Часы, таймеры, реле, коммутаторы нагрузки
Таймер для забывчивых
Вероятно, многие, сев утром в автобус или маршрутное такси, начинают вспоминать: "А выключен ли утюг?". Через некоторое время сомнение перерастает в панику. Останавливаем транспорт и бегом обратно домой. После некоторой возни с дверью подъезда, лифтом и дверью в квартиру, отдышавшись, обнаруживаем, что утюг все-таки был выключен. Однако настроение на весь день испорчено, а на работе обеспечен выговор за опоздание. Но это - полбеды. При другом сценарии (и утюг не выключен, и спасительная мысль не посетила) все могло закончиться гораздо хуже.
Несколько раз оказавшись в подобной ситуации и не желая доводить дело до беды, я решил изготовить устройство, ограничивающее продолжительность соединения утюга или другого электроприбора с сетью. Идея состоит в том, чтобы, включив утюг в сеть через подобный таймер и нажав кнопку "Пуск", получить возможность гладить одежду в течение, например, 15 мин, после чего утюг будет автоматически выключен. Не беда, если не управились, нажимаете кнопку еще раз и продолжаете гладить.
Схема таймера изображена на рисунке. Так как это - прибор безопасности, особое внимание при разработке было обращено на обеспечение надежности. Число деталей сведено к минимуму, в качестве коммутирующих элементов использованы электромагнитные реле.
Действует прибор следующим образом. После нажатия на кнопку SB1 "Пуск" реле К1 срабатывает и самоблокируется замкнувшимися контактами К1.1. Контакты К1.2 и К1.3 соединяют с сетью нагрузку, подлюченную к розетке XS1, и собственно таймер. Выпрямленное диодным мостом VD1 напряжение стабилизировано на уровне приблизительно 20 В соединенными последовательно светодиодом HL1 и стабилитроном VD3. Избыток гасит конденсатор С1, а резистор R1 ограничивает амплитуду импульса зарядного тока конденсаторов С1 и С2 в момент включения. Напряжение, приложенное к стабилитрону VD2, при нормальной работе меньше его напряжения стабилизации, но в случае обрыва в цепи светодиода HL1 этот стабилитрон предотвращает опасное возрастание выпрямленного напряжения. Обрыв вполне возможен, если светодиод установлен вне платы таймера и соединен с ней проводами. При гарантированной прочности соединений стабилитрон VD2 можно не устанавливать.
С момента срабатывания реле К1 и появления напряжения 20 В начинается зарядка конденсатора C3 через резистор R2. Напряжение на конденсаторе медленно растет, и как только его значение превысит пороговое для однопереходного транзистора VT1, он откроется, реле К2 сработает, контакты К2.1 разорвут цепь обмотки реле К1, что приведет к размыканию контактов последнего и отключению нагрузки от сети Через несколько секунд конденсатор C3 полностью разрядится через участок эмиттер-база транзистора и обмотку реле К2. Таймер вернулся в исходное состояние и готов к новому включению нажатием на кнопку SB1.
При указанных на схеме номиналах резистора R2 и конденсатора C3 длительность выдержки - приблизительно 15 мин. Если есть необходимость ее изменять, вместо постоянного резистора R2 можно установить последовательно соединенные переменный (470 кОм) и постоянный (39 кОм). Интервал регулировки составит приблизительно 0,5...15 мин.
Максимальная мощность нагрузки, которая может быть подключена к таймеру, зависит от свойств контактов реле К1. Автором было применено реле РП21 с обмоткой на 220 В переменного тока и тремя группами контактов, достаточно мощных для коммутации электрического утюга мощностью более 1 кВт.
В качестве К2 использовано реле JZK-20F с одной группой контактов на переключение. Его можно заменить любым другим с аналогичными контактами и напряжением срабатывания не более 12В при сопротивлении обмотки не менее 400 Ом.
Автор: В.Володин, г.Одесса, Украина
- Автор: Super User
Универсальный таймер на РIС-контроллере
Универсальность описываемого в статье устройства в том, что оно способно не только включить и выключить в заданное время четыре нагрузки, но и превратить устаревшую машину AT в компьютер АТХ и при этом выполнять функцию "противозависательного" средства.
