Четверг, 29.06.2017, 17:07
Вы вошли как Гость | Группа "Гости"Приветствую Вас Гость | RSS
Меню сайта
Статистика
  • ALcodeSN (ALSN code) ("Алкодэнс", шлейф АЛСН) (102)
  • Новый вариант моего концепта клавиатуры (11)
  • kKeyb (50)
  • Проект "Клавиатура" (33)
  • Воспитанные часы — самодельные (DIY) настольные часы на PIC (2)
  • УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ АВТОМАТИЧЕСКИЙ ТАЙМЕР

     

    Как говорил персонаж одного известного фильма — "Если хотите сварить яйцо всмятку — прочтите "Отче наш” один раз, если вкрутую — два раза… А если не знаете молитвы — взгляните на часы!”

    И в быту, и на производстве часто необходимо контролировать время какого–либо процесса, для чего используются приборы и установки, которые после включения должны работать определенное время (давать некоторую выдержку) и после этого их нужно отключать. Поскольку "вручную” контролировать время утомительно и не всегда возможно, для этого применяются различные по элементной базе и схемотехническим решениям реле времени (таймеры) (По поводу терминов: хотя большинство людей думает, что это одно и то же, будем считать, что РЕЛЕ ВРЕМЕНИ — устройство, которое в определенное время ВКЛЮЧАЕТ какую–либо нагрузку (и, возможно, ВЫКЛЮЧАЕТ ее также в другое заданное время), а ТАЙМЕР — устройство, которое после включения вручную ОТКЛЮЧАЕТ нагрузку по истечении определенного времени).

    В литературе уже описывались различные таймеры, но всем им были свойственны определенные недостатки. Например, в [1] описана схема таймера с диапазоном выдержки от 0,1 сек. до 100,6 час. с мощностью коммутируемой нагрузки до 2 кВт. Но эта схема довольно сложна для повторения, поскольку реализована на цифровых микросхемах общего применения, а также из–за слишком широкого диапазона выдержек и большой мощности нагрузки.

    Применение специализированных микросхем средней степени интеграции позволяет упростить схему и сократить количество используемых деталей — в [2] была приведена схема простого таймера с батарейным питанием, который по истечении времени выдержки подавал звуковой сигнал и после этого должен был выключаться пользователем вручную.

    Не так давно для замены вышедшего из строя реле времени в установке для засветки офсетных пластин кварцевой лампой потребовалось, чтобы после отработки определенной выдержки таймер отключил установку, подал звуковой сигнал и отключился от сети сам.

    Поскольку RC–таймеры (см., например, [3]), действующие по аналоговому принципу (зарядка или разрядка конденсатора через сопротивление) отличаются не очень хорошей стабильностью и сложны в регулировке (в частности, трудно отградуировать шкалу переменного резистора), очевидна необходимость использования цифровой схемы с дискретной установкой выдержки и кварцованным задающим генератором.

    Пожалуй, наиболее близка к оптимальному соотношению возможностей и затрат схема в [4], но ей тоже свойственны некоторые особенностями (назвать недостатками которые не поворачивается язык) — например, использование достаточно сложных специализированных микросхем К176ИЕ18 и К176ИЕ13, имеющихся в наличии не у всех радиолюбителей). К тому же отсчет выдержек в пределах (или более) суток следует признать "специализацией”, более подходящей реле времени, а не таймерам.

    Практически же далеко не всегда нужен такой сервис, как в [4], в связи с чем можно значительно удешевить схему. Также для упрощения схемы было решено отказаться от цифровой индикации прошедшего или оставшегося времени — поскольку установленная выдержка явно видна по положению ручек переключателей.

    С учетом данных требований за основу принята схема [2], которая  была доработана и усложнена — в нее были добавлены два электромагнитных реле, одна микросхема и два транзистора. Также, поскольку установка питалась от бытовой сети переменного тока напряжением 220 В, был изменен блок питания. В итоге получилась конструкция (см. рисунок), способная отрабатывать выдержки в двух диапазонах — 1…99 сек. (1,5 мин) и 1…99 мин. (1,5 часа) с дискретностью, соответственно, 1 сек. и 1 мин., в которой значение выдержки устанавливалось двумя переключателями на 10 положений (десятки и единицы).


    Кратко рассмотрим работу схемы таймера. Более подробно алгоритм работы микросхем DD1–DD3 описан в [2].

    При нажатии кнопки КН1 "Пуск” одни ее контакты замыкают питающую цепь 220 В и блок питания, состоящий из трансформатора ТР1, выпрямительного мостика VD3–VD6 и стабилизатора на микросхеме DA1 начинает вырабатывать напряжение 12 В для питания реле К2 и 9 В для питания всей остальной части схемы. Через другие контакты кнопки КН1 в это время подается логическая единица на входы сброса микросхем DD1–DD3 и триггера, собранного на элементах DD5.4 и DD5.2. Триггер устанавливается в исходное состояние и через транзистор VT3 включает питание обмотки реле К2, которое своими контактами К2.1 замыкает цепь питания нагрузки, а контактами К2.2 блокирует кнопку КН1.

