Главная » Автоматика в быту
Призовой фонд
на январь 2017 г.
1. 1000 руб.
Radio-Sale
2. Регулируемый паяльник 60 Вт
Паяльник
3. 600 руб.
От пользователей
4. Тестер компонентов LCR-T4
Паяльник

Похожие статьи:


Модернизированный акустический автомат лестничного освещения на симисторе

В статье рассмотрен автомат, включающий лампу накаливания по звуковому сигналу, на время от 10 сек до 1 минуты. Выдержка продлевается по мере поступления новых звуковых сигналов. Автомат дополнен функциями защиты нити лампы накаливания и регулятором яркости для увеличения её срока службы.

Фото автомата освещения

Известные автору конструкции автоматов лестничного освещения далеки от совершенства: они либо сложны схемотехнически, либо содержат микроконтроллер, что требует его прошивки с помощью программатора, либо такие автоматы вообще функционально ограничены и только включают лампу накаливания на заданный промежуток времени по звуковому сигналу. В то же время совершенно необходимо дополнить такой автомат функцией защиты лампы накаливания и регулятором яркости, что обеспечит дополнительную защиту лампы в вечерние часы, когда число потребителей уменьшается, и напряжение в сети возрастает.

Известно, что в большинстве случаев лампа выходит из строя именно в момент включения, ещё не исчерпав свой рабочий ресурс. Происходит это из-за броска тока, когда сопротивление холодной нити в несколько раз меньше, чем в нагретом состоянии. При этом амплитудное значение тока достигает нескольких ампер, что приводит к быстрому разрушению нити. Также замечено, что если эксплуатировать лампу не на максимальной яркости, а при значении 70…80 процентов от максимальной, испарение спирали заметно уменьшается. Поэтому, дополнив автомат регулятором яркости и функцией защиты лампы, можно значительно продлить срок её службы.

Как и в базовом варианте, в данной конструкции, в качестве коммутирующего элемента применён симистор, что, по сравнению с аналогичными, тиристорными вариантами конструкций, позволило сократить число элементов, устанавливаемых на теплоотвод, с пяти до одного. Кроме того, в отличие от базовой версии, микрофонный усилитель выполнен на ОУ, что позволило значительно повысить чувствительность автомата. Также по упрощённой схеме выполнен цифровой таймер, управляющий включением лампы накаливания. В итоге, получился более надёжный автомат (на меньшем числе компонентов), реализующий лучшие характеристики с меньшими аппаратными затратами.

Схема электрическая принципиальная. Схема электрическая автомата показана на рис.1.

Схема модернизированного акустического автомата лестничного освещения на симисторе

Автомат содержит: стабилизатор напряжения 5В на элементах R1…R4, VD2, VD3, C1…C3, DA1; фильтр для питания усилителя на ОУ — элементы R5, C4; одновибратор-схему выделения моментов перехода сетевого напряжения через нуль: R8, R9, DD1.1, DD1.2; схему управления яркостью: VT1, R13, C7, DD1.3, DD1.4; ключевой транзистор VT2 и коммутирующий симистор VS1; одновибратор управления таймером на элементах DD2.1, DD2.2, собственно таймер на элементах R17, C10, DD2.4, а также усилитель сигналов звуковой частоты на ОУ DA1.1 и DA1.2, диодный выпрямитель VD9, VD10, а также интегрирующий конденсатор C16.

Работает автомат следующим образом. При первом включении питания, в отсутствии звуковых сигналов, конденсаторы С6, С10 разряжены. На выходах элементов DD2.5, DD2.6 устанавливается уровень лог.0, который через резистор R19 приводит к постепенной (десятые доли секунды) зарядке конденсатора C6. Также уровнем лог.1 с выхода элемента DD2.3 через резистор R17 заряжается конденсатор C10. Это событие индицирует горящий светодиод HL1.

На катоде стабилитрона VD2 в моменты перехода сетевого напряжения через нуль формируются короткие отрицательные импульсы пилообразной формы. Одновибратор, собранный на элементах DD1.1, DD1.2, формирует из этих импульсов на выходе короткие отрицательные импульсы, но уже прямоугольной формы. Диод VD3 предотвращает влияние заряженного конденсатора C1 на вход одновибратора.