Когда возникает потребность коммутировать несколько нагрузок по заданной программе, удобно использовать электронные часы с несколькими будильниками, оснащенными электронными ключами. Однако если при этом необходимо управление с компьютера, то такие часы уже не подходят. Предлагаемый таймер позволяет управлять четырьмя независимыми каналами. Для этого предусмотрены 16 событий, каждое из которых может изменять состояние любого канала (включать или выключать) в назначенное время с учетом дня недели. Каналами можно управлять непосредственно с компьютера, к которому подключено устройство, с него же производятся установка текущего времени и настройка событий в таймере.
Устройство позволяет в обычном компьютере AT реализовать функции расширенного управления питанием аналогично машинам стандарта АТХ (программно выключаться и включаться в назначенное время), а также управлять питанием периферийных устройств (принтера, сканера, внешнего модема). Для использования таймера в качестве "противозависательного" средства необходима программа, которая автоматически регулярно переустанавливает время выключения и последующего включения через несколько минут. При зависании компьютера таймер, выключив на некоторое время питание, произведет "холодную" перезагрузку системы.
Принципиальная схема устройства изображена на рис. 1. Его основа - PIC-контроллер PIC16F84A-04 (DD2). Тактовую частоту (4 МГц) задает кварцевый резонатор ZQ2. На элементе DD1.1 выполнен генератор импульсов с частотой следования 32768 Гц для отсчета времени. Импульсы этого генератора поступают через буферный элемент DD1.2 на внешний вход счетчика RTCC микроконтроллера. Требуемую частоту и, следовательно, точность хода часов устанавливают подстрочным конденсатором С2.
(нажмите для увеличения)
Транзисторы 1VT1-4VT1 нагружены реле 1К1-4К1, контакты которых включены в цепи питания нагрузок, подсоединяемых к розеткам XS1-XS4. Светодиоды 1HL1-4HL1 - индикаторы состояния нагрузок.
Компьютер управляет устройством по интерфейсу RS-232. Так как микроконтроллер PIC16F84A не имеет встроенного последовательного интерфейса, последний реализован программно. Сигналы СОМ-порта использованы не стандартно. По линии DTR осуществляется синхронизация передаваемых данных, по линии RTS компьютер передает информацию, а по линии CTS получает ее из контроллера. Данные передаются в дуплексном режиме и дополняются контрольными байтами для проверки корректности информации. Более подробно используемый интерфейс описан в статье автора "Интерфейс PIC-контроллера с ПК" ("Радио", 2003, № 7, с. 20-22).
Цепи R4R7VD4 и R5R8VD5 преобразуют уровни RS-232 в уровни ТТЛ для входов микроконтроллера. Уровня ТТЛ с выхода микроконтроллера достаточно для непосредственного управления линией RS-232, что позволило упростить схему согласования.
После подачи питания микроконтроллер DD2 устанавливается в начальное состояние, в котором все каналы выключены, часы обнулены, а управление нагрузками заблокировано, чтобы не допустить их ошибочного включения. Производя настройку устройства, компьютер передает текущее время, день недели и параметры для событий. Вся информация о последних хранится в энергонезависимой памяти EEPROM микроконтроллера. Каждое событие содержит номер нагрузки, которой оно управляет, информацию о производимом действии (включение или выключение), время срабатывания (в том числе день недели) и может находиться в "выключенном" состоянии (не производит действия) и в "ежедневном" режиме (происходит в указанное время, независимо от дня недели).
После установки времени и настройки каналов устройство можно использовать как автономно (при отключенном кабеле связи от разъема XS5), так и под управлением компьютера. Поскольку интерфейс RS-232 допускает подсоединение и отсоединение кабеля при включенных устройствах (hot plug), делать это можно в любое время.
Для непосредственного управления каналами служат кнопки SB1-SB4. Удержание любой из них в нажатом положении более 0,5 с приводит к изменению состояния соответствующего канала.
Временная задержка реализована программно и предотвращает переключение нагрузок при случайных нажатиях. Порт В микроконтроллера сконфигурирован так, что его входные линии RB0- RB3 и RB5 подключены через внутренние резисторы к шине питания.