    Генератор секундных и минутных импульсов с кварцевой стабилизацией частоты собран на специализированной "часовой” микросхеме DD1 К176ИЕ12, имеющей несколько упрощенные функциональные возможности по сравнению с К176МЕ18 и поэтому у многих радиолюбителей не находящей применения. Ее можно заменить (при соответствующем изменении схемы) на К176ИЕ5 (если нужен только "секундный” диапазон выдержек) или на К176ИЕ5 с дополнительным делителем на 60 (или какой–либо другой коэффициент — все зависит от конкретного применения таймера), если нужны и "минутные” выдержки. После отпускания кнопки КН1 начинается процесс отсчета выдержки, который индицируется миганием светодиода HL1 с частотой 1 Гц. Через переключатель SA1 "Мин.–Сек.” соответственно, минутные или секундные импульсы поступают на два последовательно включенных десятичных счетчика с дешифраторами DD2 и DD3. С выходов дешифраторов через пакетные переключатели на 10 положений каждый, которыми устанавливается требуемая выдержка, сигналы поступают на схему совпадения на элементе DD5.1. Когда счетчики "досчитают” до установленной выдержки (положение обоих переключателей "на нуле” имеет смысл только для тестирования установки, поскольку выдержка моментально прервется при отпускании кнопки КН1), схема совпадений переключит триггер DD5.4–DD5.2 в другое состояние и питание реле К2 (и, соответственно, нагрузки) отключится.

    Но в этот момент с выхода элемента DD5.1 через транзистор VT2 будет подано питание на обмотку реле К1, которое своими контактами зашунтирует контакты кнопки КН1 и реле К1.2, и питание схемы не прервется. Так будет продолжаться в течение одной минуты (или одной секунды, в зависимости от положения переключателя "Мин.–Сек.”). В это же время сигнал с выхода схемы совпадений, инвертированный элементом DD4.2, попадет на вход элемента DD4.1 и разрешит прохождение через него трех импульсных последовательностей с микросхемы DD1: 1024 Гц, 2 Гц и 128 Гц (три сигнала использованы для получения характерного "хриплого” звука, отличающегося от подавляющего большинства отечественных электронных будильников). Суммарный сигнал с выхода элемента DD4.1 подается через транзистор VT1 на динамик, сигнализируя об окончании выдержки. После прихода на микросхему DD2 следующего тактового импульса сигнал на выходе схемы совпадений станет неактивным и реле К1 выключится, обесточив всю схему.

    Также отключить таймер можно, нажав на кнопку КН2 "Стоп”, которая разрывает цепь 220 В блока питания. Примерно через полсекунды удержания этой кнопки конденсатор C5 разрядится и реле К2 отпустит.

    Схема включения микросхем DD1–DD3 стандартна, хотя для DD1 конденсатор C1 и резистор R5 можно не устанавливать (только вместе). Резистор R1 определяет рабочий ток светодиода, R2 подает логическую единицу на неиспользуемый счетный вход счетчика. Счетчики DD2 и DD3 включены на счет импульсов, соответственно, по положительному и отрицательному фронтам. Резисторы R8, R4 и R7 подают логический ноль на входы сброса микросхем в те моменты, когда кнопка КН1 и переключатели SA2–SA3 разорваны. Конденсатор C4 предохраняет от дребезга контактов в кнопке КН1 при сбросе. Диоды VD1 и VD2 защищают транзисторы от бросков напряжения самоиндукции электромагнитных реле.

    Реле К1 — герконовое, с напряжением срабатывания около 5 В. Для увеличения искрового зазора в контактах они включены последовательно. Реле К2 было использовано от импортного холодильника, что видно из его обозначения (у него достаточно мощные контакты), а поскольку напряжение его срабатывания оказалось около 9,5 В, то было применено питание от напряжения 12 В, в то время, как вся схема питается от 9 В. Вообще же реле можно использовать любые с подходящими контактами.

    Звукоизлучатель BF1 — малогабаритная динамическая головка сопротивлением 8 Ом, вместо него можно использовать любой подходящий по напряжению питания и громкости звучания. Некоторые динамики для лучшего звучания следует зашунтировать цепочкой R3–C3 (сопротивление резистора R3 должно быть меньше сопротивления динамика). В случае использования пьезоэлектрической "пищалки” ее следует зашунтировать разрядным сопротивлением.

    Трансформатор ТР1 был взят от импортного кассетного магнитофона, здесь можно использовать любой с напряжением на вторичной обмотке около 12–15 В и рабочим током, превышающий рабочий ток электромагнитных реле (сумму их токов — они являются основными потребителями энергии). Диодный мостик можно собрать из отдельных диодов, например, КД202 или любых других подходящей мощности. Микросхема стабилизатора DA1 установлена без радиатора. Конденсаторы C5 и C6 — любые электролитические, а C7, C4 и C3 — керамические, высокочастотные. Такими же керамическими конденсаторами зашунтированы выводы питания микросхем — по одному на каждые два корпуса.

