Двухканальное циклическое программируемое реле времени

Представляю вашему вниманию циклическое 2-хканальное реле времени. Устройство предназначено для циклического (бесконечного) отсчета 2-х независимых временных выдержек (работа и пауза). Основой устройства служит микроконтроллер , каналы переключаются симисторами, питание от сети , бестрансформаторное. Устройство обеспечивает отсчет 2-х независимых выдержек времени от 1 до 999 секунд, либо от 1 до 999 мин, в зависимости от варианта прошивки микроконтроллера. 

Данное устройство любительское и никак не может заменить промышленных аналогов, обладающих большей функциональностью, надежностью и безопасностью. Единственное преимущество данного устройства – низкая стоимость. Реле собрано практически на коленках, не содержит дефицитных деталей, легко настраивается, и довольно универсально в применении. Можно применит в системах вентиляции , отопления и освещения мало ответственных объектов, и в любых других случаях, требующих  циклического отсчета выдержек времени. Задумка не оригинальная, за основу было взято промышленное многофункциональное реле, и переделано под необходимый функционал.

В случае необходимости использования подобного реле в серьезных проектах, рекомендую брать сертифицированные промышленные образцы. В любом случае ответственность за использование и возможный ущерб лежит на конечном пользователе.

В то же время ,изготовленные мной реле, показали себя вполне работоспособными и надежными.

Схема и описание конструкции.

Внимание! Опасность поражения электрическим током ! Устройство выполнено по бестрансформаторной схеме с гасящим конденсатором ! Все проводники гальванически связаны с сетью !

Для большей безопасности , при необходимости , можно запитать устройство от любого блока питания , напряжением 5 вольт и током не менее 150мА.

В моем варианте доступ к плате неквалифицированному пользователю закрыт, поэтому и выбрано бестрансформаторное питание.

Гасящий конденсатор ограничивает ток , который выпрямляется диодами , далее стабилитрон VD4 ограничивает напряжение на уровне 5.1 вольт. Электролитические конденсаторы сглаживают пульсации выпрямленного напряжения, керамические фильтруют высокочастотные помехи. Основой реле является микроконтроллер Attiny 24, через сдвиговый регистр 74нс595 и транзисторы Q3, Q4, Q5 выводится информация на семисегментный 3-хзнаковый индикатор. Через транзисторы Q1, Q2 управляются симисторы Т1, Т2. Настройка устройства производиться при помощи 2-х тактовых кнопок S2, S3. Светодиод D3 отсчитывает секундные импульсы.

Детали

Критичных и дефицитных деталей устройство не содержит, но есть некоторые нюансы связанные с применением гасящего конденсатора . Основное требование к деталям в высоковольтной части устройства – способность выдерживать броски напряжения возникающие в сети. Потому гасящий конденсатор С3 должен быть на напряжение не менее 400 вольт, а лучше 630 вольт. То же относится к конденсаторам RC цепочек С11 и С12. Резисторы RC цепей  симисторов , как минимум ,одноваттные, желательно применять керамические. Резистор ограничивающий ток и служащий предохранителем —  R19,  его номинал может быть от 10 до 47 ом. Он так же должен быть керамическим , мощностью 1 ватт или более.  В зависимости от нагрузки и типа примененного симистора , может потребоваться установка радиаторов. Печатная плата выполнена так, что симисторы стоят с краю и легко могут быть прикручены к радиаторам. Управление симисторами выполнено в третьем квадранте (отрицательным напряжением). Применять отечественные симисторы Ку208, Тс122 Тс132 и подобные не удастся, они не управляются таким способом. 

Стабилитрон 5.1 вольт, я использовал BZX85C5V1, подойдет любой аналогичный мощностью 1вт и более. Электролиты на напряжение 25 вольт и выше.

Кнопки S2,S3  обычные тактовые, для исключения случайного прикосновения к соседним деталям, при нажатии на кнопку, желательно применять кнопки с высоким толкателем.