Каждый выходной отрицательный импульс одновибратора через диод VD5 быстро разряжает конденсатор C7 и устанавливает на входах элемента DD1.3 напряжение значительно ниже порогового (около 0,7В). При этом ключевой транзистор VT2 и симистор VS1 закрыты. Лампа выключена. По мере зарядки конденсатора C6, начинает открываться транзистор VT1, а значит, уменьшается сопротивление его перехода эмиттер-коллектор. Это сопротивление, в совокупности с сопротивлением введённой части подстроечного резистора R13, определяет постоянную времени заряда конденсатора C7. А от неё, в свою очередь, зависит яркость лампы. Чем больше постоянная времени R13-C7, тем меньше мощность, отдаваемая в нагрузку, и наоборот. Такой способ управления яркостью лампы называется фазоимпульсным.

При достижении на конденсаторе C7 напряжением порогового значения элемента DD1.3, на его выходе формируется отрицательный перепад, который дифференцируясь цепочкой С8, R14 и инвертируясь элементом DD1.4 приводит к открыванию транзистора VT2 и симистора VS1. Открытый симистор подключает лампу накаливания к сети и лампа зажигается. Яркость лампы накаливания можно установить резистором R13 в пределах 0…70 процентов, чего вполне достаточно для освещения лестничной площадки. Одновременно при яркости не более 70 процентов обеспечивается наиболее благоприятный режим работы нити лампы накаливания.

При отсутствии звуковых сигналов, конденсатор C10 медленно заряжается через резистор R17, поскольку на выходе элемента DD2.3 поддерживается уровень лог.1. При достижении на конденсаторе C10 напряжением порогового значения элемента DD2.4, на его выходе формируется уровень лог.0, что индицирует погасший светодиод, а на выходе элементов DD2.5, DD2.6 устанавливается уровень лог.1, который через диод VD8 быстро разряжает конденсатор С6. Транзистор VT1 при этом закрывается и периодический заряд конденсатора С7 прекращается. Поскольку напряжение на входах элемента DD1.3 при этом остаётся всегда меньше порогового, формирование импульсов управления симистора также прекращается и лампа гаснет. Таким образом, время свечения лампы с заданной яркостью при первом включении автомата, при отсутствии звуковых сигналов, определяется постоянной времени элементов R17, C10.

При появлении звуковых сигналов (звуке шагов, разговоре, открывании дверей) на выходе микрофона формируется переменное напряжение амплитудой несколько милливольт. Оно усиливается двухкаскадным усилителем переменного напряжения на ОУ DA1.1 и DA1.2, выпрямляется диодами VD9, VD10 и сглаживается конденсатором С16, выполняющим роль интегратора. Далее выпрямленное напряжение через резистор R29 поступает на вход одновибратора, выполненного на элементах DD2.1, DD2.2. Этот одновибратор формирует короткий положительный импульс, который инвертируясь элементом DD2.3, через диод VD7 быстро разряжает конденсатор C10 и перезапускает таймер. При этом начинается отсчёт нового временного интервала, длительность которого можно выбирать в пределах от 1 сек до 1 мин подстроечным резистором R17. Практическое значение имеет временной интервал длительностью от 15 сек до 1 мин, который устанавливают при окончательной настройке автомата. Срабатывание таймера индицируется зажиганием светодиода HL1. При этом время включения лампы накаливания в пределах десятых долей секунды устанавливают резистором R19 таким образом, чтобы оно было визуально заметно.

Конструкция и детали. Автомат собран на печатной плате из двустороннего фольгированного стеклотекстолита (рис.2) толщиной 1,5 мм из квадратной заготовки размерами 78 х 78 мм.

Рисунок печатной платы

Для установки в стандартную пластмассовую сетевую разветвительную коробку типа КЭМ5-10-7 в квадратной заготовке вырезаются уголки размерами 13x13мм. В автомате применены постоянные резисторы типа МЛТ-0,125, МЛТ-2 (R1…R4), МЛТ-0,5 (R6, R7), подстроечные — СП3-38б в горизонтальном исполнении, электролитические конденсаторы — типа К50-35 или аналогичные импортные, неполярные — К10-17. Четыре мощные двухваттные резистора R1…R4 можно заменить одним пятиваттным сопротивлением 18…22 кОм. Микрофон может быть типа CZN-15E, МКЭ-332, МКЭ-333, МКЭ-389-1 (используются в телефонии). На месте транзистора VT1 может работать импортный BC557C или отечественный КТ3107 с индексами «ГМ» или «ЕМ». Транзистор VT2 MJE13001 заменим на КТ538А. На месте VD2 должен работать стабилитрон обязательно с напряжением стабилизации 10В, например, BZX85C10, Д814В, КС510А, иначе потребуется подбор сопротивлений делителя R8-R9. Диоды VD4...VD8 — любые маломощные кремниевые из серий КД503, КД521, КД522. Диоды выпрямителя VD9, VD10 должны быть из серий Д2, Д9 или аналогичные маломощные, но обязательно германиевые. Диодный мост VD1 использован типа KBP210, интегральный стабилизатор — КР1181ЕН5А (78L05). На месте VS1 могут работать симисторы из серий ВТ137, ВТ138, ВТ139 с минимально допустимым напряжением не менее 400В. Светодиод желательно использовать сверхъяркий красного цвета свечения. В качестве теплоотвода используется сама печатная плата, в которой предусмотрено отверстие диаметром 3 мм для фиксации симистора. Все ИМС серии КР1564 (74HCxx) заменимы на соответствующие аналоги серии КР1554 (74ACxx).

