Основные разновидности и свойства автоматики для погружных насосов. Практика: беспроводной пульт для подачи воды и полива Пульт дистанционного управления подачи воды из скважины

Дата: 09.03.2020

Для того, чтобы скважина была качественным источником воды используется определенное оборудование. Оно позволяет не только выкачивать воду, но и доставлять ее до дома или любой другой хозяйственной постройки на участке.
Автоматика для скважины на данный момент имеет огромный выбор.

Обустройство скважины при помощи оборудования

Скважина не будет давать воду сама по себе, необходимо сделать некоторые мероприятия.
Рассмотрим подробнее:

Глубина, на которой находится вода довольно большая в скважине и может достигать 200 м.
Вода из нее может поступать только при помощи мощного насосного оборудования.
На данный момент есть два вида насосов.
Также стоит уделить внимание чистоте источника.
Для очистки воды используют фильтровальное оборудование.

Примечание. Стоит учесть и уровень воды в скважине, который контролируется при помощи специальных датчиков. Они устанавливаются на стенках конструкции при помощи специальных приспособлений. Способ их крепления зависит от внутреннего обустройства скважины.

Виды насосов для скважины

Автоматическая подача проводится при помощи мощного насоса.
Он может быть:

Поверхностным.
Глубинным.
Вибрационным.
Центробежным.

Примечание. Мощность у такого оборудования разная и подбирается в зависимости от глубины источника и его загрязнения.

Совет. Более мощная должна выбираться автоматика артскважин. Обусловлено это тем, что глубина скважины достигает 500 м и используется она для промышленного производства, а значит и дебет источника должен быть на высоком уровне.

Как это работает:

Насос выбирается в зависимости от его мощности.
Измеряется она в кубометрах подачи воды за один час.
На данный момент все насосы, которые производятся современными производителями, могут наращивать свою мощность и тем самым увеличивать дебет воды в источнике. При этом потребление энергии в процессе работы может уменьшаться.
Есть насосы, которые приводятся в работы при помощи определенных двигателей (центробежные), а есть и те, которые работают на основе вращения подшипника (вибрационные).

Совет. Автоматика для скважин должна подбираться, основываясь только на принципе и регулярности работы оборудования.

Для регулярной и бесперебойной работы всегда используют .
Он служит более длительный промежуток времени, чем вибрационный.
Если планируется использовать воду круглый год, то лучше отдать предпочтение именно ему.
Если же на загородном участке водой пользуются только в дачный сезон, то лучше применить вибрационный насос, который имеет меньшую мощность, но вполне подойдет для нормального водоснабжения участка.
Стоит отметить, что цена на центробежные насосы в несколько раз выше, чем на вибрационные оборудования.

Поверхностные насосы

Что собой представляют поверхностные насосы:

Оборудование такого типа находится на поверхности грунта.
Забор воды из источника проводится по методу всасывания.
По этой причине мощность такого насоса должна быть высокой при большой глубине скважине.
Поверхностные насосы разделяются на: вихревые и центробежные.

Примечание. Наиболее часто поверхностные насосы используют для обустройства водоснабжения на участке с целью увеличения дебета подачи воды из скважины. внутри конструкции используют погружные насосы.

Поверхностные насосы - довольно большие агрегаты.
В них есть автоматика, которая способна отключать и включать насос при необходимости.
Насосное оборудование такого типа имеет давление в 1,5-3 АТМ.
Его будет вполне достаточно для того, чтобы обеспечить хозяйственные цели в доме: стирка, газовые колонки с двумя уровнями и так далее. Смотрите фото с примером такого насоса.

Работают насосы поверхностные довольно громко.
Рекомендации:

Такое оборудование не может находиться в незащищенном виде.
Для него, как правило, предусматривается отдельное помещение.
Обязательно необходимо изолировать его для того, чтобы работа оборудования не была слышна, так как это доставить некий дискомфорт жильцам дома.
Обязательно для его подключения нужно сделать электрическую проводку и подвести трубы из скважины.

Погружные насосы

Могут быть также вибрационные или центробежные.
Как это работает:

Работа такого оборудования различается.
В вибрационных насосах погружного типа процесс работы заключается в подаче воды из-за работы поршня, который находится в специальной гидравлической камере.
Есть определенная частота вибрационных движений, которая составляет не менее 100 раз в сек.
Благодаря такому устройству подача воды проводится под большим напором и вода легко выталкивается на поверхность.
Вибрационные насосы предназначены для простой системы водоснабжения загородного дома.

Примечание. Стоит отметить, что производительность такого оборудования на низком уровне, что не дает возможность использовать его для промышленного производства. Кроме этого, вибрации, которые образуются в результате работы насоса способны быстро разрушить стенки скважины и ремонту такой источник уже не подлежит.

