У підсобному господарстві значну роль відіграють присадибні теплиці. Але зелений огірочок або квіти до свята вимагають великої праці і вміння. Одним з основних параметрів для вирощування зимової зелені є освітлення. Так, наприклад, для огірка світловий день повинен становити 16 годин, а для помідорів - 18 годин [1]. В деяких теплицях практикується цілодобове освітлення. Однак для нормального фізіологічного розвитку рослин потрібно кілька годин повної темряви.
Існуючі автомати для теплиць [2] дозволяють програмувати включення і вимкнення досвічування в фіксований час. Наприклад, з 18.00 по 22.00. Однак, як відомо, максимальна зміна світлового дні відбувається в дні близькі до рівнодення (осінньому або весняного). Це відбувається з-за того, що при проходженні сонцем небесного екватора воно має максимальну кутову швидкість. І навпаки. Мінімальна зміна світлового дня відбувається у дні близькі до сонцестояння. Саме назва говорить про зупиненому сонце. Сонце знаходиться у вищій (нижчої) точці своєї орбіти (екліптики) і має мінімальне кутове переміщення. Це невелике відступ в курс шкільної астрономії дозволяє краще зрозуміти, чому восени день зменшується, а навесні - збільшується. Тому основним недоліком існуючих автоматів для теплиць є фіксований час включення і вимикання освітлення досвічування.
Пропонований автомат "світловий день" включає освітлення при настанні сутінок і вимикає при закінченні запрограмованого часу світлового дня. Час світлового дня задається від 12 годин до 15 годин через одну годину за допомогою двох перемикачів.
До переваг пропонованого автомата можна віднести і те, що установка фоторезистора не критична до попадання прямого світла від освітлення теплиці. Усунена і невизначеність перехідного процесу моменту включення лічильника. Є можливість вмикання (вимикання) освітлення у ручному режимі. Даний автомат може знайти застосування при включенні освітлення акваріума і в інших випадках, де необхідно продовження світлового дня, наприклад, у пташнику або в тваринницькому приміщенні.
Принципова схема автомата:
Автомат складається з задаючого генератора і подільника імпульсів на мікросхемі DD1. Дільника на 60 DD4 і реверсивного лічильника з попередньою установкою DD6; формувача імпульсів на елементах DD2.1, DD2.2; блоку управління на мікросхеми DD5, DD2.3, DD2.4, DD3.1, DD3.2, DD3.3. Двох формувачів імпульсів великий тривалості, що складаються з диференціюючих ланок C6, R7 і C5, R6; і інверторів на елементах DD3.4, DD7.2 і DD7.1, DD7.4. Ключів на транзисторах VT1, VT2 і реле К1, К2.
Робота автомата заснована на програмуванні часу світлового дня шляхом встановлення коду на реверсивний лічильник DD6 з подальшим відніманням з дискретністю одну годину. Запуск лічильників відбувається вранці, після освітлення фоторезистора.
Після включення напруги живлення на виводі 9 елемента DD2.3 логічний нуль, а на виводі 10 - логічна одиниця. Рівень логічної одиниці з виведення 10 скидає тригер DD5, і проводить попередню встановлення лічильника DD6.
Кварцовий генератор і дільник на мікросхемі DD1, побудовані за типовою схемою включення, починають працювати відразу після подачі напруги. З виводу 10 DD1 імпульси з періодом 1 хвилина надходять на вхід 7 дільника на 60 DD4. Тим не менш, лічильник не вважає, оскільки на вхід обнулення (вивід 9 DD4) і вхід переносу (висновок 5 DD6) подається забороняє рівень логічної одиниці з виведення 2 тригера DD5.1.
У темний час доби фоторезистор R3 має велике опір по відношенню до резистору R2, тому на висновки 1, 2 мікросхеми DD2.1 присутній рівень логічної одиниці, а на рахункових входах 3,11 тригера DD5 - рівень логічного нуля.