Блок питания таймера выполнен по традиционной схеме и особенностей не имеет. Применение понижающего трансформатора Т1 обусловлено необходимостью гальванической развязки питающей сети и компьютера. Батарея GB1 - резервный источник питания часов при перебоях в электроснабжении.
Коды "прошивки" микроконтроллера приведены в табл. 1. При программировании нужно установить следующие значения бит в конфигурационном слове: тип генератора (OSC) - HS, сторожевой таймер (WDT) - выключен, задержка после включения питания (FWRTE) - разрешена.
(нажмите для увеличения)
Связь компьютера с таймером осуществляется через динамически подгружаемую библиотеку timercom.dll.
Библиотека и описание программного интерфейса (API) для работы с ней и создания собственной оболочки для работы с устройством
Для установки событий и ручного управления нагрузками служит программа TIMER. В ее главном окне (рис. 2) имеются три закладки. В первой из них ("Нагрузки") отображается состояние нагрузок, которое можно изменить, убрав или постав и в соответствую щи й флажок, во второй ("События") содержатся условия 16 событии, номер канала нагрузки, требуемое действие, время и день недели, когда оно должно произойти. В закладке "Параметры" можно выбрать СОМ-порт, к которому подключено устройство, и установить флажок, разрешающий программе получать данные от устройства сразу после запуска. После изменения параметров событий или состояния нагрузок необходимо нажать кнопку "Записать" для передачи новой информации таймеру (при этом автоматически устанавливается текущее время). Нажатие кнопки "Прочитать" приводит к загрузке текущих данных устройства.
Устройство собрано на печатной плате и размещено в корпусе сетевого фильтра "Pilot". Кнопки, светодиоды и розетка XS1 установлены на его боковой стенке.
Трансформатор Т1 - любой малогабаритный с вторичной обмоткой на 12 В. В качестве 1К1-4К1 применены импортные реле TRU-12VDC-SB-CL с рабочим напряжением 12 В и контактами на 5 А (сопротивление обмотки - 400...500 Ом). Резервный источник питания GB1 - батарея аккумуляторов или гальванических элементов напряжением 3,6...4,5 В. Потребляемый от нее ток не превышает 8 мА.
Подключать таймер к СОМ-порту компьютера можно как модемным, так и нуль-модемным кабелем. Назначение контактов разъема для каждого случая приведено в табл. 2.
Автор: С.Кулешов, г.Курган
- Автор: Super User
Улучшение работы электронных наручных часов
Сейчас в широком ассортименте продаются дешевые наручные часы. У них есть типичные недостатки. Так, купленные мною часы с калькулятором и будильником имели очень тихий сигнал и "убегали" до 11 с в сутки.
После разборки стала ясна причина тихого звука - на плате в углу имелись печатные проводники для установки транзистора поверхностного монтажа. Один вывод (эмиттер) соединялся с минусом батареи, другой (коллектор) - с пружинным контактом пьезоизлучателя, а третий (база) вел к микросхеме часов. Между базой и коллектором была перемычка. В результате на кристалл подавалось переменное напряжение амплитудой до 1,5 В.
Схема доработки показана на рис. 1.
Из-за отсутствия планарного транзистора был установлен КТ358А, причем его корпус немного подпилен напильником. Дроссель L1 намотан на ферритовом кольце К8хЗх2 проводом диаметром 0,08 мм, число витков - 650. Экспериментально установлено: чем больше витков - тем лучше. Усилить вывод катушки, намотанной таким тонким проводом, можно известным способом: сложить конец провода в несколько раз, обжечь лак спичкой или зажигалкой, а затем зачистить тонкой шкуркой или паяльником на таблетке аспирина.
С указанным дросселем амплитуда сигнала достигала 12 В и звук был слышен на всю комнату. Немного изменить тембр сигнала можно подбором конденсатора между коллектором и эмиттером. Дроссель приклеивают в подходящем месте, а перемычку на плате между базой и коллектором перерезают.
Транзистор в отсутствие сигнала закрывался хорошо - ток потребления не возрос.
