Автоматический блок управления электрокоптильней

Заказал как-то хороший знакомый собрать блок управления для электрокоптильни. Это та, в которой после заполнения камеры дымом, на развешенные рыбу, мясо или сало подаётся высокое напряжение, и дым в этот момент к ним притягивается, что намного ускоряет процесс копчения. Заказчик сказал, что коптильня с рождения не имеет никакой автоматики, поэтому приходится всё время находиться возле неё, контролировать уровень задымления и самому нажимать кнопку подачи напряжения. Неудобно… Надо бы это дело автоматизировать…

Посидев и обсудив, определились с условиями задачи:

А) В схему коптильни вмешиваться не надо – блок управления должен просто дублировать нажатие кнопки. Значит, на выходе блока надо поставить реле и вывести от его контактной пары два провода, которые заказчик самостоятельно прикрутит к контактам кнопки.

Б) Устройство должно быть простым в установке. Грешным делом, у меня сначала мысль пошла по пути «… поставить в камеру инфракрасные датчики, контролирующие задымлённость…», но заказчик сказал что «…нечего выделываться… кто будет провода тянуть, датчики по утрам спиртом протирать?.. зачем это надо?.. сам генератор дыма работает как часы – не надо его контролировать…» и так далее… В общем, уговорил, решили, что будет достаточно того, чтоб устройство замыкало контакты на 10-15 секунд через каждые 1-2 минуты.

В) Весь блок должен находиться в отдельном корпусе и запитываться от сети 220 В.

Взявшись за схемотехнику, сначала хотел выполнить логическую часть на микроконтроллере AVR, но потом подумал, что уже очень давно ничего не программировал – это надо будет опять бумагами обкладываться, сидеть, как проклятый, вспоминать ассемблер.., это два-три дня потрачу на написание и отладку, а потом ещё программировать, а программатор тоже неизвестно где лежит… И на кой ляд это надо, если у меня ещё со спектрумовских времён микросхемы коробками валяются?.. Порылся, нашёл 561 серию. О! Это же вообще подарок для конструктора! Генераторы на низкие частоты собираются элементарно, потребление мизерное, напряжение питания варьируется в больших пределах - можно и для логики и для реле сделать одно общее питание 12…15 В и никаких радиаторов крепить на КРЕН-ку не надо – максимальный ток будет протекать через обмотку реле. Плату рисовать и травить не стал, а простым «дедовским» способом вырезал «макетку» на обрезке фольгированного текстолита, детали напаял навесным монтажом, а все соединения выполнил проводом МГТФ. Схема заработала сразу, только понадобилось подобрать номиналы деталей в генераторе и выбрать коэффициенты деления счётчиков, подходящие под нужные временнЫе интервалы.

Грубо говоря, если не считать детали, относящиеся к блоку питания, на всю схему управления понадобилось три корпуса микросхем, два транзистора, несколько резисторов и конденсаторов и одно реле. Начинается схема (рис.1), конечно, с генератора прямоугольных импульсов, собранного на микросхеме DD1 К561ЛА7. Частота их следования задаётся резистором R1 и конденсатором C2. При указанных номиналах получаем около 6,25 Гц.

Рис.1

Далее импульсы поступают на тактовый вход С двоичного делителя DD2 К561ИЕ10 состоящего из двух последовательно включенных элементов DD2.1 и DD2.2. Очень «удобная» микросхема – позволяет поделить входную частоту на 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256. В данном случае сигнал берётся с выхода, где частота генератора поделена в 64 раза. На конденсаторе С3 и резисторе R3 собрана цепь сброса (Reset), которая при включении питания устанавливает счётчики DD2 и DD3 в начальное «нулевое» положение (низкие уровни на всех выходах Q). Входа Е и Е(инверсное) обоих счётчиков – входа разрешения счёта. При подаче на них уровней, противоположных указанным, счёт прекращается.

Для наглядности приведу несколько диаграмм. Сначала, на рис.2, показана работа микросхемы DD2. Верхний график – импульсы, приходящие с генератора на тактовый вход (1 ножка), нижний – выходной сигнал с 12 ножки DD2. Если посчитать, то видно, что на 1 период нижнего графика приходится 64 периода с верхнего графика.

Рис.2

На рис.3 приведена диаграмма работа микросхемы DD3 К561ИЕ8. Здесь временнАя сетка (ось абсцисс) уже другая. Верхний график - сигналы на тактовом входе (14 ножка) – это то, что приходит с DD2, а нижний график – сигналы на выходе счётчика (11 ножка).

Рис.3

Этими импульсами (с длительностью «единичного» состояния около десяти секунд) управляется транзистор VT1 (см. рис.1), который включает реле К1, контактная группа которого имитирует нажатие кнопки подачи напряжения питания на высоковольтный блок электрокоптильни. Резистор R5 ограничивает ток базы транзистора. Диод VD1, подключенный параллельно обмотке К1 защищает VT1 от пробоя импульсом, возникающим в обмотке при закрывании транзистора.