Самыми распространенными считаются центробежные погружные насосы:

Они отличаются от предыдущих тем, что находятся внутри источника.
Для их установки есть инструкция, которая указывает, что насос должен находится на глубине от 50-100 см от дна источника.
Они имеют ряд преимуществ.

Преимущества погружных центробежных насосов:

Установка такого оборудования проводится своими руками, и она довольно проста.
Сами насосы имеют более длительный срок при постоянной эксплуатации, которые достигает 25-50 лет (все зависит от производителя и от модели).
Работа насосов не сопровождается шумом и вибрацией.
Они не разрушать стенки скважины.
Производительность насосного оборудования такого типа довольно высокая и оно с различной мощностью используется для промышленного производства.
Насосы не перегреваются, так как имеют специальный датчик, который охлаждает двигателей в случае перегрева.
С такого не будет и когда он перегреется, сразу отключится.
Насос имеет компактную форму конуса, которая помещается в скважину без труда.

Совет. Для прокачки скважины используют именно такие насосы.

Средняя производительность насос центробежной работы является 3,4-3,5 м3/ч.

Совет. Если есть возможность для обустройства скважины использовать погружные насосы, то лучше всего эксплуатировать оборудования на протяжении всего года. Если же оно не будет использоваться таким образом, то его обязательно демонтируют после использования. Это даст возможность обезопасить оборудование от поломок.

Способы монтажа

С автоматикой вполне можно поставит своими руками. Причем в этом варианте цена вопроса обойдется ровно в стоимость комплектующих.
Монтировать насос в скважину можно двумя способами: “летним” и “зимним”.

Внимание: При любом варианте выполнения работы надо тщательно следить за качеством выполнения стыков. Они должны быть полностью герметичны.

“Летний” способ

Итак:

Вход в скважину закрывается с помощью оголовка и расположен над поверхностью земли.
Насос опускается в скважину на определенной глубине с помощью водоподъемной трубы, которая сделана из пластика ПНД д. 32-40 мм.
Процесс осуществляется на тросе-страховке из нержавеющей стали в 5 мм. Как правило, автоматику не устанавливают, а включают и выключают насос вручную.

Внимание: Этот способ уместен во время монтажа водоснабжения при строительстве или для дачных сооружений, которые не имеют в доме внутреннюю разводку воды.

“Зимний” способ

Таким способом можно пользоваться для круглогодичного автономного водоснабжения:

Вход в необходимо углубить под землей на 2 м, установить металлический кессон и закрыть оголовком.
Насос опускают в скважину на определенной глубине с помощью водоподъемной трубы из пластика ПНД д. 32-40 мм на тросе-страховке из нержавеющей стали в 5 мм.
Трубы для водопровода к дому от кессона укладывают на глубину, которая будет ниже глубинного промерзания (1,8 м).

В техническом помещении, к примеру, в санузле, котельной или под лестничным входом, ставят автоматику (реле давления), насосный пульт управления, гидропневмобак и стабилизатор. В кессоне возможны монтажные работы.
При условии строительства дома на ленточном или столбчатом фундаменте, а также когда техническое помещение не будет обогреваться в зимний период, вертикальную водопроводную трубу следует обложить обогреваемой кабельной системой и утеплить теплоизоляционно.

Внимание: Для обоих способов подойдут трубы ПНД из пластика с диаметром 23-63 мм при уровне динамики воды в 100 м и при давлении по максимуму в 16 атм.

При 100-метровом уровне необходимы водопроводные трубы из оцинковки, нержавейки или черные:

Их нарезают кольцами 4-11 мм и соединяют с помощью муфт или фланцев.
Насос монтируют своими руками на глубине 80 м на пластиковой трубе.
Насосы опускают на трубах из пластика с большим диаметром или на трубах из металла на глубину 80 м манипулятором, лебедкой или автокраном.

Бывает, что высокопроизводительные насосы (20 м3/ч) монтируют на трубах из стеклопластика повышенной прочности, малого веса и со сроком эксплуатации более 50 лет. Монтажные работы осуществляются с помощью автокрана или манипулятора.
Итак:

После установки насоса в скважину, следует обвязать оголовок трубопроводами и поставить арматуру регулировки или запорную арматуру.
Задвижка-регулировка нужна для того, чтобы выводить насос на рабочей поверхности (рассчитывается по насосной диаграмме) и ограничивать производительность работы по максимуму.
Затем скважину прокачивают до получения чистой воды, которая проходит в дом к автоматическому гидропневмобаку.

Для нормальной работы нужна не только специальная автоматика на скважину, но и фильтровальное оборудование.
Особенности конструкции:

На данный момент фильтра могут быть механическими, которые устанавливаются в скважине и не дают возможности при включении насоса проникнуть в источник подачи воды примесям и другим загрязнителям.
Также есть автоматические, которые устанавливаются на выходе из скважины или при подходе воды к дому.