Для регулировки хода часов обычно устанавливают конденсаторы небольшой емкости между выводами кварцевого резонатора и общим проводом (или "плюсом" источника питания). На плате есть контактная площадка для конденсатора поверхностного монтажа. Однако установка конденсатора практически не изменила скорость хода. При контроле осциллографом выяснилось, что амплитуда напряжения на другом выводе кварцевого резонатора меньше в 4 раза ("холодный" вывод). При установке конденсатора емкостью 15 пФ между этим выводом и "плюсом" питания уход часов стал менее 0,5 с в сутки.
На рис. 2 схематично показаны элементы и контактные площадки.
Автор: В.Ананьев, г.Ярославль
- Автор: Super User
Таймер повышенной мощности
Как известно, таймер - это устройство, предназначенное для автоматического подключения радиоэлектронного устройства к источнику питания или отключения от него. К нему традиционно предъявляют, например, такие требования, как малые габариты, энергопотребление и падение напряжения на управляющей цепи. Традиционно нагрузка включалась через сильноточные контакты реле. С появлением мощных переключательных транзисторов, скажем, IRLR2905, надобность в реле отпала, что позволило значительно сократить габариты таймера. Именно такой транзистор использован в таймере, схема которого приведена на рис. 1. Он способен работать при напряжении 7,5 В и коммутировать нагрузку, потребляющую ток до 30 А.
На микросхеме DA1 собран стабилизатор напряжения, на логических элементах DD1.1, DD1.2 - компаратор напряжения, на DD1.3 - инвертор, на транзисторе VT1 - электронный ключ. Конденсаторы С1 и C3 обеспечивают устойчивую работу стабилизатора напряжения, параметры цепочки C2R1 задают время срабатывания таймера. Резистивный делитель R2R3 осуществляет обратную связь в компараторе напряжения и обеспечивает скачкообразное переключение компаратора из одного устойчивого состояния в другое.
Теперь о работе устройства. После подачи питающего напряжения начинается зарядка конденсатора С2 через резисторы R1 и R2. При этом на входе логического элемента DD1.1 присутствует высокий логический уровень, а на выходе - низкий. Полевой транзистор VT1 закрыт.
По мере зарядки конденсатора С1 напряжение на входе элемента DD1.1 уменьшается. Когда оно достигнет порога переключения компаратора, на затворе транзистора окажется напряжение около 5 В. Транзистор откроется, и на нагрузку, подключенную к гнездам Х1, Х2, поступит питающее напряжение. Таков режим задержки включения нагрузки.
Для повторного запуска таймера необходимо кратковременно нажать кнопку SB1 "Пуск". Конденсатор С1 разрядится, отсчет времени начнется заново.
Чтобы таймер работал в режиме задержки выключения нагрузки, надо затвор полевого транзистора отсоединить от выхода элемента DD1.3 и подключить его к выходу элемента DD1.2. Если же в устройство ввести переключатель SA1 (рис. 2), таймер сможет работать как в режиме задержки включения, так и в режиме задержки выключения.
В случае подключения нагрузки индуктивного характера, гнезда следует зашунтировать диодом VD1, а для уменьшения вероятности возникновения "дребезга" при включении или выключении нагрузки надо ввести конденсатор С4.
Кроме указанных на схеме, допустимо применить микросхему К561ЛА7, а при изменении топологии печатной платы - 564ЛЕ5, К564ЛА7. Транзистор может быть любой, выделенный цветом, из списка, приведенного в статье "Мощные полевые переключательные транзисторы фирмы INTERNATIONAL RECTIFIER" в "Радио", 2001, № 5, с. 45. При этом, естественно, максимальный коммутируемый таймером ток будет определяться типом примененного транзистора. Полярный конденсатор С2 должен быть танталовый для поверхностного монтажа с малым током утечки или серии К52, но тогда придется увеличить размеры платы. Остальные конденсаторы - К10-17. Для маломощной нагрузки диод VD1 может быть любой из серий КД102, КД103, КД105, а для мощной - КД109А-КД109В, КД212А, КД212Б или аналогичные. Резисторы - МЛТ. С2-33, Р1-4, Р1-12, кнопка и переключатель - любые малогабаритные.
