Цифровой автомат управления яркостью люстры от любого пульта ДУ

Аннотация. В предлагаемой статье рассматриваются два автомата дистанционного управления яркостью осветительных приборов. Первый вариант представляет собой цифро-аналоговый автомат, а второй — использующий чисто цифровой метод управления яркостью.

Общие сведения. В современных системах дистанционного управления (ДУ) телевизионной и другой аппаратурой в основном используют фотоприёмники с определённой несущей частотой. Такой ИК приёмник ДУ должен восстанавливать данные с двухфазным кодированием, он должен реагировать на большие быстрые изменения уровня сигнала независимо от помех. Ширина импульсов на выходе приемника должна отличаться от номинальной не более чем на 10%. Приемник должен быть нечувствительным к постоянным внешним засветкам. Удовлетворить всем этим требованиям достаточно непросто. В последнее время большое распространение получили трехвыводные интегральные приемники ИК ДУ. В одном корпусе они объединяют фотодиод, предусилитель и формирователь. На выходе формируется обычный ТТЛ сигнал без заполнения 36 КГц, пригодный для дальнейшей обработки цифровыми ИМС. Такие приемники производятся многими фирмами, это SFH-506 фирмы Siemens, ТSOP1736 фирмы Vishay, TFMS5360 фирмы Temic, ILM5360 производства НПО «Интеграл» и другие. Существует несколько стандартов (протоколов) ДУ, к примеру RC-5, которые отличаются, в частности, частотой заполнения, также существуют интегральные приемники для разных частот. Для работы с кодом RC-5 следует выбирать модели, рассчитанные на частоту заполнения 36 кГц. Интегральные приемники весьма чувствительны к помехам по питанию, поэтому всегда рекомендуется применять фильтры, например, RC.

Для управления автоматами можно использовать пульты от различных телевизоров и другой аппаратуры, главное, чтобы был использован фотоприёмник того же стандарта (протокола) что и передатчик. Каждая команда, посланная пультом, состоит из модулированных импульсов, эквивалентная (средняя) частота которых лежит в пределах 300-1000 Гц. Когда эти посылки принимает фотоприёмник, на его выходе появляются отрицательные импульсы. В отсутствие приёма на выходе фотоприёмника — логическая единица.

Схема электрическая принципиальная. Схема электрическая первого цифро-аналогового варианта автомата приведена на рис. 1. Функции элемента задержки, исключающего чрезмерно быстрое изменение яркости выполняет счётчик DD1. Он делит частоту импульсов принимаемого сигнала на 16, таким образом, что 16 входным импульсам ИК-излучения на входе фотоприёмника соответствует 1 выходной импульс счётчика. Поэтому для полного прохождения изменения яркости от нуля до максимума и обратно необходимо удерживать кнопку пульта нажатой несколько секунд.

Для того чтобы не происходило переключение счётчика DD1 от накопления вследствие многократного использования пульта ДУ в процессе управления телевизором здесь имеется схема на диоде VD1, конденсаторе С2 и резисторе R3. Эта схема обнуляет счётчик DD1 через некоторое время после отпускания кнопки пульта ДУ. Когда пультом не пользуются на выходе фотоприёмника DA1 логическая единица. Диод VD1 закрыт и конденсатор C2 заряжен через резистор R3 до напряжения логической единицы. Счётчик DD1 обнулён. При приёме сигнала от пульта на выходе фотоприёмника DA1 возникают импульсы, первый же из которых разряжает конденсатор C2 через диод VD1 и внутренний ключевой транзистор фотоприёмника DA1. В паузах между импульсами С2 не успевает зарядится через R3, поэтому, пока идёт приём сигнала от пульта, на выводе 11 DD11 поддерживается логический ноль. После прекращения подачи сигнала с пульта диод VD1 закрывается и конденсатор C2 быстро заряжается через R3. Как только напряжение на С2 достигнет уровня логической единицы — счётчик DD1 обнуляется.

Далее счётные импульсы с выхода DD1 поступают на вход счётчика DD2, который совместно с элементами DD3.1…DD3.4 типа ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ образуют схему формирования управляющих двоичных кодовых комбинаций, каждая из которых соответствует определённому уровню яркости лампы накаливания. Двоичная комбинация отображается светодиодной линейкой HL1…HL4 и поступает на резистивную матрицу R10…R14 задача которой заключается в том, чтобы сформировать управляющее напряжение для фазоимпульсного регулятора яркости (VT1, VT2, C7, R15…R18, VS1).

Сущность фазоимпульсного метода управления яркостью заключается в изменении момента открывания тиристора считая от момента перехода сетевого напряжения через ноль. Чем больше время задержки открывания тиристора, — тем меньше яркость лампы, и наоборот, чем меньше время задержки включения тиристора, — тем больше яркость. Необходимую задержку включения тиристора, а значит яркость лампы обеспечивает напряжение на выходе резистивной матрицы R10…R14 в совокупности с конденсатором C7. Чем больше напряжение на выходе резистивной матрицы, тем меньше постоянная времени цепочки (R10…R14)-C7 а значит, тем больше яркость лампы накаливания. Параметрический стабилизатор выполнен с двумя балластными гасящими конденсаторами C5 и С6 и других особенностей не имеет. Резисторы R8 и R9 включены для разрядки конденсаторов после отключения автомата от сети. Недостатком данного автомата можно назвать необходимость подбора резисторов R10…R14 резистивной матрицы для получения плавного управления яркостью.