Совет. При обустройстве скважина довольно часто используют самодельные насосы, которые устанавливаются на дне конструкции.

Насос также может устанавливаться на самом насосе. При этом оборудование начинает работать после включения насосного оборудования.
Фильтры помогают делать воду более чистой и качественной.

Чтобы обустроить скважину, оборудование для нее и автоматические системы выбираются, основываясь на рекомендациях специалистов. На видео в этой статье показан процесс установки фильтра и насоса в конструкцию.

Проводя выходные и часть отпуска на даче, кроме дел по отдыху в летнее время возникают обязанности по поливу посаженных растений. Под неусыпным контролем грядки надо поливать только теплой водой из дождевых бочек. Наверное, есть в этом правда, потому что раньше, когда не было электричества, сливочное масло мы хранили в ведре опущенном в колодец (там вода где-то +12° в июле), да и сейчас там охлаждаем напитки, которые не помещаются в холодильник. Короче, растения хуже растут, когда их поливают ледяной водой. Ну а поливать надо, естественно, таская воду из бочек лейками. Для облегчения этого труда в прошлом веке была установлена на опорах трёхкубовая бочка. Откуда прогретую воду можно было сливать через шланг самотоком. Заметил, в зависимости от финансовой ситуации, при приличных доходах количество посадок сводится к минимуму, и, наоборот, при снижении жизненного уровня «посевные площади» растут. В одном из периодов финансового благополучия кроме сокращения площадей грядок и глобальной газонофикации была снесена и эта бочка. В 2010 году площади грядок немного выросли и полив лейками из бочек в засушливое лето начал утомлять. Хотелось время занятия дачным бодибилдингом как-нибудь сократить и механизировать этот процесс. Сейчас в магазинах продаются радиорозетки управляемые с пульта. Также в хламе был найден подаренный кому-то по какому-то поводу красивый скручиваемый шланг с переходниками, универсальной насадкой и безрезьбовыми соединителями. Смекалка подсказала, а что если всё это своими руками соединить с насосом, опущенным в бочку, и не надо будет бегать по огороду туда-сюда с лейкой.

Как сделать радиоуправляемый насос

Насос взят самый дешевый, типа «ручеёк». К насосу хомутом прикрепляем кусок шланга, длиной порядка 1,2 метра. Так как на красивом импортном шланге переходник имеет резьбу диаметром 3/4, то до поездки в магазин порылся в хламе от ремонтов и нашел кран-переходник для стиральных-посудомоечных машин. Кран как раз имеет на выходе резьбу диаметром 3/4 , заодно для защиты распылителя от мусора установил механический фильтр, а к фильтру прикрутил штуцер для подключения шланга насоса. Для уплотнения всех металлических резьбовых соединений применена была лента ФУМ и пакля. Переходник получился, может быть громоздким, но был собран за 15 минут и не требовал часовой поездки до ближайшего магазина.

Радиорозетка

Необходимым условием в дальней дороге в холодное время года является поддержание комфортной температуры в салоне автомобиля. И здесь одним из оптимальных решений будет отопитель Webasto – автономный прибор, обеспечивающий прогрев воздуха в машине до необходимой температуры.

В статье мы расскажем о том, что собой представляет это устройство, зачем оно нужно, а также опишем процесс самостоятельной установки отопителя.

Способы прогрева автомобиля

Для обеспечения комфортного микроклимата в салоне машины чаще всего используются автомобильные печки. Однако у них есть существенный недостаток – они функционируют только тогда, когда двигатель автомобиля находится в рабочем режиме.

Однако это возможно не всегда, а потому в некоторых ситуациях водителю приходится мерзнуть, сетуя на неправильно выбранную одежду или обувь.

Альтернативой печке может стать электрообогреватель, однако и в этом случае есть нюансы. И самый главный заключается в том, что запас электроэнергии в автомобиле не бесконечен, и потому не всегда есть возможность расходовать заряд аккумулятора на обогрев.

Выходом из такой ситуации являются автономные обогреватели автомобиля. Конечно, цена такого устройства выходит значительно большей, чем у стандартной печки, но и выгод от его эксплуатации предостаточно.

Кому будет полезен отопитель

В чем же заключаются эти выгоды?

Во-первых, автономный обогреватель создает в кабине автомобиля комфортную температуру сразу же после включения .
Если с печкой мы бы услышали от водителя привычное «Потерпите, сейчас заведемся и нагреемся», то в случае с автономным теплогенератором мерзнуть не придется.

Обратите внимание!
Некоторые автономные отопители Webasto оборудуются модулем, обеспечивающим включение системы с мобильного телефона или специального пульта.
В этом случае можно начать обогрев салона заблаговременно, и к вашему приходу автомобиль будет достаточно теплым.