Настройка автомата заключается в установке требуемой яркости с помощью резистора R13, времени нарастания яркости лампы от нуля до заданного значения — с помощью резистора R19, чувствительности усилителя — с помощью резистора R24, и времени выдержки таймера — с помощью резистора R17. При мощности лампы накаливания более 100 Вт симистор необходимо установить на небольшой дополнительный теплоотвод из алюминиевой пластины.

Отзывы и вопросы по усовершенствованию данного устройства читатели могут направлять в комментарии или через личные сообщения на сайте.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
DD1 МикросхемаКР1564ТЛ31 74HC132NПоиск в FivelВ блокнот
DD2 МикросхемаКР1564ТЛ21 74HC14NПоиск в FivelВ блокнот
DA1 Линейный регуляторКР1181ЕН5А1 78L05Поиск в FivelВ блокнот
DA2 Операционный усилитель
TL062
1 Поиск в FivelВ блокнот
VT1 Биполярный транзистор
КТ3107ЕМ
1 BC557CПоиск в FivelВ блокнот
VT2 ТранзисторКТ538А1 MJE13001Поиск в FivelВ блокнот
VS1 Симистор
BT138-800
1 Поиск в FivelВ блокнот
VD1 Диодный мост
KBP210G
1 Поиск в FivelВ блокнот
VD2 СтабилитронBZX55C101 Поиск в FivelВ блокнот
VD3 Выпрямительный диод
FR107
1 Поиск в FivelВ блокнот
VD4-VD8 Диод
КД522Б
5 Поиск в FivelВ блокнот
VD9, VD10 Диод
Д9Б
2 Поиск в FivelВ блокнот
HL1 Светодиод1 Поиск в FivelВ блокнот
С1 Электролитический конденсатор470 мкФ 16 В1 Поиск в FivelВ блокнот
С2, С16 Конденсатор0.22 мкФ2 Поиск в FivelВ блокнот
С3 Электролитический конденсатор470 мкФ 10 В1 Поиск в FivelВ блокнот
С4 Электролитический конденсатор220 мкФ 10 В1 Поиск в FivelВ блокнот
С5, С8 Конденсатор1000 пФ2 Поиск в FivelВ блокнот
С6, С10 Электролитический конденсатор100 мкФ 10 В2 Поиск в FivelВ блокнот
С7 Конденсатор0.047 мкФ1 Поиск в FivelВ блокнот
С9 Конденсатор0.022 мкФ1 Поиск в FivelВ блокнот
С11, С13 Конденсатор0.1 мкФ2 Поиск в FivelВ блокнот
С12, С14, С15 Конденсатор2.2 мкФ3 Поиск в FivelВ блокнот
R1-R4 Резистор
22 кОм
4 2 ВтПоиск в FivelВ блокнот
R5 Резистор
220 Ом
1 Поиск в FivelВ блокнот
R6 Резистор
1 кОм
1 0.5 ВтПоиск в FivelВ блокнот
R7 Резистор
3.3 кОм
1 0.5 ВтПоиск в FivelВ блокнот
R8, R9, R27 Резистор
10 кОм
3 Поиск в FivelВ блокнот
R10, R14, R21, R22, R25, R26 Резистор
22 кОм
6 Поиск в FivelВ блокнот
R11, R12, R16 Резистор
200 кОм
3 Поиск в FivelВ блокнот
R13, R17, R24 Подстроечный резистор470 кОм3 Поиск в FivelВ блокнот
R15 Резистор
2.2 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
R18, R23 Резистор
4.7 кОм
2 Поиск в FivelВ блокнот
R19 Подстроечный резистор100 кОм1 Поиск в FivelВ блокнот
R20 Резистор
12 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
R28 Резистор
1 МОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
R29, R30 Резистор
100 кОм
2 Поиск в FivelВ блокнот
М1 Микрофон1 Поиск в FivelВ блокнот
EL1 Лампочка220 В1 Поиск в FivelВ блокнот
FU1 Предохранитель1 А1 Поиск в FivelВ блокнот
XN1-XN4 Клемный зажим4 Поиск в FivelВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Теги:

Опубликована: 0 0
Я собрал 0 3
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 4.5 Проголосовало: 3 чел.