При токе нагрузки более 1 А общий провод питания надо припаивать возможно ближе к истоку транзистора. Если ток превышает 8 А, транзистор следует установить (методом пайки) на радиатор. Для тока 30 А его площадь должна быть 100... 150 см2. Когда питающее напряжение 15 В и более, рекомендуется включить последовательно с кнопкой резистор сопротивлением 10...20 Ом для уменьшения разрядного тока конденсатора и предохранения контактов кнопки от обгорания.
Чтобы увеличить напряжение, при котором может работать таймер, до рабочего напряжения транзистора, надо применить стабилизатор DA1 с большим входным напряжением.
Собственное потребление тока таймером определяется в основном током стабилизатора.
Большинство деталей устройства размещено на печатной плате (рис. 3) из односторонне фольгированного стеклотекстолита.
Налаживание таймера сводится к установке требуемого времени задержки подбором резистора R1 и, при необходимости, конденсатора С2. Для указанных на схеме номиналов этих элементов время задержки составило примерно 13 мин.
Во время испытаний макета таймера при токе 5 А падение напряжения на транзисторе составило 0,1 В, а рассеиваемая на нем мощность - 0,5 Вт, что свидетельствует о хорошем КПД устройства.
Автор: И.Нечаев, г.Курск
- Автор: Super User
Таймер отключения питания для Электроники ММЦ-01
В целях экономии аккумуляторной батареи, а также из-за ненадежности выключателя питания я решил изготовить для своего отечественного мультиметра "Электроника ММЦ-01" таймер отключения питания по одной из схем, описанных в [1].
Каждая из них имеет как достоинства, так и недостатки. Первая схема (автор И. Нечаев) обеспечивает четкое отключение питания, но большое падение напряжения на ключевых инверторах не позволяет полностью использовать ресурс аккумуляторной батареи. Вторая схема (автор С. Петров), наоборот, обеспечивает минимальное падение напряжения на ключе, но отличается длительным временем плавного выключения (около 30 с). Поэтому было решено объединить достоинства этих устройств, избавившись от недостатков. Схема таймера и его подключение к мультиметру показаны на рисунке.
Принцип работы устройства аналогичен прототипам: при нажатой кнопке SB1 заряжается конденсатор С1, который постепенно разряжается до переключения логического инвертора DD1 и, соответственно, выключения электронного ключа DA1. Учитывая, что инверторы DD1 в схеме на рис. 1 в [1] уже не являются ключевыми для тока питания, нет необходимости соединять их параллельно и можно использовать только один из них. Входы свободных элементов следует соединить с одним из выводов источника питания.
Устройство собрано на печатной плате из двусторонне фольгированного стеклотекстолита размерами 24x26 мм методом объемно-навесного монтажа. На одной стороне платы расположены все элементы таймера и предохранитель FU1 из состава мультиметра. На другой - контактная колодка от батареи "Крона". По углам платы впаяны стойки-опоры высотой 11 мм, которые одновременно являются проводниками, соединяющими обе стороны платы. Устройство соединено с платой мультиметра жгутом, выполненным гибким проводом во фторопластовой изоляции, и устанавливается в отсек питания взамен штатной контактной колодки.
В устройстве использована микросхема HEF4093BP фирмы Philips, аналог К561ТЛ1. В качестве С1 использован конденсатор из серии К53-19 емкостью 100 мкФ на напряжение 6,3 В. Как показали испытания, он надежно работает от свежезаряженной аккумуляторной батареи напряжением около 10 В. При реальной емкости конденсатора 130 мкФ время задержки составляет около 3 мин при потреблении мультиме тром тока около 7 мА. Падение напряжения на ключе не превышает 40 мВ.
Все резисторы - МЛТ-0,125. В качестве кнопки SB1 использован микропереключатель МП-7, установленный взамен ПД9-1. Номера контактных площадок на плате мультиметра А1 (см. рис.), а также контакты Х1.3 - Х1.6 соответствуют обозначениям на заводской схеме мультиметра [2].
Литература
Автор: С. Рёбрушкин, г.Саранск, Мордовия
- Автор: Super User