На элементах VT2 и HL1 собрана схема индикации режима «реле включено». Светодиод используется двухцветный – одна его часть, красная, HL1.2, горит постоянно и говорит о наличии питания схемы, а вторая, зелёная, HL1.1, загорается одновременно со срабатыванием реле, суммарный цвет светодиода в это время становится жёлтым и сигнализирует о том, что реле включено. Можно, конечно, использовать и два раздельных светодиода – тогда HL1.1 будет просто загораться синхронно со срабатыванием реле.

Питание схемы трансформаторное с мостовым диодным выпрямителем VDS1 КЦ402. Эта диодная сборка удобна тем, что имеет крепёжное отверстие в средине корпуса, через которое и крепится винтом М3 к диэлектрической пластине (фальшпанели), вырезанной из куска стеновой МДФ-панели. Конденсатор С7 подпаян прямо к ножкам выпрямителя (перед окончательной сборкой был зафиксирован термоклеем). Микросхема-стабилизатор LM7812 тоже крепится винтом к фальшпанели, а конденсаторы С5, С6 и С4 так же подпаиваются к ножкам микросхемы. Плата с микросхемами и все остальные крупные компоненты устройства тоже прикручены винтами М3 к фальшпанели, которая затем вставляется в корпус. На рис.4 показан вид со стороны монтажа деталей в процессе отладки.

Рис.4

И вид с лицевой стороны на рис.5.

Рис.5

Теперь более конкретно по деталям, их замене и конструктивному исполнению.

Конденсатор С2 лучше взять плёночный импортный или отечественный. Одно из главных требований к нему - должен быть небольшой температурный коэффициент ёмкости. Можно применить три, включенных параллельно (0,47 мкф+0,47 мкф+0,056 мкф), полистирольных пленочных конденсатор типа CL11. Внешний вид их - как на рис.6.

Рис.6
 
 
Микросхему DD1 в генераторе можно заменить без переделки схемы на другую, не менее распространённую, К561ЛЕ5. Или на микросхемы К561ЛА9, К561ЛЕ10, К561ЛН1, К561ЛН2 но уже с переделкой схемы [1]. Элемент DD1.4 микросхемы свободен, но при желании, можно поставить его после DD1.3. Или использовать для индикации режима включения реле, удалив VT2 КТ3102 и собрав этот узел на этом элементе [1].

Счётчик DD2 К561ИЕ10 можно заменить на счетчик-делитель на 16, например, К561ИЕ11 или К561ИЕ14, но надо одновременно с этим увеличить номиналы R1 и C2 так, чтоб частота генератора уменьшилась в четыре раза. Такая замена возможна только с переделкой схемы, так как между этими микросхемами есть большие отличия [1].

Десятичный счётчик-делитель DD3 К561ИЕ8 заменЯем без серьёзной переделки на счётчик-делитель на 8 К561ИЕ9. По управляющим ножкам они совпадают, только у микросхемы К561ИЕ9 не используются выходные ножки 6 и 9, и, так как она является делителем на 8, то немного изменятся временные интервалы работы устройства – пауза между включениями реле, скорее всего, будет не 90, а 70 секунд [1]. Если этот параметр критичен, то увеличить его до нужной длительности можно увеличением номинала R1 или C2, но при этом немного увеличится время нахождения контактов реле в замкнутом состоянии (до 11-13 секунд).

Все микросхемы припаяны к макетной плате навесным монтажом, к их ножкам питания подпаяны керамические конденсаторы ёмкостью по 0,1 мкФ. Счётчик DD3 припаян ножками питания (8-ой и 16-ой) поверх DD2 «бутербродом», остальные ножки DD3 слегка отогнуты так, чтоб не прикасались к DD2. Все соединения выполнены проводом МГТФ 0,35 мм. Резисторы R2 и R4 были установлены в процессе наладки схемы и так и остались в ней. Они здесь не мешают, а скорее даже помогают, уменьшая большое входное сопротивление микросхем и, тем самым, улучшая их помехоустойчивость к внешним наводкам (близкая гроза, электросварка).

Макетная плата из одностороннего фольгированного текстолита имеет размеры 50х90 мм. Размеры нарезанных дорожек фольги и примерное расположение основных деталей приведены на рис.7. Конечно, всё это можно переделать по своему усмотрению и более капитально, но с некоторых пор я разлюбил сверловку и другие долгие подготовительные процессы – изготовление же именно такой платы, монтаж деталей и настройка схемы заняли всего около трёх часов – это гораздо меньше времени, потраченного на написание этой статьи.

