Бистабильный таймер включения освещения
Работает описанный ниже проект следующим образом: таймер может замыкать контакты реле на заданное время после обнаружения изменения положения бистабильных контактов. Собран таймер на микросхеме CD40106, которая представляет из себя 6 триггеров Шмитта с функцией инвертора. Ближайший отечественный аналог — К555ТЛ2. Ее можно использовать, но потребуется напряжение питания 5 В, и для сохранения параметров задержки придется корректировать номиналы задающих время элементов.
Основные параметры:
- вход в виде бистабильных контактов переключателя (ВКЛ/ВЫКЛ);
- выход — контакты электромагнитного реле (НО и НЗ);
- регулируемое время срабатывания реле от 2 с до 3,5 мин;
- возможность продления времени включения путем замены конденсатора;
- источник питания 12 В постоянного тока.
Где можно использовать такую систему? В качестве примера возьмем освещение в коридоре или на лестнице. Человек находится в таком месте несколько секунд или чуть дольше. Между тем, многие домочадцы могут забыть выключить свет, оставив его работающим на долгие часы. В этом случае мы устанавливаем максимальное время лестничного освещения.
В чем отличие схемы от типичных моностабильных устройств? Вход. Эта система реагирует на любое изменение состояния контактов: как на замыкание, так и на размыкание. Следовательно, если в существующей инфраструктуре есть бистабильные переключатели, то есть классические двухпозиционные переключатели, их не потребуется заменять. Просто переведите клавишу переключения в другое положение, чтобы реле включилось. Это также хороший способ борьбы с вандалами, которые намеренно обездвиживают выключатель во включенном положении. В этой системе свет включается только при обнаружении изменения.
Схема позволяет продлить длительность уже измеренного импульса до его окончания. Эта функция полезна в таких местах, как лестницы. Иногда имеет смысл немного продлить время освещения ламп. Вы можете переключить выключатель до того, как освещение отключится – обратный отсчет начнется заново.
Как работает схема
Принципиальная схема рассматриваемого реле времени представлена на рисунке. Состояние контактов переключателя (подключенных к разъему J1) контролируется путем проверки потенциала на клемме разъема, подключенной к делителю на резисторах R1 и R2. Низкий уровень означает короткое замыкание, высокий уровень означает обрыв. Резистор R2 ограничивает ток, протекающий через входы триггеров Шмитта US1E и US1F. Здесь может появляться сигнал, обусловленный электромагнитными помехами, которые возникают в кабеле, соединяющем разъем J1 с выключателем.
Момент изменения, т. е. нарастающий или спадающий фронт, должен быть выявлен из сигнала, сформированного таким образом. Для этой цели используется цепь задержки, в состав которой входят резистор R3 и конденсатор С1. Если бы не это, обе последовательности триггеров (US1E + US1D и US1F + US1C) постоянно обеспечивали бы одно и то же логическое состояние на своих выходах с точностью до минимальных задержек, возникающих из-за конструктивных различий между отдельными триггерами.
Этот узел задержки гарантирует, что нижняя цепочка триггеров будет реагировать с задержкой примерно 100 мс по сравнению с верхней. Вам не нужно беспокоиться о медленно возрастающем напряжении на выводах конденсатора С1, поскольку все элементы в этой схеме имеют входы Шмитта.
И когда это будет иметь значение? Разумеется, когда происходит изменение на входах триггеров US1E и US1F, т.е. после переключения контактов. По истечении этого времени обе цепочки триггеров снова начнут выдавать на выходах одно и то же логическое состояние. Поэтому информация о возникновении какого-либо фронта будет в виде разницы логических состояний между выходами вентилей US1D и US1C.
Теперь нам нужна логическая связь, которая будет сигнализировать о наличии двух разных логических состояний на его входах. Чтобы не добавлять еще одну интегральную схему, решено реализовать ее на обычном диодном мостике. На его выходе напряжение появится только тогда, когда на входе будут разные потенциалы, независимо от полярности.
Однако выход такой схемы не может быть напрямую связан с общим проводом. Это неудобство предотвращает транзистор Т1, ток базы которого ограничен R4. Появление напряжения на выходе моста приведет к открытию транзистора и, как следствие, его насыщению.
И произойдет это потому, что нагрузкой его коллектора является резистор R5 со значительным сопротивлением. Открытие T1 приведет к прохождению тока через R5 и падению напряжения на нем. Триггер US1A инвертирует результирующий сигнал. Мы получили полноценную логическую схему без использования дополнительной микросхемы, которая, по большей части, не использовалась бы.
