Закончил финальную реализацию электронного реле давления воды для управления насосом с функцией плавного пуска и возможностью настройки порогов срабатывания. Устройство контролирует давление в системе по сигналу с датчика, автоматически включает и отключает насос в заданных пределах и снижает пусковые нагрузки за счёт мягкого старта.
Общие принципы работы
Система измеряет давление через аналоговый датчик, подключенный к входу микроконтроллера. Сырые данные проходят простую цифровую фильтрацию: несколько последовательных измерений сохраняются, затем по ним вычисляется медианное значение, что позволяет убрать кратковременные выбросы и шум. Полученное значение переводится в физическую величину давления в барах, после чего выводится на светодиодный индикатор TM1637. Дисплей показывает актуальное давление в формате с двумя знаками после запятой, например 1.80 или 1.67, что обеспечивает наглядный контроль текущего состояния системы.
Пользователь задаёт нижний и верхний пороги давления. При падении давления до нижнего порога контроллер формирует команду на включение насоса, при превышении верхнего порога — на отключение. Значения порогов сохраняются во внутренней памяти (EEPROM), благодаря чему после отключения питания настройки не теряются. Дополнительно реализована программная гидравлическая задержка: после изменения состояния насоса некоторое время изменения давления не анализируются, чтобы исключить реагирование на переходные процессы в системе.
Плавный пуск и силовая часть
Ключевая особенность устройства — реализация плавного пуска насоса. Для этого силовая часть выполнена на комбинации симистора (TRIAC) и реле.
В момент включения насоса управление сначала передаётся на TRIAC.
В течение ограниченного времени насос питается через симистор, который открывается синхронно с переходом сетевого напряжения через ноль. После истечения заданного времени плавного пуска нагрузка переводится на реле, и насос питается напрямую от сети.
Синхронизация с сетью реализована с помощью оптопары H11AA1, работающей в режиме детектора перехода через ноль. Это двухдиодная AC‑оптопара с фототранзисторным выходом, специально предназначенная для мониторинга переменного напряжения. Первичная сторона подключается к сети через токоограничивающий резистор, а вторичная — к входу микроконтроллера. Когда напряжение сети проходит через окрестность нуля, оптопара кратковременно закрывается, что формирует на цифровом входе импульс. По этим импульсам контроллер определяет моменты перехода через ноль и включает TRIAC строго синхронно с сетью.
Такой подход снижает электромагнитные помехи и пиковые токи при включении, поскольку открытие симистора происходит при минимальном мгновенном значении напряжения. После завершения периода плавного пуска реле замыкает силовую цепь, а TRIAC отключается. В дальнейшей работе насос питается через релейный контакт, что уменьшает тепловые потери на полупроводниковом ключе.
Параллельно контактам установлен простой снаббер.
Алгоритмы защиты и логика управления
В программной части реализованы несколько защитных механизмов.
Введён максимальный допустимый интервал непрерывной работы насоса. Если время работы превышает заданный предел, насос принудительно отключается, а в логике управления фиксируется момент останова. Это предотвращает работу в аварийных режимах, например при отсутствии воды или некорректной работе гидравлики.
Также используется блокировка повторного запуска в течение заданного интервала после выключения. Это исключает частые кратковременные включения и выключения при колебаниях давления около пороговых значений. В совокупности с гидравлической задержкой это стабилизирует режим работы и уменьшает механические нагрузки на насос и трубопровод.
Управление осуществляется в основном цикле на основе текущего давления, состояния таймеров и флагов работы насоса. При активном режиме редактирования порогов нижнего и верхнего давления силовая часть принудительно отключается, что исключает изменение режима работы насоса во время настройки.
Интерфейс и настройка
Интерфейс пользователя реализован на двух кнопках. Короткие нажатия позволяют просмотреть текущие установленные значения нижнего и верхнего порога на дисплее без изменения настроек. Длительное удержание переводит систему в режим настройки соответствующего порога. В этом режиме значение изменяется с фиксированным шагом 0.1 бара, а при отсутствии активности в течение заданного времени режим автоматически завершается, после чего новые параметры записываются в EEPROM.
Дисплей TM1637 используется не только для отображения текущего давления, но и для показа настроечных значений. Библиотека управления дисплеем позволяет формировать на четырёхразрядном семисегментном индикаторе числа с десятичной точкой, что удобно для представления давления с двумя знаками после запятой.
Как настроить пороги давления
Настройка порогов выполняется с помощью двух кнопок на корпусе устройства. Верхняя кнопка отвечает за нижний порог включения насоса, нижняя — за верхний порог отключения.
Чтобы настроить нижний порог (включение насоса), необходимо выполнить следующие действия.
Сначала нажать и удерживать верхнюю кнопку до входа в режим настройки. Признаком входа в режим является мигание значения на дисплее. После входа в режим краткими нажатиями верхней или нижней кнопки изменить значение порога с шагом 0.1 бара до требуемого. По завершении настройки не нажимать кнопки. Через несколько секунд бездействия устройство автоматически выйдет из режима настройки и сохранит новое значение в памяти.
Настройка верхнего порога (отключение насоса) выполняется аналогично. Нажать и удерживать нижнюю кнопку до входа в режим настройки. Дождаться мигания текущего значения верхнего порога на дисплее. Краткими нажатиями кнопок установить требуемое значение с шагом 0.1 бара. После паузы без нажатий устройство завершит режим настройки и сохранит обновлённое значение верхнего порога.
Во время настройки насос принудительно отключён, силовая часть не активируется до выхода из режима редактирования. Это исключает изменение режима работы насоса при изменении параметров. Установленные пороги сохраняются во внутренней памяти и автоматически восстанавливаются после отключения и последующего включения питания.
Результаты испытаний
Устройство прошло испытания в реальных условиях эксплуатации в составе водопроводной системы с глубинным насосом. В ходе испытаний подтверждена стабильная работа алгоритмов включения и отключения по давлению, корректность сохранения и загрузки настроек, а также надёжная работа функции плавного пуска. Переходные процессы при пуске насоса становятся значительно мягче, снижаются механические и электрические нагрузки. Система показала устойчивую работу в длительном режиме без ложных срабатываний и без заметного влияния помех на работу микроконтроллера.
Печатной платы нет, так как навесной монтаж производился на обычной шаблонной плате (PCB) китайского производства и для персонального пользования, а не для внедрения в производство.
Скачать готовый скетч можно по этой ссылке.
Комментарии и замечания приветствуются.
Всем удачных самоделок и мирного неба над головой!