Рис.7

Транзистор VT1 КТ972 можно заменить на любой другой, n-p-n проводимости, подходящий по коллекторному току (более 100 мА) и с достаточно большим коэффициентом передачи тока (лучше более 100). Можно поставить составной из КТ315+КТ815 или КТ3102+КТ815. Теоретически, если ток через обмотку реле К1 не превышает 50 мА, то можно обойтись и одним КТ3102, но всё же лучше перестраховаться.

Реле использовано импортное, на рабочее напряжение 12 вольт, на корпусе имеет маркировку OMI-SS-112L, 10А 250VAC/30VDC. Выпаяно с платы старого 17-ти дюймового монитора. Можно было бы использовать реле попроще и послабее, но здесь лучше не экономить. Реле лежит на фальшпанели боком и прикреплено к ней скобой из жести.

Диод D1 – любой маломощный, рассчитанный на напряжение более 50 В (КД521, КД105, 1N4001...1N4007 и другой подобный).

Транзистор VT2 КТ3102 – любой слаботочный такой же проводимости (КТ315, КТ342 и др.). Этот транзистор работает в качестве эмиттерного повторителя и ток через него и, соответственно, через светодиод HL1.1 ограничен сопротивлением R7 на уровне 12-15 мА.

Светодиоды HL1 – марки L-59. Можно использовать любые другие, двухцветные или одиночные, импортные и отечественные с максимальным прямым током 20-30 мА.

Микросхему-стабилизатор напряжения LM7812 можно заменить на отечественную КР142ЕН8Б, КР142ЕН8Д [2] или на любую другую двенадцативольтовую с выходным током 1 А и более. Можно собрать стабилизатор на «рассыпухе» - главное получить нужное напряжение и обеспечить нужный ток. Радиатор для микросхемы не нужен, но чтоб перестраховаться, подложите под неё кусочек медной или алюминиевой пластины размером 20х20 мм.

Диодный мост должен выдерживать ток более 300-500 мА (самый большой бросок тока будет в нём в момент включения питания 220 В - пока не зарядятся электролитические конденсаторы С7 и С4, но бросок этот кратковременный и поэтому не опасен для диодов). Здесь можно использовать как готовые сборки КЦ402 (удобна тем, что в ней есть крепёжное отверстие) или КЦ405, так и простые одиночные диоды, начиная с отечественных КД105 – выбор очень велик.

Электролитические конденсаторы – любого типа и ёмкостью, от 1000 мкФ и более. Конденсатор С4 должен быть рассчитан на рабочее напряжение не менее 16 В, С7 – не менее 25 В.

Трансформатор мощностью от 10 Вт с напряжением на вторичной обмотке от 11 до 17 В. Если вторичка выдаёт меньше (6…10 В), то придётся собирать выпрямитель с удвоением выходного напряжения (рис.8). Под этот случай попадают почти все трансформаторы от старых игровых приставок «Денди». Конденсаторы в такой схеме используются на напряжение не менее 16 В.

Рис.8

Сетевой переключатель S1 – любого типа, например, B100G, рассчитанный на 250В и 3А.

Все входящие в корпус провода (марки ШВВП 2х0,5) заведены через отверстия в задней стенке. Предохранитель на ток 250-500 мА, в держателе ДПБ, установлен на П-образной жестяной скобе на фальшпанели и, так же как трансформатор, прикручен к ней винтами М3. Фальшпанель имеет толщину 5-6 мм и размеры по боковым сторонам 86х180 мм. Она после окончательной настройки схемы вклеивается в корпус устройства размером 200х100х65 мм, склеенный эпоксидным клеем ЭДП из остатков всё той же МДФ стеновой панели. В качестве фальшпанели можно использовать кусок плоской дверной опанелки МДФ – у неё толщина 10 мм и к ней удобнее крепить всё саморезами, а не винтами. Для корпуса лучше было бы использовать жестяной строительный профиль на 100 мм, но у меня как-то с жестью «не срослось» и получилось то, что получилось. Все детали из МДФ перед окончательной сборкой и склейкой лучше очистить от декоративной бумаги и ошкурить, а после склейки и шлифовки корпуса пропитать (кисточкой или тампоном) клеем ЭДП, разведенным ацетоном до густоты подсолнечного масла. МДФ от этого станет прочнее и перестанет впитывать влагу. После высыхания корпус нужно ещё раз отшлифовать мелкой наждачной шкуркой и покрасить.

Уже в конце сборки в голову закралась мысль о том, что всю схему можно было сделать на одном генераторе с изменённой скважностью, собранном на микросхеме К561ЛА7, но проверять уже не стал и оставил всё как есть.

Если что не понятно, пишите на адрес sibmon@yandex.ru. Постараюсь с ответом не затягивать, но оперативности не гарантирую – в сети бываю редко.

В конце хочется поблагодарить Эдуарда Балимова за помощь в фотографировании.

Литература:
1. Шило В.Л. «Популярные цифровые микросхемы», 1987.
2. Новаченко И.В. и др. «Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры», 1989.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}