Вранці, коли освітлення збільшується, опір фоторезистора R3 зменшується і напруга на висновки 1,2 DD2.1 починає наближатися до рівня логічного нуля. Момент невизначеності між рівнем одиниці і нуля згладжується конденсатором великий ємності C3, який повільно перезаряджається. Рівень з нуля виведення 4 DD2.2 надходить на входи 12 елемента DD2.4 і 1 елемента DD3.1. Але якщо елемент DD2.4 відкрито одиницею з виведення 2 DD5.1, то елемент DD3.1 навпаки, закритий нулем з виведення 10 інвертора DD3.3 (передустановка четвертого розряду лічильника DD6 в одиницю). Таким чином, тригер DD5.1 перекидається, дозволяючи проходження рахункових імпульсів через лічильники DD4, DD6 і забороняючи проходження імпульсів через елемент DD2.4. Подальша зміна освітленості фотодатчика не впливає на роботу автомата до тих пір, поки кількість вираховуються імпульсів лічильника DD6 не досягне зміни рівня в його четвертому розряді. Це відбудеться не раніше, ніж через п'ять годин, а то й більше (до 8 годин), залежно від поданих рівнів точки ХТ3, ХТ4. Цим досягається хороша захист каналу включення (вимикання) освітлення в денний час.
Увечері, коли природне освітлення зменшується опір фоторезистора R3 збільшується, і на виводі 3 елемента DD3.1 з'явиться рівень логічного нуля. На рахунковому вході 11 тригера DD5.2 з'явиться одиниця, тригер перекинеться і закриє елемент DD3.2 для проходження імпульсів. Тому подальша зміна освітлення фотодатчика не впливає на роботу автомата до тих пір, поки не закінчиться встановлений час.
Після перекидання тригера на виводі 13 DD5.2 з'явиться рівень логічної одиниці, який надходить на формувач імпульсів великий тривалості, що складається з диференціюючою ланцюжка на C6, R7 і двох інверторів на елементах DD3.4, DD7.2. З виходу формувача імпульсу тривалістю 0,5 секунди відкриває ключ на транзисторі VT2. Короткочасно спрацьовує реле пуску К2 (Рис. 4), замикаючи контакти 2,3 К1.1 і подаючи харчування на пускач К3. Пускач самоблокується контактом К3.1 і замикає контакти К3.2 - К3.4. В залежності від положення вимикач SA1-SA3 включається та чи інша лінія освітлення EL1-EL3.
Після того, як встановлену кількість імпульсів на лічильнику буде DD6 віднята, на виході перенесення P (висновок 7) встановиться логічний нуль. На установчий вхід S (1) лічильника DD6 і входи обнулення R (4,10) тригерів DD5, через інвертор DD2.3 буде подана одиниця. Відбудеться передустановка лічильника і обнулення тригерів. Диференціюючою ланцюжком C5, R6 та інверторами DD7.1, DD7.4 сформується стоповий імпульс, спрацює реле К1 і розімкне контакти 1,2 К1.1. Пускач К3 обесточится, розімкнуться контакти К3.1 - К3.4 і освітлення згасне. Це станеться вночі, а вранці цикл роботи автомата повториться знову.
Тимчасова діаграма роботи автомата в ключових точках дана на рис. 5. Тут момент часу t1 - момент включення автомата вранці, t2 - момент включення освітлення ввечері, t3 - момент закінчення рахунку та вимикання автомата вночі.
При проведенні робіт у теплиці іноді виникає необхідність продовжити освітлення, що легко зробити кнопками "пуск" SB4 і "стоп" SB5. Але в цьому випадку не забудьте після вимикання освітлення короткочасно натиснути кнопку "скидання" SB1 для установки автомата в початковий стан. З цією ж метою, після монтажу автомата, в темний час доби або рано вранці, також необхідно натиснути кнопку "скидання" SB1. При слабкому висвітленні вдень світло можна включити в ручному режимі, але перед відходом з теплиці, якщо ще досить світло, світло потрібно вимкнути. В інакше необхідно короткочасно притінити фоторезистор для спрацьовування автоматичного вимикання світла.
В якості резервного живлення використовується батарея типу "крона", підключена через діод VD2. При споживаному струмі в режимі рахунку близько 0,5 міліампер (в режимі спрацьовування реле - 20 мА) резервною батареї вистачає на весь сезон.
Фоторезистор краще розташувати в темному кутку теплиці, піклуючись про те, щоб на нього не потрапляло світло від місяця і автомобільних фар в нічний час доби. Його також бажано прикрити рідкою сіткою від комах і мух.
