7. Протереть насухо датчик. Установить на место ковер и декоративные накладки.
8. Произвести аналогичные манипуляции с другими датчиками.
Модернизация системы.
Представленная выше звуковая система оповещения, являясь простой по составу и использованию, а также бюджетной по цене, полностью выполняет все возложенные на нее функции. Однако, многие покупатели и владельцы автомобилей большое значение уделяют различным техническим и эстетическим особенностям своих авто, выделяющих их в ряду остальных. Это направление называется тюнингом. Автопроизводители используют различные маркетинговые ходы и прежде всего, так называемый рестайлинг своих моделей в борьбе с конкурентами. Раз в 3-5 лет производятся часто незначительные внешние изменения, добавление новых функций элементов интерьера и электронных гаджетов.
После успешных испытаний первой модели системы оповещения и получения заказов на ее изготовление, было принято решение модернизировать ее для привлечения интереса различных групп пользователей. Наш «маркетинговый ход» заключался в создании двух новых разновидностей системы. Не меняя по сути задач и принципа действия системы, мы попытались сделать ее внешне более эффектной и современной.
Система акваконтроля с голосовым оповещением.
Во втором варианте системы была модернизирована ее звуковая часть (рис. 9). Вместо формирователя импульсов и звукового излучателя в схему блока оповещения введены контроллер голосовых сообщений, усилитель мощности и звуковой динамик. Теперь система подает сигнал появления воды на соответствующе участке не бипами, а голосом с указанием конкретных мест протечки.
Рис. 9. Структурная схема системы акваконтроля с голосовым оповещением
Сигнал логической единицы с выхода компаратора запускает речевой процессор и записанная в его память фраза через усилитель мощности проговаривается динамиком. Фразы типа «Внимание: вода под водительским ковриком!» записываются нами при изготовлении системы. Но при желании каждый владелец может записать любую фразу самостоятельно. Для этого в схеме есть элементы управления, встроенный микрофон и прилагается подробная инструкция.
Используемые элементы системы.
В качестве контроллера голосовых сообщений используется специализированный однокристальный микроконтроллер ISD18B20 [5]. Хранения данных во встроенной флэш-памяти, до 100 лет и многократным количеством циклов записи/стирания. Для упрощения настройки в схеме используется микрофон и кнопки записи новой фразы. Длительность фразы до 20 секунд, что более чем достаточно в нашем случае.
В качестве усилителя мощности применен цифровой интегральный усилитель класса D мощностью 2х3Вт на микросхеме PAM8403. Этот усилитель имеет очень высокий КПД до 90% и малые габариты (рис.10). В качестве динамика используется мини динамическая головка сопротивлением 8 Ом.
Особенности конструкции.
Благодаря миниатюрным размерам используемых электронных компонентов габариты блока оповещения практически остались теми же. К одному блоку можно подключить до 5 датчиков.
Рис. 10. Плата усилителя мощности на микросхеме PAM8403
Монтаж и эксплуатация системы.
Монтаж системы производится аналогично представленной выше инструкции.
Система акваконтроля с оповещением по радиоканалу.
И, наконец, третья система использует последние достижения системотехники и предназначена для фанатов современных гаджетов и смартфонов (рис. 11).
Рис. 11. Структурная схема системы акваконтроля с оповещением по радиоканалу
В отличие от двух предыдущих она не требует подключения к сети автомобиля (+12В), полностью автономна, не имеет блока оповещения и звуковых (голосовых) сообщений. Все элементы системы размещены в одном малогабаритном корпусе с выносной плоской антенной для зарядки.
Датчик воды находится в нижней части корпуса. Сигнал с датчика поступает на вход АЦП микроконтроллера. Микроконтроллер, как и другие элементы схемы основное время находятся в глубоком сне, потребляя от литиевого аккумулятора меньше 1 мкА. Периодически (раз в час) микроконтроллер просыпается, анализирует сигнал с датчика и наличие в автомобиле смартфона владельца автомобиля. Если смартфона нет, микроконтроллер засыпает. Когда в автомобиле появляется смартфон, на который настроена система, происходит соединение между ними по каналу блютус и микроконтроллер передает на смартфон информацию о состоянии датчика (сухо/вода) и степени разряда аккумулятора. Соответственно, программа на смартфоне, в случае появления воды или необходимости зарядки аккумулятора выдает соответствующее сообщение (визуально и звуком).
Протокол Bluetooth 4.0, используемый в системе является энергосберегающим. В данном режиме работы емкости используемого аккумулятора должно хватить на 6-12 месяцев непрерывной работы. Для подзарядки аккумулятора используется беспроводное зарядное устройство. Передача энергии осуществляется методом электромагнитной индукции через плоские катушки приемника-передатчика. Для зарядки нужно достать из бардачка зарядное устройство, подключить его к прикуривателю и разместить антенну на ковре в соответствующем месте, помеченном специальной пластиковой меткой при установке системы. Сигнал с антенны приемника преобразуется его электронным блоком в ток зарядки аккумулятора. Ход зарядки можно увидеть на смартфоне.
Используемые элементы системы.
В системе использован Bluetooth 4.0 модуль BLE-113 фирмы BlueGiga [6]. В этом модуле реализован аппаратный стек Bluetooth 4.0, а также встроена антенна и микроконтроллер типа 8051. Модуль имеет сверхнизкое энергопотребление и с его помощью можно реализовать схему, работающую не менее года от одной зарядки аккумулятора.
Компоненты беспроводного зарядного устройства использовались из промышленного комплекта PW-WL-5, изготовленного и приобретенного в Китае [7]. Особенности комплекта: Особенности: стабильный источник питания, изоляция катушек, компактный дизайн, расстояние между катушками - 5-20 мм.
