Автоматический выключатель света с таймером

Предлагаю рассмотреть устройство, которое помогло бы забывчивым людям немного сэкономить на электричестве. А именно, ведь, многие часто сталкивались с ситуацией, когда он или кто-то забыл выключить свет в коридоре или ванной и ушел надолго по делам, а вернувшись, обнаружил, что счетчик света накрутил немного лишнего. Так вот, суть устройства будет заключаться в том, чтобы через определенный промежуток времени выключить свет автоматически без вмешательства человеческого фактора. Единственное, что потребуется от пользователя, задать промежуток времени выключателя, а также просто установить в удобном или необходимом месте собранную схему, подключенную к выключателю на стене... или еще где, куда его ставят (в смысле выключатель).

Схема устройства автоматического выключателя с настраиваемым таймером представлена ниже:

Разберем устройство схемы по деталям. "Сердцем" конструкции является восьми битный микроконтроллер AVR Attiny13 или Attiny13A. Данный микроконтроллер можно использовать как в корпусе DIP-8, так и в корпусе SO-8 в зависимости от того как Вы разведете плату. К выводу PB5 микроконтроллера через резистор R1 подтягивается положительное напряжение, это необходимо для того, чтобы исключить самопроизвольный рестарт в случае, если будут ловиться какие-либо случайные помехи. Номинал резистора R1 можно варьировать в некоторых разумных пределах. Для намеренного рестарта и ресета микроконтроллера предусмотрена кнопка S1 для кратковременного замыкания вывода PB5 на землю. Этой кнопкой в основном придется пользоваться очень редко - предусматривалась для сброса при настройке. Время таймера в той схеме задается установкой перемычек (джемперов) на соответствующие штыревые контакты. Или по другому замыканием выводов PB0, PB4 и PB3 на землю при помощи этих самых перемычек. Программа микроконтроллера следит за состоянием этих выводов и в зависимости от того замкнуты они на землю или нет рассчитывает время задержки выключения света. Время задержки можно задавать от 1 секунды до 351 секунды комбинированием установкой перемычек. Например, если замкнута только перемычка Jmp3, то время задержки составит 51 секунду, если замкнута Jmp3 и Jmp1, время задержки составит 251 секунду. Думаю смысл понятен. А теперь почему везде присутствует 1 секунда (1, 51, 251) - если все перемычки будут разомкнуты, то время составит ровно 1 секунду. Мне кажется, что если в этом случае сделать ноль секунд, то устройство при этом не подаст признаков жизни, случайно можно принять такую ситуацию за то, что таймер - выключатель не работает или вышел из строя, поэтому минимальное время было принято за одну секунду. Время задержки рассчитывается по следующей формуле: time=t1+t2+t3+1, где t1, t2, t3 - время замкнутых перемычек Jmp1, Jmp2, Jmp3 и соответственно время каждой из них составляет 50, 100 и 200 секунд.

Теперь рассмотрим алгоритм слежения за состоянием переключателя света. За этим следит вывод PB1 микроконтроллера, программно он настроен на внешние прерывания и прерывания по каждому изменению логического состояния на этом входе. Это значит. что по сто раз переключать в исходное состояние выключателя света не придется. Нажали кнопку, свет загорелся, таймер закончился, свет погас, пришли снова отжали кнопку, свет загорелся, таймер закончился, свет погас и так далее. Чтобы эти условия соблюдались, вывод PB1 подтянут резистором R4 к земле. Номинал этого резистора можно также менять в пределах разумного, иначе микроконтроллер не сможет отследить логические уровни при превышении определенного значения. Резистор R2 ограничивает ток и предохраняет вывод микроконтроллера. Значение номинала можно также менять с теми же последствиями, что и R4. Эти два резистора по большому счету образуют делитель напряжения, от чего и зависят сочетания их номиналов, но их главная функция не состоит в делении напряжения.

Ключевым элементом для высокого напряжения в схеме является реле. Оно подключено по самому стандартному варианту - через транзистор на катушку еле коммутируется напряжение 12 вольт. Если ток протекает, реле "щелкает" и замыкает нормально разомкнутый контакт и наоборот, когда ток не протекает через катушку. R3 ограничивает ток, протекающий через базу транзистора Т1. Номинал резистора можно варьировать, как и всегда в разумных пределах. Транзистор Т1 применен марки BC547, но его можно заменить на любой другой транзистор N-P-N структуры. Диод VD1, включенный параллельно катушке реле, гасит напряжение самоиндукции от катушки в момент выключения. Это необходимо для предохранения транзистора от выхода из строя. 

Для питания этой схемы применен самый простенький блок питания на силовом трансформаторе. Марка применяемого трансформатора BV EI 382 1189 или другие подобные. Выбор за ним, потому что имеет малые габариты и достаточные характеристики.

Он преобразует 220 вольт в 9 вольт переменного напряжения. Далее по схеме после трансформатора напряжение выпрямляется и сглаживается конденсаторами. Номинал конденсатора C2 можно увеличит до 1000 мкФ или более. После выпрямления напряжение составит примерно 12 вольт (1,41*AC), при максимальной допустимой нагрузке самого трансформатора может немного проседать, но схема таймера - выключателя потребляет значительно меньше, поэтому тут не стоит уделять особого внимания. 12 вольт постоянного тока стабилизируются микросхемой L7805 до 5 вольт, необходимых для питания микроконтроллера. Линейный стабилизатор 7805 можно заменить на отечественный аналог КР142ЕН5А или другу микросхему, работающую в импульсном режиме, немного исправив схему в соответствии с подключением такой микросхемы (например, MC34063 или LM2576).

Схема собиралась и отлаживалась на макетной плате (поэтому печатная плата устройства в статье будет отсутствовать):

Модуль реле был заменен на светодиод для простоты демонстрации и тестирования, так как отладочная плата питается от USB порта ноутбука.

Данная схема может послужить хорошим подарком для родителей или бабушек и дедушек, которые в силу возраста часто забывают выключать свет. Они обязательно очень положительно оценят вашу заботу. Тем более себестоимость этого устройства составляет порядка 5 уе.

Для программирования микроконтроллера ATtiny13A необходимо знать конфигурацию фьюз битов:

Скриншот сделан в программе AVR studuo 4. Для тех, кто прошивает микроконтроллеры в другой программе, советую воспользоваться шестнадцатиричной системой HIGH и LOW задания фьюз битов для того чтобы не напортачить с расставлением галочек. В разных программах для прошивки зачастую по разному приходится устанавливать галочки (инверсно или не инверсно, а в AVR studio еще и пары галочек нет по сравнению с sina prog, например).

К статье прилагается прошивка для микроконтроллера ATtiny13A, проект схемы в proteus, а также видео, демонстрирующее работу схемы (несколько раз переключаем кнопку при разомкнутых перемычках - светодиод горит 1 секунду и гаснет, далее замыкаем контакт PB0 на землю, изменяем положение выключателя, светодиод загорается и через 51 секунду гаснет).

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Микроконтроллер
• AVR
• Таймер
• Proteus