Появление фронта входного сигнала приведет к тому, что выход логического элемента US1A будет оставаться высоким в течение примерно 100 мс. Этого времени достаточно, чтобы разрядить конденсатор С2 до напряжения, которое открывает транзистор Т2. Резистор R7 ограничивает ток, протекающий через коллектор Т2, чтобы он вышел из строя. Триггер US1B воспринимает это как низкое логическое состояние на своем входе, что, в свою очередь, включает транзистор T3. Его задача — включить катушку реле РК1 и диод LED1.
Когда Т закроется, С2 начнет медленно заряжаться. Скорость этого процесса определяется результирующими сопротивлениями R8 и P1. Когда на С2 накапливается достаточно большой заряд, вход US1B считывает его как высокий и переключает свое выходное состояние в низкое. Зарядка конденсатора продолжится, но на работу схемы это не повлияет.
Здесь стоит отметить, что импульс разряда С2 может прийти в любой момент. Следовательно, можно продлить время переключения реле, изменив положение кнопки во время включения реле.
Такая логика работы приводит к определенному неудобству: после включения питания таймера при разряде С2 схема включит реле на время, практически равное номинальному. Это произойдет только один раз, после чего система перейдет в состояние покоя.
Монтаж и наладка устройства
Устройство собрано на односторонней печатной плате размерами 85×30 мм. Ее топология представлена на рисунке ниже. В 3 мм от края платы имеются крепежные отверстия, каждое диаметром 3,2 мм. Сборку предлагаю начать с элементов с наименьшей высотой корпуса, т.е. некоторых резисторов и диода D1. Часть резисторов установлено вертикально, поэтому их стоит оставить на потом. Рекомендую использовать панельку для микросхемы UС1, чтобы упростить ее замену в случае выхода из строя.
Дорожки, соединяющие контакты реле РК1 с разъемом J2, рекомендуется усилить с помощью провода. Собранная плата представлена на титульном фото.
В качестве источника питания подключите к разъему J3 напряжение постоянного тока 12 В, помня о правильной полярности. Стабилизировать его не обязательно, хотя это было бы желательно. Ток потребления в состоянии покоя составляет до 1,5 мА (в зависимости от состояния контактов, подключенных к J1), а после включения реле увеличивается примерно до 35 мА.
Единственным этапом настройки является установка времени переключения контактов реле, что осуществляется с помощью потенциометра P1. Поворачивая его влево (в сторону надписи MIN на плате), мы сокращаем это время, а вправо (в сторону надписи MAX) увеличиваем. При предложенных значениях элементов в схеме диапазон регулировки времени составляет от 2 с до 3,5 мин. Эти значения будут зависеть от параметров отдельных элементов – особенно емкости С2, для которой характерны большие колебания от температуры.
Вы можете добиться еще большего времени работы реле, что, возможно, потребуется для лестничного освещения. Для этого просто замените С2 на конденсатор большей емкости, рассчитанный на напряжение 25 В и более. На плате имеется два места для этого конденсатора: одно с шагом выводов 2,5 мм и максимальным диаметром корпуса 7 мм, другое — с шагом 5 мм и местом для корпуса диаметром до 10,5 мм. Вы легко можете впаять конденсатор емкостью 1000 мкФ, который будет работать пропорционально дольше, чем исходный 220 мкФ, — около 16 минут.
Список элементов
РЕЗИСТОРЫ (0,25 ВТ):
- R1, R4…R6, R8…R10 — 10 кОм;
- R2, R3 — 1 МОм;
- R7 — 100 Ом;
- P1 — 1 МОм, монтаж лежа.
КОНДЕНСАТОРЫ:
- C1, C3 — 100 нФ 5 мм;
- C2 — 220 мкФ 25 В шаг 2,5 мм;
- C4 — 220 мкФ, 25 В, шаг 2,5 мм.
ПОЛУПРОВОДНИКИ:
- B1 — DF06;
- D1 — 1N4148;
- LED1 — зеленый 5 мм;
- Т1…Т3 — BC546;
- US1 — CD40106 (DIP14).
ПРОЧИЕ КОМПОНЕНТЫ:
- J1, J3 — АРК2/500;
- J2 — АРК3/500;
- J3 — 5-контактный штекер с золотым контактом, 2,54 мм;
- ПК1 — JQC3FF 12 В;
- одна панелька DIP14.