Во-вторых, использование этого устройства обеспечивает предпусковой прогрев двигателя . Благодаря этому даже на сильном морозе автомобиль заводится очень быстро, и ресурс двигателя существенно экономится.
Также стоит упомянуть о таких преимуществах как поддержание температуры в машине при длительной стоянке (дальнобойщики и ожидающие в очередях на таможню оценят), быстрый обогрев стекол, защита их от обмерзания и запотевания и т.д.

Исходя из этих преимуществ, устройства для обогрева от компании Webasto можно рекомендовать:

Тем, кто не любит мерзнуть в салоне автомобиля, или семьям, которые часто возят в салоне автомобиля маленьких детей.
Тем, кто подолгу стоит в пробках, очередях и т.д. В первую очередь это таксисты, курьеры, дальнобойщики, водители спецтехники и т.д.
А также тем, кто старается уменьшить износ двигателя своего автомобиля и по максимуму реализовать его КПД.

Конструкция отопителей

Воздушные

По конструкции автономные системы отопления делятся на воздушные и жидкостные. К наиболее распространенной категории устройств относятся именно воздушные системы.

Воздушная автономная система отопления Webasto имеет следующую конструкцию:

Основным элементом является герметично замкнутая камера сгорания.
В нее под действием топливного насоса через автоматически регулируемый кран со встроенным фильтром поступает топливо.
За запуск процесса воспламенения отвечает свеча накаливания.
Топливно-воздушная смесь воспламеняется и сгорает в специальном устройстве – горелке с насадкой особой формы. Воздух поступает в насадку горелки с помощью специального нагнетающего устройства, после чего – проходит в теплообменник.
В теплообменнике воздух прогревается до необходимой температуры, а затем под воздействием того же нагнетателя поступает в салон.

Остывший воздух из салона через заборные отверстия снова попадает в отопитель, где опять нагревается.

Воздушные отопители могут быть установлены практически на любом автомобиле, габариты которого позволяют уместить корпус устройства. Особенностями воздушных моделей является относительно малая масса (до 7 кг), а также небольшой расход горючего. За час работы установки в режиме непрерывного обогрева сжигается от 0,1 до 0,25 л топлива в зависимости от модификации.

Жидкостные

Жидкостные модели автономных теплогенерирующих устройств от компании Webasto отличаются несколько большим расходом топлива. За час работы такая установка расходует до литра горючего.

Принцип работы этого агрегата заключается в использовании ресурсов системы охлаждения двигателя:

По сигналу пользователя (нажатие кнопки, срабатывание таймера, сигнал с пульта или телефона) запускается насос отопителя.
Под воздействием насоса начинается прокачка охлаждающей жидкости.
Затем в камеру сгорания подается топливо, которое воспламеняется от свечи накаливания и сгорает, передавая через теплообменник тепловую энергию к циркулирующему по трубам теплоносителю.
Благодаря этому даже при «молчащем» двигателе включается штатная система обогрева автомобиля, поскольку прогретый теплоноситель начинает передавать энергию печке.

Управляет процессом автоматическая регулирующая система. При необходимости она увеличивает либо уменьшает подачу топлива в камеру сгорания, а также регулирует процесс нагнетания воздуха в систему.

Управление работой отопителя

Выше мы уже несколько раз упомянули об автоматизации работы системы. Пора более подробно рассмотреть, с помощью каких элементов можно регулировать объем потребляемого топлива и планировать поддержание температуры.

Управлять работой установки можно с помощью таких устройств:

Минитаймер – дает возможность программировать запуск прогрева на 24 часа, т.е. на сутки. У штатного минитаймера от компании Webasto есть возможность установить три точки включения, и для каждой из них задать продолжительность работы.

Модульные таймеры представляют собой усовершенствованную разновидность предыдущего устройства. С помощью модульного таймера можно распланировать запуск обогрева в течение недели (к примеру, в воскресенье машина не нужна – потому и отопитель не включается).
Брелок дистанционного управления имеет функционал, аналогичный минитаймеру. Радиус действия брелка составляет около 1 км, потому, даже находясь в офисе, вы можете прогреть машину к моменту предполагаемой поездки.
позволяет управлять работой обогревателя с помощью мобильного телефона.

Монтаж отопителя

Комплектация

Полноразмерные обогреватели, предназначенные для грузовиков, автобусов и спецтехники самостоятельно монтировать, конечно же, не стоит. А вот установить на свой легковой автомобиль предпусковой прогреватель (такой как Webasto Termo Top E) своими руками может практически кто угодно.

Для начала необходимо купить само устройство, а также – специальный установочный комплект.

В итоге у нас на руках должны быть:

Автономный отопитель Вебасто.
Бензонасос.
Металлические и пластиковые стяжные хомуты для установки элементов отопительной системы.
Пульт управления отопителем с комплектом проводов для подключения его к электрической сети автомобиля (см. также ).
Комплект шлангов и патрубков.

