Двухканальное циклическое программируемое реле времени

Представляю вашему вниманию циклическое двухканальное реле времени. Устройство предназначено для циклического (бесконечного) отсчета двух независимых временных выдержек (работа и пауза). Основой устройства служит микроконтроллер , каналы переключаются симисторами, питание от сети , бестрансформаторное. Устройство обеспечивает отсчет двух независимых выдержек времени от 1 до 999 секунд, либо от 1 до 999 мин, в зависимости от варианта прошивки микроконтроллера. 

Данное устройство любительское и никак не может заменить промышленных аналогов, обладающих большей функциональностью, надежностью и безопасностью. Единственное преимущество данного устройства – низкая стоимость. Реле собрано практически на коленках, не содержит дефицитных деталей, легко настраивается, и довольно универсально в применении. Можно применит в системах вентиляции , отопления и освещения мало ответственных объектов, и в любых других случаях, требующих  циклического отсчета выдержек времени. Задумка не оригинальная, за основу было взято промышленное многофункциональное реле, и переделано под необходимый функционал.

В случае необходимости использования подобного реле в серьезных проектах, рекомендую брать сертифицированные промышленные образцы. В любом случае ответственность за использование и возможный ущерб лежит на конечном пользователе.

В то же время ,изготовленные мной реле, показали себя вполне работоспособными и надежными.

Схема и описание конструкции.

Внимание! Опасность поражения электрическим током ! Устройство выполнено по бестрансформаторной схеме с гасящим конденсатором ! Все проводники гальванически связаны с сетью !

Для большей безопасности , при необходимости , можно запитать устройство от любого блока питания , напряжением 5 вольт и током не менее 150мА.

В моем варианте доступ к плате неквалифицированному пользователю закрыт, поэтому и выбрано бестрансформаторное питание.

Гасящий конденсатор ограничивает ток , который выпрямляется диодами , далее стабилитрон VD4 ограничивает напряжение на уровне 5.1 вольт. Электролитические конденсаторы сглаживают пульсации выпрямленного напряжения, керамические фильтруют высокочастотные помехи. Основой реле является микроконтроллер Attiny 24, через сдвиговый регистр 74нс595 и транзисторы Q3, Q4, Q5 выводится информация на семисегментный трехзнаковый индикатор. Через транзисторы Q1, Q2 управляются симисторы Т1, Т2. Настройка устройства производиться при помощи двух тактовых кнопок S2, S3. Светодиод D3 отсчитывает секундные импульсы.

Детали

Критичных и дефицитных деталей устройство не содержит, но есть некоторые нюансы связанные с применением гасящего конденсатора . Основное требование к деталям в высоковольтной части устройства – способность выдерживать броски напряжения возникающие в сети. Поэтому гасящий конденсатор С3 должен быть на напряжение не менее 400 вольт, а лучше 630 вольт. То же относится к конденсаторам RC цепочек С11 и С12. Резисторы RC цепей  симисторов , как минимум ,одноваттные, желательно применять керамические. Резистор ограничивающий ток и служащий предохранителем -  R19,  его номинал может быть от 10 до 47 ом. Он так же должен быть керамическим , мощностью 1 ватт или более.  В зависимости от нагрузки и типа примененного симистора , может потребоваться установка радиаторов. Печатная плата выполнена так, что симисторы стоят с краю и легко могут быть прикручены к радиаторам. Управление симисторами выполнено в третьем квадранте (отрицательным напряжением). Применять отечественные симисторы Ку208, Тс122 Тс132 и подобные не удастся, они не управляются таким способом. 

Стабилитрон 5.1 вольт, я использовал BZX85C5V1, подойдет любой аналогичный мощностью 1вт и более. Электролиты на напряжение 25 вольт и выше.

Кнопки S2,S3  обычные тактовые, для исключения случайного прикосновения к соседним деталям, при нажатии на кнопку, желательно применять кнопки с высоким толкателем.

К недостаткам схем с гасящим конденсатором , кроме опасности поражения электрическим током, можно отнести небольшой отдаваемый ток. Поэтому приходится ограничивать потребление либо ставить конденсатор большей емкости. Наибольший ток в устройстве потребляют семисегментный индикатор и симисторы. Поэтому ,целесообразно применять симисторы с небольшим током управления , иначе возможно недооткрытие. Показанные на схеме ВТ139 -600 как раз удовлетворяют этому условию, с ними проблем не было. Так же желательно применять транзисторы с высоким коэффициентом усиления . В моем варианте это КТ3107 и КТ3102, работают они в ключевом режиме и вполне заменимы на аналогичные.  Ток через семисегментный индикатор ограничен резисторами, номиналом 470 ом, яркость свечения вполне достаточна для применения в помещении.

