Фотореле с нестандартным алгоритмом

Аннотация. В статье рассмотрен вариант фотореле, полностью исключающий ложные срабатывания, и позволяющий разместить фотодатчик в непосредственной близости от лампы накаливания.

Общие сведения. Классическое фотореле обеспечивает автоматическое управление лампой накаливания: включение лампы при уменьшении уровня естественного освещения и выключение при его возрастании свыше определённого уровня. Существенным недостатком таких автоматов являются ложные срабатывания при засветке фотодатчика светом фар или блеске молнии. Кроме того, на фотодатчик не должно попадать излучение лампы накаливания, что требует дополнительной проводки для оптической изоляции фотодатчика.

Обзор литературных источников показал, что попытки устранить первый из вышеназванных недостатков приводят к значительному усложнению схемотехнической части устройства, в то время как, вопрос оптической изоляции фотодатчика от засветки лампой накаливания до настоящего времени не был решён ни в одной из конструкций и остаётся актуальным.

Предлагаемый вариант фотореле свободен от перечисленных недостатков. Ложные срабатывания от случайных засветок полностью исключены, а фотодатчик размещается в корпусе светильника и не боится прямой засветки лампой накаливания.

Обеспечить данные функциональные преимущества по сравнению с другими конструкциями стало возможным благодаря введению интервала опознавания состояния фотодатчика, длительностью в десятые доли секунды, при длительности паузы около 30 минут. Визуально работа фотореле в тёмное время суток выглядит как кратковременное выключение лампы на десятые доли секунды по прошествии интервала отсчёта, который может быть выбран в диапазоне от 15 минут до 1 часа. Подобные выключения практически незаметны и могут быть расценены сторонним наблюдателем (случайным прохожим) как провалы напряжения в питающей сети.

Принцип работы. Схема электрическая принципиальная устройства показана на рис.1.

В светлое время суток фотодиод VD1 освещён и сопротивление его перехода относительно невелико. Поэтому на входы логического элемента DD1.1 поступает напряжение выше порогового, соответствующее уровню лог.«1». При этом триггер Шмитта, собранный на элементах DD1.1-DD1.2, находится в единичном состоянии.

При первом включении автомата сетевым тумблером (на схеме не показан) таймер на ИМС DD2 запускается независимо от состояния фотодатчика и отрабатывает заданную выдержку времени 30 минут, в течение которой светится лампа накаливания. Если по прошествии указанной выдержки времени уровень естественной освещенности окажется достаточно высоким, к примеру, если фотореле включили слишком рано, то триггер Шмитта останется в исходном единичном состоянии и не переключится. Одновибратор, собранный на элементах DD1.3-DD1.4, также останется в исходном состоянии и перезапуска таймера на ИМС DD2 пока не произойдёт. На выходе ИМС DD2 с открытым стоком (вывод 9) будет присутствовать уровень лог.«0», транзистор VT1 и симистор VS1 будут закрыты, а лампа накаливания обесточена.

При уменьшении уровня освещённости сопротивление перехода фотодиода VD1 начинает возрастать и в какой-то момент напряжение на входах логического элемента DD1.1 достигнет порога его переключения. Триггер Шмитта переключится лавинообразно в нулевое состояние, на выходе элемента DD1.2 сформируется отрицательный перепад напряжения, который приведёт к запуску одновибратора. Короткий положительный импульс с выхода дифференцирующей цепочки C2-R3 приведёт к перезапуску таймера на ИМС DD2. На выходе с открытым стоком (вывод 9), благодаря резистору R6, сформируется напряжение около 0,7 В, достаточное для открывания транзистора VT1. Вслед за ним откроется и симистор VS1, что приведёт к зажиганию лампы накаливания.

По прошествии интервала отсчёта (около 30 минут) таймер остановится, транзистор VT1 и симистор VS1 будут закрыты, а лампа обесточена. Если уровень освещённости окажется всё ёщё недостаточно высоким, то при выключении лампы и затемнении фотодиода VD1 вновь переключится триггер Шмитта, который запустит одновибратор, а вслед за ним перезапустится и таймер на ИМС DD2. Таким образом, лампа кратковременно погаснет и опять загорится на 30 минут. Так будет продолжаться до тех пор, пока в момент завершения отсчёта очередного временного интервала таймера уровень освещённости не окажется достаточно высоким. В таком случае, при выключении лампы триггер Шмитта и одновибратор останутся в исходных состояниях, а перезапуска таймера не произойдёт.

В таком состоянии фотореле будет находиться до тех пор, пока уровень естественного освещения не снизится до порогового значения, либо сетевой тумблер не выключат, а затем опять не включат.

Конструкция и детали. Фотореле собрано на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм из квадратной заготовки размерами 65x65 мм. От неё впоследствии отрезаются уголки как показано на рис.2.

Можно использовать круглую заготовку диаметром 70 мм. Готовое в сборе фотореле устанавливают в стандартную сетевую разветвительную коробку желательно белого цвета, с достаточно прозрачной крышкой для освещения фотодиода. Если белой коробки в распоряжении не окажется, то можно использовать и чёрную, если предусмотреть в крышке отверстие для фотодиода.

В устройстве использованы постоянные резисторы типа МЛТ-0,125, конденсаторы неполярные типа К10-17, К73-17 (С6) на напряжение не менее 400 В, электролитические (С4, С5) типа К50-35 или импортные, интегральный стабилизатор — типа КР142ЕН5А. ИМС DD1 типа КР1564ТЛ3 (74HC132N) заменима на КР1554ТЛ3 (74AC132N). ИМС таймера DD2 применена типа КР512ПС10. Транзистор VT1 может быть любым из серии КТ503 или аналогичный маломощный структуры n-p-n из серий КТ315, КТ3102. Стабилитрон VD2 — маломощный может быть с напряжением стабилизации 8…12В, желательно в металлическом корпусе для лучшего охлаждения. Диоды VD3, VD4 — с минимальным рабочим напряжением не менее 400В и током не менее 1А. Симистор VS1 может быть из серий BT137, BT138, BT139 с рабочим напряжением не менее 400В — его необходимо установить на небольшой теплоотвод из алюминиевой пластины площадью на менее 10 см2.

Настройку фотореле производят в сервисном режиме. Для этого устанавливают перемычку «P1», подключают лампу и подают питающее напряжение. Свет лампы должен попадать непосредственно на фотодиод. Подбором элементов С3 и R5 (при установленной перемычке) добиваются кратковременного погасания (мигания) лампы с частотой около 1 Гц (период 1 сек). Подбором резистора R1 при необходимости задают необходимый порог чувствительности. Работу фотореле проверяют, имитируя естественное освещение, к примеру, с помощью дополнительной лампы накаливания. Если лампа мигает при отсутствии внешней засветки и перестаёт мигать при её появлении, то перемычку «P1» можно исключить из устройства. Фотореле готово к работе.

Отзывы и вопросы по работе устройства читатели могут направлять на адрес электронной почты автора E-mail: A_Odinets@tut.by

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Освещение