Как правило, никаких дополнительных деталей для установки не требуется. В отдельных случаях может понадобиться покупка кронштейна для размещения самого прибора внутри автомобиля.

Процесс установки

Здесь же приводится инструкция, описывающая основную последовательность операций:

Первое, что необходимо сделать – это определиться с местом установки прибора под капотом автомобиля. Как правило, между радиатором и двигателем места недостаточно, поскольку мешают трубки кондиционера и его компрессор.
Оптимально устанавливать устройство так, чтобы можно было использовать как можно более короткий бензопровод, а также – не слишком длинные патрубки.
Затем в выбранное место устанавливаем кронштейн из нержавеющей стали. Кронштейн можно окрасить, чтобы уменьшить интенсивность коррозии.

Обратите внимание!
При установке отопителя допускается смещение топливных трубок. Для этого их необходимо отогнуть в сторону и зафиксировать.

В кронштейне сверлим отверстия, к которым крепим направляющие самого прибора.
Монтируем впуск, а затем – устанавливаем воздушный вывод.
Подводим к устройству бензопровод, подключаем его к бензонасосу. Отдельно протягиваем провода, обеспечивающие электропитание бензонасоса. Также подключаем проводку к самому отопителю.

Присоединяем обогреватель к системе охлаждения через патрубок.
Выводим провода в салон, после чего – устанавливаем на панель пульт управления (см. также статью ).

После завершения всех операций присоединяем питающие провода к аккумулятору и тестируем систему. В зависимости от особенностей конструкции прогреватель может запуститься как сразу, так и через несколько минут работы двигателя – связано это с наличием воздуха в системе.

Этот пост - первая часть из серии рассказов о том, как можно относительно несложно сделать своими руками радиоуправляемый выключатель полезной нагрузки.
Пост ориентирован на новичков, для остальных, думаю, это будет «повторение пройденного».

Примерный план (посмотрим по ходу действия) ожидается следующий:

Hardware выключателя

Сразу оговорюсь, что проект делается под мои конкретные нужды, каждый может его адаптировать под себя (все исходники будут представлены по ходу повествования). Дополнительно буду описывать те или иные технологические решения и давать их обоснования.

Начало

На текущий момент имеются следующие вводные:

Хочется реализовать удаленное управление светом и вытяжкой.
Выключатели есть одно- и двух-секционные (свет и свет+вытяжка).
Выключатели установлены в стене из гипсокартона.
Вся проводка - трехпроводная (присутствует фаза, нуль, защитное заземление).

С первым пунктом - все понятно: нормальные желания надо удовлетворять.

Второй пункт в общем-то предполагает, что надо бы сделать две разные схемы (для одно- и двух-канального выключателя), но поступим иначе - сделаем «двухканальный» модуль, но в случае, когда реально требуется только один канал - не будем распаивать часть комплектующих на плате (аналогичный подход реализуем и в коде).

Третий пункт - обуславливает некоторую гибкость в выборе форм-фактора выключателя (реально снимается существующий выключатель, демонтируется монтажная коробка, внутрь стены монтируется готовое устройство, возвращается монтажная коробка и монтируется выключатель назад).

Четвертый пункт - существенно облегчает поиск источника питания (220В есть «под рукой»).

Принципы и элементная база

Выключатель хочется сделать многофункциональным - т.е. должна остаться «тактильная» составляющая (выключатель физически должен остаться и должна сохраниться его обычная функция по включению/выключению нагрузки, но при этом должна появиться возможность управления нагрузкой через радиоканал.

Для этого обычные двухпозиционные (включено-выключено) выключатели заменим на аналогичные по дизайну выключатели без фиксации (кнопки):

Эти выключатели работают примитивно просто: когда клавиша нажата - пара контактов замкнуты, когда клавишу отпускаем - контакты размыкаются. Очевидно, что это обычная «тактовая кнопка» (собственно так ее и будем обрабатывать).

Теперь практически становится понятно, как это реализовать «в железе»:

берем МК (atmega8, atmega168, atmega328 - использую то, что есть «прямо сейчас»), в комплекте с МК добавляем резистор для подтяжки RESET к VCC,
подключаем две «кнопки» (для минимизации количества навесных элементов - будем использовать встроенные в МК резисторы подтяжки), для коммутации нагрузки воспользуемся реле с подходящими параметрами (у меня как раз были припасены реле 833H-1C-C с 5В управлением и достаточной мощностью коммутируемой нагрузки - 7A 250В~),
естественно, нельзя обмотку реле напрямую подключить к выходу МК (слишком высокий ток), поэтому добавим необходимую «обвязку» (резистор, транзистор и диод).

Микроконтроллер будем использовать в режиме работы от встроенного осциллятора - это позволит отказаться от внешнего кварцевого резонатора и пары конденсаторов (чуть сэкономим и упростим создание платы и последующий монтаж).