    Транзисторы можно использовать любые подходящие по мощности с коэффициентом усиления не менее 50, микросхемы можно заменить на аналоги из других КМОП–серий. Резистор R9 можно уменьшить до 5 кОм, а R2 и R10 вообще исключить (заменив перемычками).

    Кнопки должны выдерживать напряжение 220 В (были использованы изготовленные на основе больших концевых выключателей). К переключателям же SA1–SA3, напротив, никаких особых требований не предъявляется.

    Схема была собрана на печатной плате размерами 50х200 мм. и помещена в корпус размерами 50х60х220 мм. (кроме динамика, который для большей громкости звучания был закреплен снаружи).

    Работа с таймером заключается в установке выдержки переключателями и нажатии кнопки КН1 для включения кварцевой лампы. В случае, если нужно прервать выдержку или звучание звукового сигнала — следует нажать кнопку КН2. При необходимости начать выдержку заново (например, если кварцевая лампа не сразу выходит на номинальную яркость) следует просто еще раз нажать кнопку КН1.

    Справедливости ради следует отметить, что описываемая в настоящей статье схема была разработана и изготовлена ранее, чем [4] опубликована (да и техническому заданию отвечала полностью — бóльшая длительность выдержки была просто не нужна). Но если кому–либо понадобится диапазон выдержек в пределах суток, то приведенную здесь схему можно легко доработать, добавив еще один счетчик–делитель на 15 (или, для упрощения схемы, на 16, что будет несколько непривычно при установке выдержки, но решается соответствующей градуировкой шкалы переключателей SA2 и SA3), подключив его вход к выводу 10 микросхемы DD1, а выход — к переключателю SA1. После этого переключатель SA1 будет переключать диапазоны выдержек 1…99 мин и 15 мин…25 часов (или 16 мин…26 часов — с минутами — при делителе на 16), если его оставить на два положения (теряется "секундный” диапазон или можно "пожертвовать” минутным — все зависит от условий применения), а если SA1 взять на три положения, то общий диапазон выдержек такого таймера будет составлять 1 сек…25–26 часов (при добавлении всего одной–двух микросхем)!

    Теперь звуковой сигнал после окончания выдержки будет звучать 15 (или 16) минут (в новом "суточном” диапазоне). Дискретность же (точность) задания выдержки будет составлять 15 минут (или также 16) в "суточном” диапазоне (в остальных — без изменений), что можно признать вполне удовлетворительным (ну подумайте, если какой–либо электроприбор включен, скажем, в течение 20 часов — по большому счету, кто заметит разницу в ±15 минут?!!).

    Таким образом, в новом диапазоне переключатель SA2 будет переключать выдержку с шагом 15 минут до 2,5 часов, а SA3 — с шагом 2,5 часа до 25 часов (при использовании счетчика–делителя на 16 все несколько сложнее — см. значения выдержек в таблице).

    Переключатель

    Положения ручек переключателей

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    9

    SA2

    0

    16 мин

    32 мин

    48 мин

    1 час 4 мин (64 мин)

    1 час 20 мин (80 мин)

    1 час 36 мин (96 мин)

    1 час 52 мин (112 мин)

    2 час 8 мин (128 мин)

    2 час 24 мин (144 мин)

    SA3

    определяется только SA2

    2 час 40 мин + SA2

    5 час 20 мин + SA2

    8 час + SA2

    10 час 40 мин + SA2

    13 час 20 мин + SA2

    16 час + SA2

    18 час 40 мин + SA2

    21 час 20 мин + SA2

    24 час + SA2

    Как вариант можно предложить добавить в схему не делитель на 15, а еще один счетчик К561ИЕ8 (такой же, как DD2 и DD3), включив его после DD3, и еще один переключатель (аналогичный SA2 и SA3) для установки сотен единиц времени (т. е. секунд или минут). При этом придется поменять местами элементы DD4.2 и DD5.1 для увеличения количества входов схемы совпадения. При этом функциональные возможности таймера расширяются также почти до "заоблачных” высот — получаются диапазоны выдержек 1…999 сек (16 мин 39 сек) и 1…999 мин (16 час 39 мин) с точностью, соответственно, 1 сек и 1 мин!

    Или включить счетчик–делитель на 10 в разрыв провода между 4 и 7 выводами микросхемы DD1 (до переключателя SA1) и отсчитывать выдержки десятисекундными (ведь редко кому действительно нужна точность "до секунды”) или десятиминутными интервалами — да мало ли какие варианты может использовать опытный электронщик (для не очень опытных: пишите по email — поможем!).


    Steve Key

    Литература:

    1. Лоенко В. Реле времени — таймер. — Радиоежегодник–91. Издание для досуга, М.: Патриот, 1991, с. 81.

    2. Мальцев В. Простой таймер. — В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып. 104, 1989, с. 46.

    3. Дробница Н. Реле времени. — В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып. 98, 1987, с. 20.

    4. Клевцов О. Универсальный цифровой таймер. — Радиохобби, №6, 2000, с. 42–43.

    Поиск по сайту
    Не наши деньги

    Copyright Steve KEY Laboratory © 2017