Бесконтактный включатель света с таймером
Популярные устройства с инфракрасным датчиком реагируют, когда световой луч пересекается между передатчиком и приемником, но во многих случаях установка двух модулей друг напротив друга затруднена или даже невозможна. Описываемый модуль устраняет эту проблему. Будет полезен в местах, где необходимо ненадолго включить освещение или вентиляцию.
В ванной или в гараже с мокрыми или грязными руками проще включить свет, приблизившись к датчику, чем, прикоснувшись к традиционному выключателю. Модуль бесконтактного переключателя с таймером можно рассматривать как элемент домашней автоматизации, работа которого основана на принципе отправки луча инфракрасных лучей передатчиком и получения их приемником.
Пучок световых лучей, излучаемый передатчиком, встречая на своем пути препятствие, отражается от него в соответствии с законами физики. Часть этих инфракрасных лучей идут прямо к приемнику, где они усиливаются и используются для создания сигнала, который вызывает срабатывание датчика.
Описание принципиальной схемы
Схема включения представлена на рисунке. Таймер рассчитан на питание постоянным током 8…12 В. Выпрямительный диод D2 защищает от неправильной поляризации входного напряжения. Напряжение питания стабилизируется US2. За работу коммутатора отвечает микроконтроллер ATtiny25, синхронизируемый внутренним генератором.
Инфракрасный приемник представляет собой интегральную схему, работающую с модулированным светом ближнего инфракрасного диапазона TSOP4836. Его преимуществом является низкая чувствительность к видимому окружающему свету.
Микроконтроллер периодически генерирует серию импульсов, которые включают ИК-диод. Эти импульсы имеют частоту примерно 36 кГц, что затрудняет обман приемника посторонним инфракрасным сигналом, например, от пульта дистанционного управления RTV.
Конденсатор С3 улучшает скорость изменения напряжения на диоде, в частности, при выходе транзистора Т1 из состояния насыщения. Если часть излучаемого света отразится от объекта, находящегося в рабочей зоне, встроенный приемник TSOP4836 выдаст на своем выходе последовательность импульсов. В этот момент также считывается положение движка потенциометра РR1, и включается реле РК1 через транзистор Т2. Время активации регулируется от 10 секунд до 5 минут.
Реле времени собрано на односторонней печатной плате размерами 37×79 мм, сборка которой представлена на рисунке. Монтаж начинают с пайки самых мелких компонентов. Затем устанавливаются элементы все больших размеров, заканчивая реле. Инфракрасный светоизлучающий диод и приемник должны быть оптически изолированы таким образом, чтобы предотвратить взаимодействие с лучом инфракрасного света, например, с помощью термоусадочной трубки.
В большинстве случаев размеры модуля не позволяют установить его в предполагаемом месте, например, под зеркалом, но благодаря разъемам передающий диод и инфракрасный приемник можно разместить на кабелях вдали от контроллера. Рабочая зона зависит от размера объекта, цвета и текстуры поверхности, а также угла, под которым объект виден датчику.
Для белой поверхности размерами 20×20 см рабочий диапазон составляет примерно 15 см. Проще всего поместить ИК-диод в черную термоусадочную трубку, чтобы ограничить его боковое свечение, которое может привести к ложным переключениям.
Причем при токах нагрузки, превышающих 2 А, соответствующие дорожки целесообразно утолщать. Реле гальванически изолировано от напряжения, питающего модуль, это означает, что контакты COM, NO и NC не находятся под каким-либо потенциалом. К ним можно подключить любое напряжение в пределах рабочих параметров реле. Пыль в воздухе и грязь на оптической системе сокращают зону действия переключателя. На рисунке выше показан пример использования модуля для включения светодиодной ленты.
Список комплектующих
РЕЗИСТОРЫ:
- R1, R3 — 390 Ом;
- R2, R4 — 10 кОм;
- R5 — 1 кОм;
- R6 — 4,7 кОм;
- Z — 0 Ом (перемычка).
- PR1 — 200 кОм.
КОНДЕНСАТОРЫ:
- C1, C2 — 100 нФ;
- C3 — 10 нФ;
- C4 — 4,7 мкФ;
- C5 — 1000 мкФ;
- C6 — 100 мкФ.
ПОЛУПРОВОДНИКИ:
- D1 — 1N4148;
- D2 — 1N4007;
- LED1 — светодиод 3 мм зеленый;
- Т1, Т2 — BC548;
- US1 — TINy13 — 20PU;
- US2 — 7805;
- NAD — светодиод — ARK2/3,5 мм;
- LED — светодиод 3 или 5 мм любого цвета.