Радиоканал будем организовывать с помощью nRF24L01+:

Модуль, как известно, толерантен к 5В-сигналам на входах, но требует для питания в 3.3В, соответственно, в схему добавим еще линейный стабилизатор L78L33 и пару конденсаторов к нему.

Дополнительно добавим блокировочные конденсаторы по питанию МК.

МК будем программировать через ISP - для этого на плате модуля предусмотрим соответствующий разъем.

Собственно, вся схема описана , осталось только определиться с выводами МК, к которым будем подключать нашу «периферию» (радиомодуль, «кнопки» и выбрать пины для управления реле).

Начнем с вещей, которые уже фактически определены:

Радиомодуль подключается на шину SPI (таким образом, подключаем пины колодки с 1 по 8 на GND, 3V3, D10 (CE), D9 (CSN), D13 (SCK), D11 (MOSI), D12 (MISO), D2 (IRQ) - соответственно).
ISP - вещь стандартная и подключается следующим образом: подключаем пины разъема с 1 по 6 на D12 (MISO), VCC, D13 (SCK), D11 (MOSI), RESET, GND - соответственно).

Дальше остается определиться только с пинами для кнопок и транзисторов, управляющих реле. Но не будем торопиться - для этого подойдут любые пины МК (как цифровые, так и аналоговые). Выберем их на этапе трассировки платы (банально выберем те пины, что будут максимально просто развести до соответствующих «точек»).

Теперь следует определиться с тем, какие «корпуса» будем использовать. В этом месте начинает диктовать правила моя природная лень: мне очень не нравится сверлить печатные платы - поэтому выберем по максимуму «поверхностный монтаж» (SMD). С другой стороны, здравый смысл подсказывает, что использование SMD очень существенно сэкономит размер печатной платы.

Для новичков поверхностный монтаж покажется достаточно сложной темой, но реально это не так страшно (правда, при наличии более-менее приличной паяльной станции с феном). На youtube очень много видео-роликов с уроками по SMD - очень рекомендую ознакомиться (сам начал использовать SMD пару месяцев назад, учился как раз по таким материалам).

Сформируем «список покупок» (BOM - bill of materials) для «двухканального» модуля:

микроконтроллер - atmega168 в корпусе TQFP32 - 1 шт.
транзистор - MMBT2222ALT1 в корпусе SOT23 - 2 шт.
диод - 1N4148WS в корпусе SOD323 - 2 шт.
стабилизатор - L78L33 в корпусе SOT89 - 1 шт.
реле - 833H-1C-C - 2 шт.
резистор - 10кОм, типоразмер 0805 - 1 шт. (подтяжка RESET к VCC)
резистор - 1кОм, типоразмер 0805 - 1 шт. (в цепь базы транзистора)
конденсатор - 0.1мкФ, типоразмер 0805 - 2 шт. (по питанию)
конденсатор - 0.33мкФ, типоразмер 0805 - 1 шт. (по питанию)
электролитический конденсатор - 47мкФ, типоразмер 0605 - 1 шт. (по питанию)

Дополнительно к этому потребуются клеммники (для подключения силовой нагрузки), колодка 2х4 (для подключения радиомодуля), разъем 2х3 (для ISP).

Тут я немного хитрю и подглядываю в свои «запасники» (просто выбираю то, что там уже есть в наличии). Вы можете выбирать компоненты по своему усмотрению (выбор конкретных компонентов выходит за пределы этого поста).

Поскольку вся схема уже практически «сформирована» (по крайней мере, в голове), можно приступать к проектированию нашего модуля.

Вообще неплохо было бы все сначала собрать на макетке (используя корпуса с выводными элементами), но поскольку у меня все описанные выше «узлы» уже неоднократно проверены и воплощены в других проектах - позволю себе этап макетирования пропустить.

Проектирование

Для этого воспользуемся замечательной программой - EAGLE .

На мой взгляд - очень простая, но в то же время - очень удобная программа для создания принципиальных схем и печатных плат по ним. Дополнительные «плюсы» в копилку EAGLE: мультиплатформенность (мне приходится работать как на Win-, так и на MAC-компьютерах) и наличие бесплатной версии (с некоторыми ограничениями, которые для большинства «самодельщиков» покажутся совершенно несущественными).

Научить вас пользоваться EAGLE в этом топике не входит в мои планы (в конце статьи есть ссылка на замечательный и очень простой для освоения учебник по пользованию EAGLE), я лишь расскажу, некоторые свои «хитрости» при создании платы.

