Фотореле с таймером на логике

Обычный сумеречный выключатель, представляющий собой фотореле, включает свет с наступлением темноты и выключает его утром. Таким образом свет горит всю ночь. Это не всегда имеет смысл, т.к. зачастую нужно чтобы свет горел лишь например 3 часа после наступления темноты, а остальную часть ночи был выключен. В этом случае нужен не просто сумеречный выключатель, а сумеречный выключатель с таймером, ограничивающий продолжительность ночного освещения.

Установка времени работы таймера задаётся в двоичном коде, с помощью 12 DIP- переключателей, замкнутый переключатель означает лог.1 разомкнутый лог.0. Что позволяет установить практически любое значение от 0 до 4095. Недостаток такой установки времени в том, что он требует знания двоичной системы счисления, поэтому он может быть удобен лишь для радиолюбителей, или инженеров-электронщиков, но не для простых людей.

С вывода 10 микросхемы DD2 идут импульсы с периодом 1 минуту, с вывода 4 периодом в 1 секунду.

Меняя положение перемычки S1, можно выбирать время отсчета — в секундах или минутах.

Применение трансформаторной схемы источника питания и электромагнитного реле, обеспечивает гальваническую развязку схемы от сети. И ещё, благодаря тому что реле может коммутировать нагрузку любого характера, обеспечивается универсальность.

Технические характеристики

  • Напряжение сети: 220-230 В
  • Частота сети: 50-60 Гц
  • Ток потребления:
    — 7,5 мА в режиме ожидания.
    — 8 мА в активном режиме.
  • Время работы:
    — минимальное — 1 секунда.
    — максимальное — 69 часов.
  • Максимальная коммутируемая мощность: 240 Вт.

Описание схемы электрической принципиальной

Основу схемы составляет часовая микросхема К176ИЕ12 и двенадцати-разрядный двоичный счётчик К561ИЕ20(СD4040BE).

Можно также применить вместо К561ИЕ20 микросхему К561ИЕ16, без изменения монтажа печатной платы. В этом случае максимальное время работы таймера увеличится до 11 суток! Но обратите внимание, что ИЕ16 отличается цоколёвкой выходов, и это следует учитывать при установке двоичного кода DIP-переключателями SA1-SA12.

На логических элементах DD1.1,DD1.2 собран триггер Шмитта, обеспечивающий гистерезис напряжения, снимаемого с движка подстроечного резистора R1, создавая тем самым на выходе логического элемента DD1.2 мгновенные переключения логических уровней, при переходе свет/тень.

На элементах DD1.3,DD1.4 собран RS-триггер, управляющий через транзисторный ключ VT2 электромагнитным реле К1.

Также этот триггер запускает таймер.

Кнопка SB1-служит для запуска таймера, диод VD2 — служит для согласования этой кнопки с каскадом на транзисторе VT1, SB2- служит для сброса. Проще говоря, этими кнопками можно включать и выключать нагрузку на контактах реле К1.1.

Теперь рассмотрим как это всё работает, с наступлением рассвета и сумерек.

Когда светло, сопротивление фоторезистора R2 относительно мало(около 1мОм), на выводе 4 DD1.2 (выход триггера Шмитта) логическая 1.  Транзистор VT1 открыт, на выводе 8 DD1.3 логический 0, на выводе 9 и 5 логическая 1, на выводе 10 DD3 логический 0, на выводе 11 DD1.4 логический 0, транзистор VT2 закрыт, реле выключено. Светодиод HL1 горит красным светом.

Как лишь становится темно, сопротивление фоторезистора R2 возрастёт свыше 20мОм, ток через R1 уменьшится, уменьшится и падение напряжения на нём, на выводе 4 DD1.2 (выход триггера Шмитта) появится логический 0. Это вызовет перезарядку конденсатора С2 через резистор R6, в результате чего на к-э VT1 формируется короткий импульс положительной полярности, который через диод VD2 поступает на вывод 8 DD1.3 устанавливая на вывод 10 DD1.3 логический 0. При этом на выводе 11 DD1.4 появится логическая 1, которая через резистор R16 поступит на базу транзистора VT2, при этом он откроется, реле включится. Светодиод НL1 загорится зелёным светом. Логический 0 с вывода 10 DD1.3 поступает на выводы 9 и 5 микросхемы DD2, в результате чего она начинает вырабатывать импульсы: на выводе 4 — с периодом 1 сек., на выводе 10 — с периодом в 1 минуту, соответственно.