К недостаткам схем с гасящим конденсатором , кроме опасности поражения электрическим током, можно отнести небольшой отдаваемый ток. Потому приходится ограничивать потребление либо ставить конденсатор большей емкости. Наибольший ток в устройстве потребляют семисегментный индикатор и симисторы. Потому ,целесообразно применять симисторы с небольшим током управления , иначе возможно недооткрытие. Показанные на схеме ВТ139 -600 как раз удовлетворяют этому условию, с ними проблем не было. Так же желательно применять транзисторы с высоким коэффициентом усиления . В моем варианте это КТ3107 и КТ3102, работают они в ключевом режиме и вполне заменимы на аналогичные.  Ток через семисегментный индикатор ограничен резисторами, номиналом 470 ом, яркость свечения вполне достаточна для применения в помещении.

Микроконтроллер применен в планарном корпусе, можно заменить на более удобный в монтаже PDIP, но придется переразвести плату под другой корпус. Назначение выводов у корпуса PDIP и SOIC одинаковое. Регистр 74НС595  заменяется функциональными аналогами от других фирм. Светодиодный индикатор красного цвета , с общим катодом , полная маркировка  E30361-I-O-O-W, широко распространен и доступен. Может быть под другой маркировкой, сохраняя в ней цифры 3610, ссылка на его даташит приложена в конце статьи.

Управление и работа

Имеется два варианта прошивки микроконтроллера, под секундный и под минутный отсчеты. Файлы в архиве tiny24_soic_min.hex и tiny24_soic_sek.hex  соответственно.

При включении из энергонезависимой памяти микроконтроллера считываются заданные значения выдержек времени , открывается симистор Т1, и начинается отсчет времени. По истечении заданной выдержки Т1 закрывается, открывается Т2 и начинается отсчет второй выдержки. Далее процесс циклически повторяется .При отключении работа начнется с начала, состояние на момент выключения не запоминается. В зависимости от области применения можно не устанавливать детали одного канала, и использовать реле в одноканальном режиме, например для управления одним насосом или вентилятором.

По умолчанию заданы выдержки в 10 и 15 минут или секунд. В работе индикатор отображает время до окончания включенного состояния, в виде обратного отсчета. Короткое нажатие на кнопку S2,в режиме работы приводит к сбросу текущего отсчета и переключению каналов,это  удобно использовать для принудительного включения нужного канала и проверки подключенного оборудования.

Для перехода в режим настройки, нужно длительно нажать кнопку S3. Устройство перейдет в режим настройки . В этом режиме можно циклически менять значение единиц , десятков, и сотен заданной выдержки времени.  Активное к изменению знакоместо указывается десятичной точкой. Нажатием кнопки S2 инкрементируем значение от 0 до 9, по кругу, кнопкой S3, переключаем активные значения уставок выдержки времени. 

Алгоритм таков – нажатие  S3 — единицы выдержки 1,  нажатие S3 —  десятки выдержки 1, нажатие S3 — сотни выдержки 1 ,нажатие S3 —  единицы выдержки2, нажатие S3 — десятки выдержки 2, нажатие S3 — сотни выдержки 2, нажатие S3 – подстройка таймера, нажатие S3 – выход в рабочий режим и запись значений в память.

Если не прокрутить все значения до конца, записи в память не произойдет и через 5 секунд устройство вернется в рабочий режим, не сохраняя измененных уставок.

Последнее нажатие S3 отобразит значение регистра подстройки частоты тактирования микроконтроллера, OSCCAL , при желании его можно изменить , нажимая S2- значения будут меняться в сторону увеличения на единицу, в диапазоне от 60 до 160, по кругу.  Контролировать частоту системного таймера можно по светодиоду HL1 частота его вспышек и пауз 1 сек, то есть меандр с периодом в 2 секунды. Особого смысла в подстройке я не вижу, потому что таковая частота будет плавать  , в зависимости от температуры и питающего напряжения. Но для перфекционистов предусмотрена подстройка. Нужно понимать ,что чем больше выдержка времени , тем больше погрешность, и не стоит ожидать сверхточности от устройства, для этого нужны другие реле, с часами реального времени.