Мой алгоритм создания схемы и платы был примерно следюущий (ключевая последовательность):

Схема :

Создаем новый проект, внутри которого добавляем «схему» (пустой файл).
Добавляем МК и необходимую «обвеску» (подтягивающий резистор на RESET, блокировочный конденсатор по питанию и т.п.). Обращаем внимание на корпуса (Package) при выборе элементов из библиотеки.
«Изображаем» ключ на транзисторе, который управляет реле. Копируем этот кусок схемы (для организации «второго канала»). Входы ключей - пока оставляем «болтаться в воздухе».
Добавляем на схему разъем ISP и колодку для подлючения радиомодуля (делаем соответствующие соединения в схеме).
Для питания радиомодуля добавляем в схему стабилизатор (с соответствующими конденсаторами).
Добавляем «разъемы» для подключения «кнопок» (один пин разъема сразу «заземляем», второй - «болтается в воздухе»).

После этих действий у нас получается полная схема, но пока остаются неподключенными к МК транзисторные ключи и «кнопки».

Размещаю клеммники для подключения силовой нагрузки.
Правее клеммников - реле.
Еще правее - элементы транзисторных ключей.
Стабилизатор питания для радиомодуля (с соответствующими конденсаторами) размещаю рядом с транзисторными ключами (в нижней части платы).
Размещаю колодку для подключения радиомодуля снизу справа (обращаем внимание на то, в каком положении окажется сам радиомодуль при паравильном подключении к этой колодке - по моей задумке он должен не выступать за пределы основной платы).
Разъем ISP размещаю рядом с разъемом радиомодуля (поскольку используются одни и те же «пины» МК - чтобы было проще разводить плату).
В оставшемся пространстве располагаю МК (корпус надо «покрутить», чтобы определить наиболее оптимальное его положение, чтобы обеспечить минимальную длинну дорожек).
Блокировочные конденсаторы размещаем максимально близко к соответствующим выводам (МК и радиомодуля).

После того, как элементы размещены на своих местах - делаю трассировку проводников. «Землю» (GND) - не развожу (позже сделаю полигон для этой цепи).

Теперь уже можно определиться с подключением ключей и кнопок (смотрю, какие пины ближе к соответствующим цепям и которые проще будет подключить на плате), для этого хорошо перед глазами иметь следующую картинку:

Расположение чипа МК на плате у меня как раз соответствует картинке выше (только повернут на 45 градусов по часовой стрелке), поэтому мой выбор следующий:

Транзисторные ключи подключаем на пины D3, D4.
Кнопки - на A1, A0.

Внимательный читатель увидит, что на схеме ниже фигурирует atmega8, в описании упоминается atmega168, а на картинке с чипом - вообще amega328. Пусть это вас не смущает - чипы имеют одинаковую распиновку и (конкретно для этого проекта) взаимозаменяемы и отличаются только количеством памяти «на борту». Выбираем то, что нравится/имеется (я в последствии в плату запаял 168 «камушек»: памяти побольше, чем у amega8 - можно будет побольше логики реализовать, но об этом во второй части).

Собственно, на этом этапе схема принимает финальный вид (делаем на схеме соответствующие изменения - «подключаем» ключи и кнопки на выбранные пины):

После этого уже доделываю последние соединения в проекте печатной платы, «набрасываю» полигоны GND (поскольку лазерный принтер плохо печатает сплошные полигоны, делаю его «сеточкой»), добавляю пару-тройку переходов (VIA) с одного слоя платы на другой и проверяю, что не осталось ни одной не разведенной цепи.

У меня получилась платка размером 56х35мм.

Архив со схемой и платой для Eagle версии 6.1.0 (и выше) находится по ссылке .

Вуаля, можно приступать к изготовлению печатной платы.

Изготовление печатной платы

Плату делаю методом ЛУТ (Лазерно-Утюжная Технология). В конце поста есть ссылка на материалы, которые мне очень помогли.

Приведу для порядка основны шаги по изготовлению платы:

Печатаю на бумаге Lomond 130 (глянцевая) нижнюю сторону платы.
Печатаю на такой же бумаге верхнюю сторону платы (зеркально!).
Складываю полученные распечатки изображениями внутрь и на просвет совмещаю (очень важно получить максимальную точность).
После этого степлером скрепляю листки бумаги (постоянно контролируя, чтобы совмещение не было нарушено) с трех сторон - получается «конверт».
Вырезаю подходящего размера кусок двустороннего стеклотекстолита (ножницами по металлу или ножевкой).
Стеклотекстолит нужно обработать очень мелкой шкуркой (убираем окислы) и обезжирить (я делаю это ацетоном).
Полученную заготовку (аккуратно, за края, не трогая очищенные поверхности) помещаю в полученный «конверт».
Разогреваю утюг «на полную» и тщательно утюжу заготовку с двух сторон.
Оставляю плату остыть (минут 5), после этого можно под струей воды отмачивать бумагу и удалять ее.