Второй чисто цифровой вариант автомата (рис.2) полностью лишён этого недостатка, и более того, он вообще не требует настройки, и, собранный из исправных деталей и без ошибок работает сразу при включении. Верхняя часть схемы по своему функциональному назначению аналогична рис.1 поэтому подробно её работу рассматривать не будем. Здесь выходные кодовые комбинации представляют собой коэффициенты деления для счётчика DD6, работающего в составе схемы управления яркостью. В состав схемы (рис.2) также входят: генератор опорных импульсов на элементах DD4.1, DD4.2, работающий с частотой около 32 кГц, счётчик-делитель импульсов на 16 DD5.1, одновибратор-формирователь коротких импульсов на элементах DD4.3, DD4.4, собственно счётчик с переменным коэффициентом деления DD6 и RS-триггер на элементах DD7.3, DD7.4.

В начальный момент времени при подключении автомата к сети, интегрирующая цепочка C3-R5 формирует короткий положительный импульс, обнуляющий счётчики DD2.1, DD2.2. Такая же нулевая двоичная комбинация формируется на выходах элементов DD3.1…DD3.4, которая, поступая на входные двоичные разряды счётчика DD6, определяет режим его работы, как режим с максимальным коэффициентом пересчёта, что соответствует максимальной яркости лампы накаливания.

В начальный момент времени одновибратор на элементах DD4.3, DD4.4, каждый раз по отрицательному перепаду импульса на выходе счётчика DD5.1, формирует на выходе (вывод 8 элемента DD4.4) короткий отрицательный импульс, который производит запись управляющей двоичной комбинации с выходов элементов DD3.1…DD3.4 во внутренние разряды счётчика DD6. Одновременно этот отрицательный импульс устанавливает RS-триггер DD7.3-DD7.4 в исходное единичное состояние. При этом цепочка транзисторов VT1, VT2, VT4, VT5 открыта, а VT3 — закрыт. Оба одновременно открытые мощные ключевые MOSFET транзисторы VT4, VT5 обеспечивают подключение лампы накаливания HL1 к сети как при положительной, так и при отрицательной полуволнах сетевого напряжения. Импульсы задающего генератора, поступающие на суммирующий счётных вход DD6 (вывод 5), обеспечивают увеличение состояний счётчика на единицу с приходом каждого нового импульса. Когда счётчик достигнет переполнения, на его выходе переноса «+CR» (вывод 12) сформируется короткий отрицательный импульс, который перебросит RS-триггер DD7.3-DD7.4 в противоположное нулевое состояние, что приведёт к открыванию транзистора VT3, закрыванию VT4 и VT5 и выключению лампы. Данный процесс повторяется с частотой около 2 КГц, что соответствует частоте задающего генератора, делённой на 16. Таким образом, осуществляется ШИМ-модуляция яркостью свечения лампы накаливания.

Следует заметить, что питание затворов мощных MOSFET-транзисторов осуществляется напряжением 12 В непосредственно с выхода параметрического стабилизатора VD2, R19, C8, а для питания цифровой части схемы применён пятивольтный интегральный стабилизатор DA2.

Конструкция и детали. Первый вариант автомата собран на печатной плате из двухстороннего стеклотекстолита размерами 78x78 мм, а второй вариант 60x100 мм. Автоматы устанавливаются в стандартные сетевые разветвительные коробки соответствующих размеров. В устройствах применены постоянные резисторы типа МЛТ-0,125, МЛТ-2 (R19, рис.2), конденсаторы неполярные балластные в схеме стабилизатора (рис.1) — типа К73-17 на напряжение не менее 400В, остальные — К10-17, электролитические — К50-35 или импортные, светодиоды сверхъяркие красного и зелёного цветов диаметром 5 мм в первом варианте устройства и 3 мм — во втором. Стабилитроны (VD11 на рис.1, VD2 на рис.1 и рис.2) в металлических корпусах на напряжение стабилизации 9…12 В могут быть типа Д809, Д814Б, В, Г, Д или аналогичные, диод VD3 (рис.2) — кремниевый средней мощности с минимально допустимым обратным напряжением не менее 400 В. Диодные мосты (рис.1) должны быть в вертикальном исполнении типа RS407L. Транзисторы MOSFET типа IRF840 заменимы на IRF740 и другие с минимально допустимым рабочим напряжением сток-исток не менее 400 В и минимально возможным сопротивлением канала в открытом состоянии. Максимальная мощность нагрузки при эксплуатации без радиатора не должна превышать 250 Вт. Автором проверены также транзисторы КП7173А отечественного производства. Их параметры: максимальный ток стока Ic=4А, максимально допустимое напряжение сток-исток Uс-и=600В. Сопротивление канала в открытом состоянии не более R<2Ома. Максимальная мощность лампы накаливания в случае применения транзисторов типа КП7173А без радиатора не должна превышать 100 Вт. Все ИМС серии КР1564 (74HCxx) заменимы на соответствующие аналоги серии КР1554 (74ACxx). Интегральный стабилизатор применён типа КР1181ЕН5А (78L05).

Рисунки печатных плат читатели могут получить, направив запрос на адрес электронной почты автора E-mail: A_Odinets@tut.by

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• ДУ