При желании можно записать выдержки на этапе программирования, для этого в ЕЕПРОМ нужно занести следующие десятичные значения по адресам.

адрес
значение 
0х02
33 –признак запрограммированных выдержек. если не записано 33, при запуске будут приняты значения по умолчанию и они же внесены в память.
0х04
  (  1…999)   значение первой выдержки 
0х06
   (1…999)   значение второй выдержки  
0х08
(60…160) значение коррекции, можно не записывать, по умолчанию записано в микроконтроллер производителем, будет считываться при запуске.

Печатная плата

Схема и печатная плата разработаны в программе DipTrace v2.3.1.0 в приложенном файле имеется файл проекта.  

Все детали устанавливаются на плату, для удобства монтажа и исключения лишних проводов. Корпус не разрабатывался, размеры платы 80х80мм сделаны под стандартную распаячную коробку 85х85х35 мм . Коробка устанавливается в удобном месте, устройство настраивается ,  дальнейший доступ к устройству не требуется. При необходимости ,можно сделать вынос индикатора и кнопок на шлейфе. Желательно покрыть плату изоляционным лаком. Устройство подключается либо через клеммник, что удобно, либо запайкой проводников в плату, что более надежно.

Микроконтроллер программируется уже запаянным в плату. Для этого на плате предусмотрены отверстия под штырьки для подключения программатора. Использовался самый простой и доступный программатор «пять проводков» , под управлением не менее популярной программы «Uniprof«.

Фьюзы для данной программы даны на картинке ниже.

Включенный фьюз- фьюз без галочки!

Изменяются лишь фьюзы ответственные за режим контроля питания и сторожевого таймера, очень желательно переключить их, т.к иначе возможно зависание МК.

В прикрепленном файле находятся схема и печатная плата в виде файлов изображений нескольких форматов, проект DipTrace, и два файла прошивки под секундный или минутный отсчет.

Источники информации и литература.

1. даташит на индикатор — http://jumperone.com/doc/datasheets/E30361.pdf

2. прообраз -http://kazus.ru/forums/showthread.php?t=14061

3. промышленное реле , рекомендую , хорошие штуки -http://www.termonika.ru/inf/veha.shtml

4. А. В. Евстифеев. «Микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Mega фирмы ATMEL»

Список радиоэлементовОбозначение
Тип
Номинал
Количество
ПримечаниеМагазинМой блокнот

u1
МК AVR 8-битATtiny241
u2
индикатор светодиодныйE303611
общий катодu3
Сдвиговый регистрSN74HC5951
Q1-Q2
Биполярный транзисторКТ3107А2
Q3-Q5
Биполярный транзисторКТ3102А3
D1-D2
Выпрямительный диод1N40072
D4
СтабилитронBZX85C5V11
T1-T2
СимисторBT139-6002
S2-S3
кнопкаKLS7-TS66012
любая тактовая кнопкаR1-R8
Резистор470 Ом8
R9, R10, R25, R24
Резистор1 кОм4
R21-R23
Резистор1.5 кОм3
R11-R12
Резистор130 Ом2
R13-R14
Резистор5.1 кОм2
R15-R16
Резистор150 Ом2
кермический 1втR26
Резистор2.2 кОм1
R20, R27, R28
Резистор10 кОм3
R17-R18
Резистор330 кОм2
R19
Резистор15 Ом1
керамический 1втC3
Конденсатор2.2m x400v1
C4-C5
Конденсатор470m x35v2
C6, C8, C9
Конденсатор100n3
C7
Конденсатор220n1
JS1
клеммник4 вывода шаг 5мм1
любой подходяшийДобавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.