После того, как кажется, что вся бумага удалена - вытираю плату насухо и под светом настольной лампы рассматриваю на предмет дефектов. Обычно находится несколько мест, где остались кусочки глянцевого слоя бумаги (выглядят как белесые пятнышки) - обычно эти остатки находятся в наиболее узких местах между проводниками. Я их удаляю обычной швейной иглой (важна твердая рука, особенно при изготовлении плат под «мелкие» корпуса).

Тонер смываю ацетоном.

Совет : когда делаете мелкие платы, сделайте заготовку под нужное количество плат, просто разместив изображения верхней и нижней части платы в нескольких экземплярах - и уже это «комбинированное» изображение «накатывайте» на заготовку из стеклотекстолита. После травления достаточно будет разрезать заготовку на отдельные платы.
Только обязательно проверяйте размеры плат при вводе на бумагу: некоторые программы любят «чуть-чуть» изменить масштаб изображения при выводе, а это недопустимо.

Контроль качества

После этого делаю визуальный контроль (требуется хорошее освещение и лупа). Если есть какие-то подозрения, что имеется «залипуха» - контроль тестером «подозрительных» мест.

Для самоуспокоения - контроль тестером всех соседствующих проводников (удобно пользоваться режимом «прозвонка», когда при «коротком замыкании» тестер подает звуковой сигнал).

Если все-таки где-то обнаружен ненужный контакт - исправляю это острым ножом. Дополнительно обращаю внимание на возможные «микротрещины» (пока просто фиксирую их - исправлять буду на этапе лужения платы).

Лужение, сверление

Я предпочитаю плату перед сверлением залудить - так мягкий припой позволяет чуть проще сверлить и сверло на «выходе» из платы меньше «рвет» медные проводники.

Сначала изготовленную печатную плату необходимо обезжирить (ацетон или спирт), можно «пройтись» ластиком, чтобы убрать появившиеся окислы. После этого - покрываю плату обычным глицерином и дальше уже паяльником (температура где-то около 300 градусов) с небольшим количеством припоя «вожу» по дорожкам - припой ложится ровно и красиво (блестит). Лудить надо достаточно быстро, чтобы дорожки не поотваливались.

Когда все готово - отмываю плату с обычным жидким мылом.

После этого уже можно сверлить плату.
С отверстиями диаметром более 1мм все достаточно просто (просто сверлю и все - надо только вертикальность постараться соблюсти, тогда выходное отверстие попадет в отведенное ему место).

А вот с переходными отверстиями (я их делаю сверлом 0,6мм) несколько сложнее - выходное отверстие, как правило, получается немного «рваным» и это может приводить к нежелательному разрыву проводника.
Тут можно посоветовать делать каждое отверстие за два прохода: засверлить сначала с одной стороны (но так, чтобы сверло не вышло с другой стороны платы), а затем - аналогично с другой стороны. При таком подходе «соединение» отверстий произойдет в толще платы (и небольшая несоосность не будет проблемой).

Монтаж элементов

Сначала распаиваются межслойные перемычки.
Там где это просто переходные отверстия - просто вставляю кусочек медной проволоки и запаиваю его с двух сторон.
Если «переход» осуществляется через одно из отверстий для выводных элементов (разъемы, реле и т.п.): распускаю многожильный провод на тонкие жилы и аккуратно запаиваю кусочки этой жилы с двух сторон в тех отверстиях, где нужен переход, при этом минимально занимая пространство внутри отверстия. Это позволяет реализовать переход и отверстия остаются достаточно свободными для того, чтобы соответствующие разъемы нормально встали на свои места и были распаяны.

Тут опять следует вернуться к этапу «контроль качества» - прозваниваю тестером все подозрительные ранее и полученные в ходе лужения/сверления/создания переходов новые места.
Проверяю, что обнаруженные ранее микротрещины устранены припоем (или устраняю припаивая тонкий проводник поверх трещинки, если после лужения трещинка осталась).

Устраняю все «залипухи», если такие все-таки появились в процессе лужения. Это гораздо проще сделать сейчас, чем в процессе отладки уже полностью собранной платы.

Теперь можно приступать непосредственно к монтажу элементов.

Мой принцип: «снизу вверх» (сначала распаиваю наименее высокие компоненты, потом те, что «повыше» и те, что «высокие»). Такой подход позволяет с меньшими неудобствами разместить все элементы на плате.

Таким образом, сначала распаиваются SMD-компоненты (я начинаю с тех элементов, у которых «больше ног» - МК, транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы), потом дело доходит и до выводных компонентов - разъемов, реле и т.п.

Таким образом, получаем уже готовую плату.

Продолжение следует ...

P.S. «Двухканальный» модуль можно использовать для замены «проходных» выключателей (обычно ставятся в начале и конце лестницы между этажами и т.п. местах).

P.P.S. Если использовать более плоские кнопочные выключатели, то при небольшой доработке можно сделать платы, которые уместятся в существующие монтажные коробки (т.е. не только для размещения в нишах гипсокартонных стен).