Фотореле с таймером на логике

Обычный сумеречный выключатель, представляющий собой фотореле, включает свет с наступлением темноты и выключает его утром. Таким образом свет горит всю ночь. Это не всегда имеет смысл, т.к. зачастую нужно чтобы свет горел только например 3 часа после наступления темноты, а остальную часть ночи был выключен. В этом случае нужен не просто сумеречный выключатель, а сумеречный выключатель с таймером, ограничивающий продолжительность ночного освещения.

Установка времени работы таймера задаётся в двоичном коде, с помощью 12 DIP- переключателей, замкнутый переключатель означает лог.1 разомкнутый лог.0. Что позволяет установить практически любое значение от 0 до 4095. Недостаток такой установки времени в том, что он требует знания двоичной системы счисления, поэтому он может быть удобен только для радиолюбителей, или инженеров-электронщиков, но не для простых людей.

С вывода 10 микросхемы DD2 идут импульсы с периодом 1 минуту, с вывода 4 периодом в 1 секунду.

Меняя положение перемычки S1, можно выбирать время отсчета - в секундах или минутах.

Применение трансформаторной схемы источника питания и электромагнитного реле, обеспечивает гальваническую развязку схемы от сети. И ещё, благодаря тому что реле может коммутировать нагрузку любого характера, обеспечивается универсальность.

Технические характеристики

• Напряжение сети: 220-230 В
• Частота сети: 50-60 Гц
• Ток потребления:
  - 7,5 мА в режиме ожидания.
  - 8 мА в активном режиме.
• Время работы:
  - минимальное - 1 секунда.
  - максимальное - 69 часов.
• Максимальная коммутируемая мощность: 240 Вт.

Описание схемы электрической принципиальной

Основу схемы составляет часовая микросхема К176ИЕ12 и двенадцати-разрядный двоичный счётчик К561ИЕ20(СD4040BE).

Можно также применить вместо К561ИЕ20 микросхему К561ИЕ16, без изменения монтажа печатной платы. В этом случае максимальное время работы таймера увеличится до 11 суток! Однако обратите внимание, что ИЕ16 отличается цоколёвкой выходов, и это следует учитывать при установке двоичного кода DIP-переключателями SA1-SA12.

На логических элементах DD1.1,DD1.2 собран триггер Шмитта, обеспечивающий гистерезис напряжения, снимаемого с движка подстроечного резистора R1, создавая тем самым на выходе логического элемента DD1.2 мгновенные переключения логических уровней, при переходе свет/тень.

На элементах DD1.3,DD1.4 собран RS-триггер, управляющий через транзисторный ключ VT2 электромагнитным реле К1.

Также этот триггер запускает таймер.

Кнопка SB1-служит для запуска таймера, диод VD2 - служит для согласования этой кнопки с каскадом на транзисторе VT1, SB2- служит для сброса. Проще говоря, этими кнопками можно включать и выключать нагрузку на контактах реле К1.1.

Теперь рассмотрим как это всё работает, с наступлением рассвета и сумерек.

Когда светло, сопротивление фоторезистора R2 относительно мало(около 1мОм), на выводе 4 DD1.2 (выход триггера Шмитта) логическая 1.  Транзистор VT1 открыт, на выводе 8 DD1.3 логический 0, на выводе 9 и 5 логическая 1, на выводе 10 DD3 логический 0, на выводе 11 DD1.4 логический 0, транзистор VT2 закрыт, реле выключено. Светодиод HL1 горит красным светом.

Как только становится темно, сопротивление фоторезистора R2 возрастёт свыше 20мОм, ток через R1 уменьшится, уменьшится и падение напряжения на нём, на выводе 4 DD1.2 (выход триггера Шмитта) появится логический 0. Это вызовет перезарядку конденсатора С2 через резистор R6, в результате чего на к-э VT1 формируется короткий импульс положительной полярности, который через диод VD2 поступает на вывод 8 DD1.3 устанавливая на вывод 10 DD1.3 логический 0. При этом на выводе 11 DD1.4 появится логическая 1, которая через резистор R16 поступит на базу транзистора VT2, при этом он откроется, реле включится. Светодиод НL1 загорится зелёным светом. Логический 0 с вывода 10 DD1.3 поступает на выводы 9 и 5 микросхемы DD2, в результате чего она начинает вырабатывать импульсы: на выводе 4 - с периодом 1 сек., на выводе 10 - с периодом в 1 минуту, соответственно.