Микроконтроллер применен в планарном корпусе, можно заменить на более удобный в монтаже PDIP, но придется переразвести плату под другой корпус. Назначение выводов у корпуса PDIP и SOIC одинаковое. Регистр 74НС595  заменяется функциональными аналогами от других фирм. Светодиодный индикатор красного цвета , с общим катодом , полная маркировка  E30361-I-O-O-W, широко распространен и доступен. Может быть под другой маркировкой, сохраняя в ней цифры 3610, ссылка на его даташит приложена в конце статьи.

Управление и работа

Имеется два варианта прошивки микроконтроллера, под секундный и под минутный отсчеты. Файлы в архиве tiny24_soic_min.hex и tiny24_soic_sek.hex  соответственно.

При включении из энергонезависимой памяти микроконтроллера считываются заданные значения выдержек времени , открывается симистор Т1, и начинается отсчет времени. По истечении заданной выдержки Т1 закрывается, открывается Т2 и начинается отсчет второй выдержки. Далее процесс циклически повторяется .При отключении работа начнется с начала, состояние на момент выключения не запоминается. В зависимости от области применения можно не устанавливать детали одного канала, и использовать реле в одноканальном режиме, например для управления одним насосом или вентилятором.

По умолчанию заданы выдержки в 10 и 15 минут или секунд. В работе индикатор отображает время до окончания включенного состояния, в виде обратного отсчета. Короткое нажатие на кнопку S2,в режиме работы приводит к сбросу текущего отсчета и переключению каналов,это  удобно использовать для принудительного включения нужного канала и проверки подключенного оборудования.

Для перехода в режим настройки, нужно длительно нажать кнопку S3. Устройство перейдет в режим настройки . В этом режиме можно циклически менять значение единиц , десятков, и сотен заданной выдержки времени.  Активное к изменению знакоместо указывается десятичной точкой. Нажатием кнопки S2 инкрементируем значение от 0 до 9, по кругу, кнопкой S3, переключаем активные значения уставок выдержки времени. 

Алгоритм таков – нажатие  S3 - единицы выдержки 1,  нажатие S3 -  десятки выдержки 1, нажатие S3 - сотни выдержки 1 ,нажатие S3 -  единицы выдержки2, нажатие S3 - десятки выдержки 2, нажатие S3 - сотни выдержки 2, нажатие S3 – подстройка таймера, нажатие S3 – выход в рабочий режим и запись значений в память.

Если не прокрутить все значения до конца, записи в память не произойдет и через 5 секунд устройство вернется в рабочий режим, не сохраняя измененных уставок.

Последнее нажатие S3 отобразит значение регистра подстройки частоты тактирования микроконтроллера, OSCCAL , при желании его можно изменить , нажимая S2- значения будут меняться в сторону увеличения на единицу, в диапазоне от 60 до 160, по кругу.  Контролировать частоту системного таймера можно по светодиоду HL1 частота его вспышек и пауз 1 сек, то есть меандр с периодом в 2 секунды. Особого смысла в подстройке я не вижу, так как таковая частота будет плавать  , в зависимости от температуры и питающего напряжения. Но для перфекционистов предусмотрена подстройка. Нужно понимать ,что чем больше выдержка времени , тем больше погрешность, и не стоит ожидать сверхточности от устройства, для этого нужны другие реле, с часами реального времени.

При желании можно записать выдержки на этапе программирования, для этого в ЕЕПРОМ нужно занести следующие десятичные значения по адресам.

Печатная плата

Схема и печатная плата разработаны в программе DipTrace v2.3.1.0 в приложенном файле имеется файл проекта.  

Все детали устанавливаются на плату, для удобства монтажа и исключения лишних проводов. Корпус не разрабатывался, размеры платы 80х80мм сделаны под стандартную распаячную коробку 85х85х35 мм . Коробка устанавливается в удобном месте, устройство настраивается ,  дальнейший доступ к устройству не требуется. При необходимости ,можно сделать вынос индикатора и кнопок на шлейфе. Желательно покрыть плату изоляционным лаком. Устройство подключается либо через клеммник, что удобно, либо запайкой проводников в плату, что более надежно.

Микроконтроллер программируется уже запаянным в плату. Для этого на плате предусмотрены отверстия под штырьки для подключения программатора. Использовался самый простой и доступный программатор "пять проводков" , под управлением не менее популярной программы "Uniprof".

Фьюзы для данной программы даны на картинке ниже.

Включенный фьюз- фьюз без галочки!

Изменяются только фьюзы ответственные за режим контроля питания и сторожевого таймера, очень желательно переключить их, т.к иначе возможно зависание МК.

В прикрепленном файле находятся схема и печатная плата в виде файлов изображений нескольких форматов, проект DipTrace, и два файла прошивки под секундный или минутный отсчет.

Источники информации и литература.

1. даташит на индикатор - http://jumperone.com/doc/datasheets/E30361.pdf

2. прообраз -http://kazus.ru/forums/showthread.php?t=14061

3. промышленное реле , рекомендую , хорошие штуки -http://www.termonika.ru/inf/veha.shtml

4. А. В. Евстифеев. "Микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Mega фирмы ATMEL"

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Uniprof
• DipTrace
• AVR
• Микроконтроллер