Эти импульсы поступают на вход счётчика DD3 (вывод 10).

Как лишь счетчик DD3 досчитает до числа, установленного DIP-переключателями SA1-SA12. Все диоды, из числа VD5-VD16 соединённые с замкнутыми DIP-переключателями SA1-SA12, закроются. Тогда через открытый диод VD4 пройдёт ток, который вызовет падение напряжения на резисторе R14, соответствующее логической1, тогда на выводе 11 DD3(Reset/Сброс) и выводе 13 DD1.4 появится логическая 1, произойдёт сброс счётчика и RS-триггера, на выводе 11 DD1.4 появится логический 0, транзистор VT2 закроется, реле выключится.

На рассвете, сопротивление R2 снова уменьшится, что вызовет увеличение падения напряжения на сопротивлении R1, что приведёт к появлению на выводе 4 DD1.2 логической 1. Транзистор VT1 при этом остаётся открытым, и никакого импульса не создаст, на выводе 8 DD1.3 будет по прежнему логический 0. Таким образом триггер сохраняет своё устойчивое состояние, до наступления следующих сумерек.

Цепь VD3,VD4,R14 выполняет логическую функцию ИЛИ, т.к. необходимо обнулять триггер и счётчик при первом включении цепочкой C8,R13, так и самим счётчиком, после подсчёта им определённого числа импульсов.

Конденсатор С1 предназначен на тот случай если вдруг электроэнергия отключится, а потом появится в тёмное время суток, чтобы после этого таймер запустился. Без этого конденсатора, сопротивление фоторезистора R2 при этом будет велико, логический уровень на входе триггера Шмитта не изменится там будет логический 0, логическое состояние триггера DD1.3,DD1.4 не изменится, т.е. на выводе 10 DD1.3 будет присутствовать логическая1, на выводе 11 DD1.4 логический 0, поскольку время обнуления при включении питания длится дольше длительности импульса с коллектора VT1.

Таким образом, таймер запустится лишь по прошествии дня, и до наступления следующих сумерек.

Если же применить конденсатор С1, то по мере зарядки, его реактивное сопротивление сначала мало, далее становится бесконечно велико, в результате на выходе DD1.2 формируется импульс, вызывающий перезаряд конденсатора С2, который формирует короткий импульс на коллекторе VT1. Таймер запускается.

Установка этого конденсатора зависит от того, нужен ли вам запуск таймера после подачи на него электропитания в тёмное время суток, или нет.

Источник питания

Предохранитель FU1 и варистор RU1, образуют защиту от повышенного напряжения сети, если оно повысится, то предохранитель перегорает. Термо-предохранитель Ft1 конструктивно располагается в непосредственной близости от трансформатора Т1, в случае его чрезмерного перегрева он должен перегореть. Напряжение ~12В поступает на диодный мост VD1, после него 15В постоянного тока поступает на интегральный стабилизатор DA1, с него уже идёт стабилизированное напряжение 12В, для питания всех узлов данной схемы.

Настройка

Настройка заключается в установке подстроечным резистором R1 порога срабатывания таймера, при достижении определённого уровня засветки фоторезистора R2.

Конструкция

Устройство собрано на печатной плате и одностороннего фольгированного стеклотекстолита, размерами 1,5х85х95 мм.

Плата размещена в пластиковом корпусе от авто-сигнализации Pantera XS110, размерами 28х98х103 мм. Размеры печатной платы подгонялись именно под этот корпус. В корпусе проделаны отверстия под кнопки и светодиод, а также трансформатор, потому что он немного не убирался.

На лицевой панели расположены кнопки SB1 (красная), SB2 (чёрная) и светодиод HL1.