Эти импульсы поступают на вход счётчика DD3 (вывод 10).

Как только счетчик DD3 досчитает до числа, установленного DIP-переключателями SA1-SA12. Все диоды, из числа VD5-VD16 соединённые с замкнутыми DIP-переключателями SA1-SA12, закроются. Тогда через открытый диод VD4 пройдёт ток, который вызовет падение напряжения на резисторе R14, соответствующее логической1, тогда на выводе 11 DD3(Reset/Сброс) и выводе 13 DD1.4 появится логическая 1, произойдёт сброс счётчика и RS-триггера, на выводе 11 DD1.4 появится логический 0, транзистор VT2 закроется, реле выключится.

На рассвете, сопротивление R2 снова уменьшится, что вызовет увеличение падения напряжения на сопротивлении R1, что приведёт к появлению на выводе 4 DD1.2 логической 1. Транзистор VT1 при этом остаётся открытым, и никакого импульса не создаст, на выводе 8 DD1.3 будет по прежнему логический 0. Таким образом триггер сохраняет своё устойчивое состояние, до наступления следующих сумерек.

Цепь VD3,VD4,R14 выполняет логическую функцию ИЛИ, т.к. необходимо обнулять триггер и счётчик при первом включении цепочкой C8,R13, так и самим счётчиком, после подсчёта им определённого числа импульсов.

Конденсатор С1 предназначен на тот случай если вдруг электроэнергия отключится, а потом появится в тёмное время суток, чтобы после этого таймер запустился. Без этого конденсатора, сопротивление фоторезистора R2 при этом будет велико, логический уровень на входе триггера Шмитта не изменится там будет логический 0, логическое состояние триггера DD1.3,DD1.4 не изменится, т.е. на выводе 10 DD1.3 будет присутствовать логическая1, на выводе 11 DD1.4 логический 0, поскольку время обнуления при включении питания длится дольше длительности импульса с коллектора VT1.

Таким образом, таймер запустится только по прошествии дня, и до наступления следующих сумерек.

Если же применить конденсатор С1, то по мере зарядки, его реактивное сопротивление сначала мало, затем становится бесконечно велико, в результате на выходе DD1.2 формируется импульс, вызывающий перезаряд конденсатора С2, который формирует короткий импульс на коллекторе VT1. Таймер запускается.

Установка этого конденсатора зависит от того, нужен ли вам запуск таймера после подачи на него электропитания в тёмное время суток, или нет.

Источник питания

Предохранитель FU1 и варистор RU1, образуют защиту от повышенного напряжения сети, если оно повысится, то предохранитель перегорает. Термо-предохранитель Ft1 конструктивно располагается в непосредственной близости от трансформатора Т1, в случае его чрезмерного перегрева он должен перегореть. Напряжение ~12В поступает на диодный мост VD1, после него 15В постоянного тока поступает на интегральный стабилизатор DA1, с него уже идёт стабилизированное напряжение 12В, для питания всех узлов данной схемы.

Настройка

Настройка заключается в установке подстроечным резистором R1 порога срабатывания таймера, при достижении определённого уровня засветки фоторезистора R2.

Конструкция

Устройство собрано на печатной плате и одностороннего фольгированного стеклотекстолита, размерами 1,5х85х95 мм.

Плата размещена в пластиковом корпусе от авто-сигнализации Pantera XS110, размерами 28х98х103 мм. Размеры печатной платы подгонялись именно под этот корпус. В корпусе проделаны отверстия под кнопки и светодиод, а также трансформатор, так как он немного не убирался.

На лицевой панели расположены кнопки SB1 (красная), SB2 (чёрная) и светодиод HL1.

На лицевую панель наклеена бумага с надписями, а поверх неё наклеена прозрачная полиэстровая плёнка "LOMOND", для принтеров. Благодаря чему надписи защищены от затирания, и бумага не испачкается.

Пластиковые кнопки использованы от джойстика игровой приставки.

Литература

1. Luděk Srb, Kališnická: www.hw.cz/konstrukce/ozdravny-reset-s-logickymi-obvody-a-periodou-24-hodin.html
2. Радиоконструктор. №10, 2012 г. "Цифровой таймер с кварцевой стабилизацией" Коротков Р.В.
3. Основы цифровой техники Л.А. Мальцева, Э.М. Фромберг, В.С. Ямпольский, Москва "Радио и связь" 1987.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Таймер
• Sprint-Layout