воды, основанном на двух таймерах, используются два независимых датчика, которые формируют сигналы включения, когда прерывается оптический путь между ИК излучателем и фотодетектором. | |
В обеих схемах детекторов в качестве передатчиков используются инфракрасные светодиоды OSRAM SFH 484 (D1, D3) с длиной волны 880 нм. Кронштейн, удерживающий ИК излучатели, ориентирован так, чтобы их узкие выходные лучи (угол половинной мощности ±8°) попадали прямо на соответствующие детекторы (D2 и D4).
Резисторы R6, R10 (560 Ом, ¼ Вт) ограничивают прямые токи ИК излучателей на уровне порядка 20 мА – достаточном для надежной работы при расстоянии между излучателем и приемником до 150 мм. Схема работает от одного источника питания 12 В с фотодиодами D2, D4, смещенными в обратном направлении. Выходы детекторов (т.е., катодные выводы) подключены к входам (выводы 3 и 5) сборки из шести неинвертирующих буферов U1 (CD4050). Выходы микросхемы U1 (выводы 2 и 4) соединены со входами сдвоенного ждущего мультивибратора U2 (CD4098), сконфигурированными для запуска передними фронтами импульсов и работы в неперезапускаемом режиме.
Элементами R3, C7 (1 МОм, 10 мкФ) и R4, C8 (4.7 МОм, 10 мкФ) устанавливаются постоянные времени, задающие длительности импульсов, вырабатываемых на выходах микросхемы U2 (выводы 6 и 10, соответственно). Выходные сигналы мультивибраторов U2 подаются на пары буферов микросхемы U1, соединенных параллельно, чтобы обеспечить ток, необходимый для управления транзистором включения соленоида Q1. Управляющие сигналы подключены к базе транзистора по схеме «ИЛИ» через диоды D6 и D7. Конденсаторы C1-C6 используются для снижения помех от источника питания. Индикаторы LED1, LED2 и LED3 используются в качестве статусных сигналов включения, 5 с (влажный режим) и 20 с (режим мытья). Коллектор транзистора Q1 соединен с одним из контактов силового разъема схемы CN2, второй контакт которого подключен к шине +12 V DC.
Катушка соленоида нормально закрытого полудюймового электромагнитного клапана S (12 В DC, 350 мА) подключена к разъему CN2. (Приобрести такой клапан можно у компании Adafruit Industries). Как показано на Рисунке 1, этот узел последовательно соединен со смесителями умывальника, так что теперь поток воды управляется электромагнитным клапаном. Диод D5 (1N4002) подключен параллельно контактам разъема CN2 для защиты транзистора Q1 от скачков напряжения противо-ЭДС, возникающих при выключении соленоида.
Два оптических датчика (D1-D2 и D3-D4) могут быть удобно расположены рядом с умывальником. Когда пользователь проводит рукой возле светодиода или датчика и прерывает инфракрасный луч между D1 и D2, схема формирует пятисекундный импульс на выходе 6 микросхемы U2, включая транзистор Q1, который запитывает катушку соленоида S и открывает воду на пять секунд. Точно так же, если прерывание светового луча происходит между D2 и D4, катушка соленоида будет активирована транзистором Q1 для включения потока воды на 20 секунд, который можно использовать для завершения цикла мытья рук в соответствии с медицинскими рекомендациями.