Комментарии (25) | Я собрал (0) | Подписаться

0
sergej_shaggy #
Хорошая схема, хорошее исполнение, хорошее описание. Только мне интересно - схема у Вас точно работает в закрытой разветвительной коробке? Одних только мощных резисторов на 10 Ватт, плюс симистор греется. Даже если и поставить его на радиатор, теплу то все-равно деваться некуда.
Ответить
0

[Автор]
A_Odinets #
Вы явно преувеличиваете насчёт 10 Ватт рассеиваемой мощности резисторами. Простой расчёт показывает, что суммарная рассеиваемая мощность не превышает 2 Ватт одновременно четырьмя двухваттными резисторами (R1…R4). Поэтому и выбрано такое включение резисторов для снижения нагрева. Температура корпуса симистора при мощности лампы накаливания 100 Вт не превышает 30 градусов. (В качестве теплоотвода используется сама печатная плата.) Кстати, в корпусе стандартной пластмассовой разветвительной коробки типа КЭМ-5-10-7 также есть отверстия (по умолчанию закрытые заглушками), предназначенные для монтажных проводов. Заглушки можно не устанавливать для улучшения температурного режима.
Ответить
0
Kampfkatze #
"они либо сложны схемотехнически" - а у Вас, стало быть - просто?!
На своей лестничной площадке меняю лампы - не без этого, но их смешная цена и интервал замены даже близко не дотянет до стоимости и затраченного времени на сборку Вашей схемы. Если проезд на автобусе в провинции в один конец стоит дешевле лампы накаливания, стоит-ли так издеваться над собою?
За схемотехнику плюс, исключая Д9Б - Вы уж простите, но Ge - чересчур...
P.S. И потом, если хорошему человеку чертовски приспичит в подъезде - одной минуты может оказаться мало. Во избежание травм он будет вынужден нецензурно кричать, дабы не остаться без освещения. Жильцов жалко... Хотя, лампа снова засветит?
Ответить
0

[Автор]
A_Odinets #
Зачем же кричать в подъезде? Да ещё и нецензурно? Благодаря микрофонному усилителю на ОУ автомат обладает очень высокой чувствительностью и срабатывает на звуки шагов на лестнице и поворот ключа в замочной скважине. А если серьезно, то здесь исключительно ваше право и ваш выбор, потратить пару вечеров на сборку автомата или менять лампу накаливания с регулярной периодичностью. По крайней мере, за два года эксплуатации базового варианта данного автомата не было ни одной замены лампы накаливания! А если вас не устраивает “Ge Д9Б”, то поставьте ОУ с диапазоном выходного сигнала “Rail-to-Rail” тогда в выпрямителе запросто можно применить и кремниевые диоды.
Ответить
0
Smelter2 #
Можно подать напряжение смещения (+1 резистор) и использовать кремниевые диоды, при этом чувствительность даже повысится.
Ответить
0

[Автор]
A_Odinets #
Дело не в чувствительности, а в диапазоне выходного сигнала указанного операционного усилителя. Чувствительность автомата и так очень высокая, - её приходится даже уменьшать резистором R24. Чтобы обеспечить срабатывание триггера Шмитта (DD2.1) необходимо управляющее напряжение с выхода выпрямителя не менее 2,7В (2,5В – половина питающего напряжения – плюс 0,2В – половина напряжения гистерезиса 400 мВ). А дополнительный резистор для смещения только приведёт к возрастанию потребляемого тока. Поэтому для включения любых кремниевых диодов достаточно ОУ с диапазоном выходного сигнала “Rail-to-Rail”.
Ответить
0
Smelter2 #
Народу не нравятся слишком кошерные комплектующие. Должно быть lm358 + in400x
Ответить
0