Налагодження пристрої починають з перевірки працездатності генератора і дільників на мікросхемі DD1. Це можна зробити навіть тестером, перевіривши наявність секундних імпульсів на виводі 4 і хвилинних імпульсів на виводі 10 мікросхеми DD1. Далі спостерігається сигнал на виведення 4 DD2.2, притеняется фоторезистор R3 і встановлюється опір резистора R2 так, щоб на виводі 4 встановився рівень логічної одиниці. Опір резистора R2 залежить від рівня обраної освітленості, при якій повинен спрацьовувати автомат, і від опору освітленого застосованого фоторезистора. Розімкніть перемичку ХТ1-ХТ2 і контакт ХТ2 з'єднайте з виведенням 4 DD1. Якщо у вас є частотомір з старт-стопным входом, підключіть його до висновку 9 DD4, а лічильний вхід до контакту ХТ2. Увімкніть настільну лампу і закрийте фотодатчик. Після закінчення рахунку на частотомере повинно висвітитися число рівне, виставленому на настановних входах лічильника DD6 вираженого в хвилинах. Якщо у вас немає старт-стопного входу, підключіть лічильний вхід частотомера до висновку 10 DD4, але тоді отримане число буде виражена в годинах. Якщо немає частотомера, то в момент включення настільної лампи засічіть час з точністю до хвилини і кількість хвилинних імпульсів, поданих на лічильник DD6, повинно дорівнювати числу, виставленому в двійковому коді на настановних входах. Для надійного визначення моменту зупинки лічильника (на око) до контактів реле К1 через резистор 1кОм підключіть червоний світлодіод. Після закінчення перевірки працездатності пристрою не забудьте відновити перемичку ХТ1-ХТ2.
До контактів ХТ3, ХТ4 підключаються перемикачі SB3, SB4 з фіксацією типу П2К так, щоб при натиснутому перемикачі на контакти подавався високий рівень, при віджатому - низький. Цими перемикачами встановлюється додатковий час з дискретністю одну годину. Попередня установка лічильника DD6 проводиться на 12 годин. При натиснутій кнопці SB3, до попередньої установки додано 1 годину, а при натиснутій кнопки SB4 - 2 години. Таким чином, максимальний час світлового дня становить 15 годин. Якщо установка часу кнопки SB2, SB3 проводилася днем, то нове значення світлового дня" буде тільки на наступний день. Необхідно пам'ятати, що при роботі лічильника 561ИЕ11 в реверсивному режимі імпульс перенесення на виводі 7 з'являється в момент переходу стану лічильника через нуль.
Всі резистори в пристрої МЛТ-0,125, діоди КД522Б можуть бути замінені на будь-які імпульсні або випрямні. Конденсатори С3, С5, С6 типу можна КМ6 замінити на електролітичні конденсатори, розташувавши плюсом до висновків тригера DD5.2 і до фоторезистору. Конденсатор С4 типу К53-1 можна замінити на будь-який електроліт. Транзистори КТ315Б можуть бути замінені на будь-які кремнієві низькочастотні з відповідним напругою емітер-колектор і потужністю. Лічильник DD6 К561ИЕ11 може бути замінений на К561ИЕ14, але висновок 9 повинен бути підключений до високого рівня для рахунку в двійковому режимі. Мікросхеми DD2, DD3, DD7 К561ЛА7 і DD5 К561ТМ2 можна замінити аналогічними серии176. Реле К1, К2 типу РЭС49 паспорт РС4.569.426 не призначені для комутації змінного напруги і струму і обрані автором з є у наявності. Багаторічна експлуатація цих реле в аналогічних режимах показала їх стійку роботу. Якщо є можливість, кращою заміною буде реле типу РЭС32 паспорт РФ4.500.341. Можна замінити на реле типу РЭС15 паспорт РС4.591.003. Фоторезистор R3 використаний автором з оптопари ОЭП14 з видаленням лампочки і заливкою епоксидкой світлочутливого шару для зменшення атмосферного впливу. Оптопара ОЭП14 містить два фоторезистора (висновки 2,6 і 3,5) їх краще з'єднати паралельно. Можна використовувати будь-фоторезистор з підстроюванням (як було сказано вище) опору резистора R2. Кварц ZQ1 типу РК71 можна замінити на будь-який взятий з несправних кварцових годин, а якщо його частота в два рази нижче, то замість висновку 4 DD1 необхідно взяти висновок 6.
Реле кріпляться до плати двома мідними проводами через поролон, а кварц встановлюється через гумову прокладку.
Плату краще встановити в екранувальній корпусі. З'єднувальний провід до фоторезистору довжиною 1 метр необхідно екранувати.
Література
Публікація: www.cxem.net