Монтаж и эксплуатация системы.
Монтаж системы заключается в установке по приведенной выше схеме нового корпусного датчика с антенной (рис. 12).
Рис. 12. Установка датчика системы акваконтроля с оповещением по радиоканалу
Далее при возвращении на место ковра необходимо пометить пластиковой меткой центр установки антенны приемника (рис. 13).
Рис. 13. Метка центра приемной антенны БЗУ на ковре
Для зарядки зарядное устройство нужно вставить в прикуриватель и разместить передающую антенну с пластиковой меткой в центре (рис. 14).
Рис. 14. Подключение передатчика беспроводного зарядного устройства
акваконтроль передатчик беспроводной
Выводы по результатам испытаний систем акваконтроля.
Все три системы акваконтроля были успешно испытаны на автомобилях в условиях реальной эксплуатации. Прототипы систем были продемонстрированы работникам установочных центров по шумоизоляции и автоакустике Санкт-Петербурга. Достигнута договоренность о передаче под реализацию опытных партий систем.
4. Финансово-экономические расчеты
Рассчитаем себестоимость систем в части материалов, комплектующих и программного обеспечения.
Автомобили для испытаний - руководителя проекта, родителей авторов (бесплатно)
1. Система акваконтроля со звуковым оповещением.
Комплектующие:
Датчик протечки, компаратор - 71 руб.
DC-DC преобразователь - 107 руб.
Комплект логики К561 - 54 руб.
Пьезозуммер - 84 руб.
Корпус - 95 руб.
Монтажный провод - 24 руб.
Итого себестоимость системы (1 установочный комплект): 435 руб.
Себестоимость системы на автомобиль (5 установочных комплектов): 2175 руб.
Всего затраты на создание системы (10 установочных комплектов): 4350 руб.
2. Система акваконтроля с голосовым оповещением.
Комплектующие:
Датчик протечки, компаратор - 4 шт. - 287 руб.
DC-DC преобразователь - 107 руб.
Контроллер голосовых сообщений, динамик - 155 руб.
Усилитель мощности - 107 руб.
Корпус - 115 руб.
Монтажный провод - 68 руб.
Итого себестоимость системы на один автомобиль: 839 руб.
Всего затраты на создание системы (2 установочных комплекта): 1678 руб.
3. Система акваконтроля с оповещением по радиканалу.
Комплектующие:
Датчик протечки, компаратор - 4 шт. - 287 руб.
Литиевый аккумулятор 100 мА/ч - 105 руб.
Контроллер BLE113-A-v1 - 790 руб.
Беспроводное зарядное устройство (комплект) - 670 руб.
Корпус - 65 руб.
Итого себестоимость системы (1 установочный комплект): 1917 руб.
Себестоимость системы на автомобиль (4 установочных комплектов): 7668 руб.
Средство отладки CC-DEBUGGER - 3 565 руб.
Среда программирования TechBASIC Version 3.2.1 - 510 руб.
Всего затраты на создание системы: 13660 руб.
Анализ расчетных данных:
Ш Себестоимость систем акваконтроля со звуковым и голосовым оповещением сопоставимы. Таким образом, для реализации комплекта на весь автомобиль (4-5 зон контроля) целесообразно изготовление системы с голосовым оповещением. Такая система более информативна и презентабельна.
Ш В качестве бюджетного варианта можно использовать систему на звуковом оповещении, но с охватом 1-2 зон, не более. Тогда с экономической точки зрения такой вариант оправдан.
Ш Система акваконтроля с оповещением по радиоканалу - имиджевый продукт, с экономической точки зрения слабо конкурентен. Однако может найти спрос у фанатов гаджетов для смартфонов, iphone и в качестве элемента более сложной системы, например, охранной. При этом цена такой системы сопоставима с автомобильным навигатором или регистратором.
В условиях промышленного производства стоимость системы дополнительно по предварительным расчетам, может быть снижена на 10-25%.
2. Результаты выполнения проекта.
· Поставленные в проекте цели и задачи успешно решены.
· Разработаны структурные схемы трех вариантов системы акваконтроля для автомобиля.
· Выбраны конкретные варианты узлов и комплектующих, разработаны принципиальные схемы и конструкции системы.
· Проведено макетирование, изготовлены и отлажены опытные образцы системы, отличающиеся функциональностью, ценой и ориентированных на разные группы потребителей.
· Предложенные варианты системы прошли полный цикл от конструкторской разработки до изготовления действующих экземпляров, выполненных на новейшей элементной базе.
· Проведены успешные испытания системы в реальных условиях эксплуатации на автомобиле.
· Подготовлены материалы для заявки в Роспатент на полезную модель.
· Изучен спрос на новую продукцию и получены первые заказы на ее изготовление.
3. Дальнейшее развитие проекта.
· Получение патента на полезную модель.
· Изготовление установочных партий 3 вариантов системы для реализации заказчикам.
· Продолжение работ по исследованию разработанной системы и ее модернизации.
Литература
1. http://www.interfax.ru/story/181
2. http://unikmag.ru/products/ustrojstvo-opovescheniya-o-protechke-vody
3. http://ulimartik.ru/product/73965/datchik_protechki_vodi_sirena_AL_150__napoljniy__90db
4. http://aqvastorozh.ru/?yclid=5953838572660726885
5. http://www.dessy.ru/include/images/ware/pdf/e/eim353_isd1820_module_manual_v01.pdf
6. http://media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets/BlueGiga%20PDFs/BLE113.pdf
7. http://www.farnell.com/datasheets/74830.pdf