На лицевую панель наклеена бумага с надписями, а поверх неё наклеена прозрачная полиэстровая плёнка «LOMOND», для принтеров. Благодаря чему надписи защищены от затирания, и бумага не испачкается.

Пластиковые кнопки использованы от джойстика игровой приставки.

Литература

  • Luděk Srb, Kališnická: www.hw.cz/konstrukce/ozdravny-reset-s-logickymi-obvody-a-periodou-24-hodin.html
  • Радиоконструктор. №10, 2012 г. «Цифровой таймер с кварцевой стабилизацией» Коротков Р.В.
  • Основы цифровой техники Л.А. Мальцева, Э.М. Фромберг, В.С. Ямпольский, Москва «Радио и связь» 1987.

  • Список радиоэлементовОбозначение
    Тип
    Номинал
    Количество
    ПримечаниеМагазинМой блокнот

    DA1
    Линейный регуляторLM78L121
    КР1157ЕН1202АDD1
    МикросхемаК561ЛЕ51
    К176ЛЕ5, CD4001A, HEF4001BP, HCF4001BEDD2
    МикросхемаК176ИЕ121
    DD3
    Специальная логикаCD4040B1
    К561ИЕ20, К561ИЕ16DD3
    DIP панель 16 цанговаяTRS-161
    SCS-16VT1
    Биполярный транзисторКТ3102А1
    BC546B, BC547A, SS9014AVT2
    Биполярный транзисторКТ503В1
    2SC2240, KSC815, BC337VD1
    Диодный мостDF01M1
    DB107, DB157, DB101, DB102, DB103, DB104, DB105, DB106, DF005 и т.д.VD3-VD16
    Выпрямительный диодDL414814
    VD17
    ДиодКД522Б1
    КД521Г, 1N4148С1
    Конденсатор0.47 мкФ1
    С2
    Конденсатор0.047 мкФ1
    С3
    Конденсатор100 мкФ 25В1
    С4
    Конденсатор47 мкФ 16В1
    С5,С8
    Конденсатор0.1 мкФ2
    С6
    Конденсатор62 пФ1
    С7
    Конденсатор24 пФ1
    R1
    Подстроечный резисторTSR 3296W105 (1 МОм)1
    R2
    ФоторезисторФСК-11
    R3, R11
    Резистор22 МОм 0.125 Вт2
    R4, R8, R13, R14
    Резистор100 кОм 0.125 Вт4
    R5
    Резистор3.9 МОм 0.125 Вт1
    R6
    Резистор68 кОм 0.125 Вт1
    R7
    Резистор33 кОм 0.125 Вт1
    R9, R10
    Резистор1.8 кОм 0.125 Вт2
    R12
    Резистор510 кОм 0.125 Вт1
    R15, R16
    Резистор10 кОм 0.125 Вт2
    RU1
    ВаристорKVR 07-3911
     Ft1
    термопредохранительTZK-13 (133гр.1А/250V)1
    FU1
    Предохранитель100 мА, 250В1
    FU1
    Держатель предохранителяNF-004 for 5х20mm (ZH-266) Ni1
    HL1
    СветодиодGNL-5019EGW 3PIN (ОК)1
    K1
    РелеHJR-3FF-12VDC-S-Z1
    X1
    РазъёмGX16 12M-2A/ GX16 12M-2B1
    X1
    Вилка угловаяPLS-2R (DS-1022-1×2)/ BLS-2 (DS1071-1×2)1
    XP1
    ВилкаPLS-4 (DS-1021-1×4)1
    S1
    ВилкаPLS-3 (DS1021-1×3)1
    S1
    ДжамперMJ-O-6 (DS1027-2 A)1
    SA1-SA12
    DIP переключательDP-12 (SWD3-12)1
    ВДМ1-12, DS-12(SWD1-12)SB1, SB2
    Кнопка тактоваяDIP SWT 6x6x17mm2
    Т1
    ТрансформаторBV 202 01591
    ZQ1
    Кварцевый резонатор32.768 кГц1

    Клемник винтовой трёх-пиновыйDG306-5.0-03P-11-00A(H)2
    Добавить все

    Скачать список элементов (PDF)

    Прикрепленные файлы:

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.