ПРОЧИЕ ЭЛЕМЕНТЫ:
- ODB — TSOP4836;
- X1 — АРК2/5 мм;
- X2 — АРК3/5 мм.
Схема реле времени задержки выключения 220 В
Каждый из нас ежедневно пользуется электроприборами. Мы оставляем такие устройства, как холодильник, настольная лампа или утюг постоянно подключенными к сети 220 В. Однако большинство электроприборов не рассчитаны на непрерывную работу. Представленная система отключит их через некоторое время использования.
Принцип работы устройства
Устройство очень полезно для людей, которые часто забывают дома включенным электроприбор, например, утюг. Схема автоматического выключателя представлена на рисунке.
Принцип работы устройства очень прост. Сердцем системы является 14-битный двоичный счетчик CD4060 (US1) с генератором, частота которого задается элементами R1, C1, PR1 и R11. Транзистор Т1, который включает реле РК1, управляется старшим битом Q14 микросхемы US1.
Использование этого бита позволило увеличить время активации реле. Однократное нажатие кнопки, подключенной к точкам X и Y, включает бестрансформаторный источник питания, который обеспечивает работу счетчика вместе с реле.
При включении системы на выходе счетчика Q14 появляется низкий уровень напряжения, что включает реле РК1. После подсчета 8192 импульсов на выходе Q14 появляется высокий уровень, что выключает реле и прекращает подачу питания. Большим преимуществом прибора является то, что при выключении реле схема сама отключает питание.
Элементы R9, R10 и C7 составляют систему обнуления счетчика. При включении питания конденсатор С7 начинает заряжаться и замыкает резистор R10, обеспечивая на выводе 12 (RES) высокий уровень напряжения. При этом микросхема становится неактивной и сбрасывается.
По прошествии времени конденсатор заряжается от R9, и на выводе 12 формируется низкий уровень. С этого момента счетчик начинает отсчет. Назначение резистора R10 — разрядить С7 при отключении питания. Схема сброса нужна потому, что без нее при включении системы и возникновении переходных процессов наш счетчик мог бы начать отсчет с неизвестного значения. Это приведет к разному времени задержки отключения.
Сборка системы своими руками
Расположение элементов на плате показано на рисунке. Сборку системы начинаем с самых маленьких элементов, заканчивая установкой интегральной схемы в панельку. Плата выполнена на одностороннем стеклотекстолите, без каких-либо перемычек. После сборки реле времени проверяем качество пайки и отсутствие перемычек между контактными площадками.
При регулировке времени задержки выключения рекомендуется сначала подать на прибор напряжение примерно 10 В, подключив его к стабилитрону DZ1. Плюс подключаем к катоду, минус — к аноду. Измеряем частоту генератора на выводе 9 системы CD4060. Если у вас нет осциллографа или частотомера, время выключения следует установить экспериментальным путем. При указанных на схеме параметрах элементов частота может устанавливаться в диапазоне 1…25 Гц, что соответствует времени отключения от 8 минут до 2 часов.
После установки времени задержки выключения собираем систему, как на рисунке. К точкам X и Y подключаем моностабильный переключатель на переменное напряжение 220 В.
Перечень элементов схемы
РЕЗИСТОРЫ:
- R1 — 910 кОм;
- R — 4,7 кОм;
- R3 — 330 Ом;
- R5 — 1 Ом;
- R6, R7 — 560 Ом;
- R8 — 1 МОм;
- R9 — 1 кОм;
- R10 — 5,1 кОм;
- R11 — 1 кОм;
- PR1 — 500 кОм.
КОНДЕНСАТОРЫ:
- C1 — 1 мкФ;
- C2 — 1 мкФ/400 В;
- C3, C6 — 220 мкФ/25 В;
- C4, C5 — 100нФ;
- C7 — 470 мкФ/16 В.
ПОЛУПРОВОДНИКИ:
- US1 — CD4060;
- US2 — 7805;
- Т1 — BC557;
- D1 — 1N4007;
- DZ1 — 15 В/1 Вт;
- LED1 — красный светодиод 5 мм;
- B1 — мост 1 А/400 В.
ПРОЧЕЕ:
- РК1 — реле 5 В;
- вход, выход — ARK2 5 мм;
- моностабильный выключатель питания.
Loading...