[Автор]
A_Odinets #
Подобный редизайн приведёт к увеличению потребляемого тока, а значит и нагрузки на стабилизатор.
Отредактирован 13.08.2015 01:21
Ответить
0
Smelter2 #
Кстати, я не понял: на ОУ падение 0.7В, на диоде VD10 0.1В = 4.2 В и делим пополам на R29-R30 итого 2.1В, 2.7 В не получается. Снова кстати, зачем делитель на выходе ОУ?
Отредактирован 12.08.2015 23:47
Ответить
0

[Автор]
A_Odinets #
А где Вы видите делитель между выходом ОУ DA2.2 и входом триггера Шмитта DD2.1? Вы, что, сигнал со входа триггера Шмитта снимаете и подаёте на выход ОУ? Надеюсь, понятно объяснил?
Ответить
0
Smelter2 #
Да, это я чё-то "не туда смотрю"
А убрать стабилизатор + КПОМ серию применить?
Ответить
0

[Автор]
A_Odinets #
Ваше предложение "убрать стабилизатор" - вообще ни в какие ворота не лезет! А 1564 серия - это тот же КМОП, только с бОльшим быстродействием и нагрузочной способностью!
Ответить
0
Smelter2 #
Странный этот КМОП - смесь бульдога с носорогом. Применить "нормальный" КМОП и одного VD2 хватит, зачем тут быстродействие. И нагрузка в вашей схеме вполне вписывается... в 8 мА (в схеме 2.2 мА максимум)
Ответить
0

[Автор]
A_Odinets #
1564 - это и есть самый нормальный КМОП, а не то что Вы сказали. А без стабилизатора будет слишком большой уровень пульсаций, поэтому "убирать" стабилизатор крайне невыгодно!
Ответить
0
Smelter2 #
Ну хорошо, что хоть КР, а не 1564 в позолоченных корпусах. А то у меня началось складываться впечатление, что схема на прямой ядерный удар рассчитывалась :-)
Ответить
0
Владимир_Чита #
А скажите на какой программе делали расчёты и проектирование?
Просто интересно. Хочу такое же устройство собрать. Но расчёты произвести на разных программах.
Ответить
0

[Автор]
A_Odinets #
Моделирование производилось в системе Mentor Graphics. Также следует заметить, что основные параметры устройства можно оперативно регулировать с помощью четырёх подстроечных резисторов.
Ответить
0
Smelter2 #
А почему ток гасится резисторами, а не конденсатором? Тогда бы проблемы отвода тепла небыло. В целом за схему - уважение и похвала автору!
Ответить
0

[Автор]
A_Odinets #
Выбор балластных резисторов обусловлен их бесшумной работой, по сравнению с балластным конденсатором. В случае конденсатора для достижения очень высокой чувствительности необходим режекторный фильтр на дополнительном ОУ, что приведёт к усложнению схемы. Мощность рассеиваемая резисторами в сумме не превышает 2 Ватт.
Ответить
0
Smelter2 #
Хм... ладно керамика может звенеть, а плёнка чем плоха? Ну для "контрольного в голову" фильтр ВЧ поставить на выходе ОУ, это +2 элемента, и добавится 2 элемента с гасящим конденсатором. Четыре резистора уйдёт и четыре элемента добавится, количественно ничего не меняется, но тепловыделение уменьшится.
Ответить
0

[Автор]
A_Odinets #
Вы путаете ФВЧ с режекторным фильтром! Фильтр ВЧ на выходе ОУ не поможет! В случае конденсатора нужно подавлять звон в узком диапазоне частот. А это возможно только с помощью РЕЖЕКТОРНОГО фильтра. Ещё раз повторюсь: тепловыделение на самом деле невелико. При указанных номиналах R1…R4 рассеиваемая мощность не превышает 2 Ватт.
Отредактирован 03.08.2015 13:30
Ответить
0
Smelter2 #
Изучил вопрос, да, плёнка тоже шуршит (разрыв шаблонов). Схема идеальна, автор не реально крут
Ответить
0
Юрий1947 #
Нормальная схема, даже отличная. Поставил 5 баллов.
Ответить
0
Владимир_Чита #
Вот ещё вопрос. Какой уровень шума в децибелах включает лампу? Это как-то регулируется?
Ответить
0

[Автор]
A_Odinets #
Чувствительность автомата составляет не менее 35 дБ (тихий разговор, звуки шагов). Оперативная подстройка чувствительности в широких пределах производится подстроечным резистором R24.
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется электрическое сопротивление?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Радиореле 220В
Радиореле 220В
FM-модуль RDA5807M Модуль радиореле на 4 канала
вверх