Принцип работы и области применения
Электромагнитное реле времени потребляет мало электроэнергии
Самый простой пример, позволяющий понять принцип работы реле, – заведенный на определенное время механический или электронный будильник. Для получения полноценного таймера к нему добавляется исполнительное устройство, выполняющее нужную функцию – подачу питания на люстру или вентилятор, например. Порядок работы такого реле:
- Как только установленный на таймере (часах) временной интервал истек, сигнал управления поступает на катушку реле.
- Сразу вслед за этим его рабочие контакты размыкают или замыкают питающую цепь.
- В результате отключается или включается подсоединенный к ней прибор.
В реальных устройствах подобный режим работы реализуется с учетом заранее заданной задержки по времени.
Таймеры различного типа широко применяются для управления функционированием промышленных установок, а также при включении и отключении бытовых приборов. В качестве коммутируемых домашних нагрузок обычно используются:
- осветительные приборы любого класса;
- различные образцы климатического оборудования;
- вентиляционные системы и подобные им устройства.
Перед тем как сделать таймер включения и выключения электроприборов своими руками, потребуется ознакомиться с разновидностями этих устройств.
Виды реле
Простое реле времени на двух транзисторах
По типу используемого в схеме коммутации выходного элемента известные образцы реле времени делятся на следующие виды:
- релейные системы, основным переключающим звеном которых является рабочий контакт;
- транзисторные коммутаторы на ключевых полупроводниковых элементах;
- симисторные или тиристорные переключатели.
Первый из вариантов мало пригоден для самостоятельного изготовления, поскольку схема его сравнительно сложна – содержит слишком много элементов.
Схемное решение на тиристорах рекомендуется выбирать, когда подключаемая нагрузка нечувствительна к форме напряжения питания.
Детали и конструкция
Постоянные резисторы могут быть типа С1-4, С1-10, С1-14, С2-23, МЯТ, РПМ и аналогичные соответствующей мощности. Переменный резистор R4 предпочтительнее применить малогабаритный импортный. При использовании отечественного следует учитывать, что «наши» переменные резисторы могут иметь отклонение более 40 % от указанного на корпусе номинала, что усложнит настройку.
Автор применил импортный переменный резистор сопротивлением 99,2 кОм от узла настройки на канал от телевизора-радиоприёмника «Siesta». Ось применённого резистора пластмассовая, на неё надета регулировочная ручка из полистирола.
Дисковый варистор MYG10-471 можно заменить на FNR-10K471, FNR-14K471, INR14D471, INR14D511. Все дроссели малогабаритные промышленного изготовления от компьютерных устройств.
Если сопротивление обмотки дросселя L1 будет меньше 4 Ом, то последовательно с ним нужно включить проволочный резистор мощностью 2 Вт, если больше 7…8 Ом, то, возможно, придётся уменьшить максимальную мощность подключаемой нагрузки. Конденсаторы С1, С3 — С6 — высоковольтные керамические. Конденсатор С8 — SMD, устанавливают как можно ближе к выводам питания DD1.
Оксидные конденсаторы — импортные аналоги К50-68. Конденсатор С7 — плёночный К73-17, К73-24 или импортный аналог.
Диодный мост G2SBA60 рассчитан на ток 2А и напряжение 600 В, можно заменить на GBL06, RBV-406FI, G2SB60, или, например, на четыре выпрямительных диода 1N5406, КД226Г,1 N4006, КД243Ж, КД247Д. Этими же диодами можно заменить диоды 1N4005, 1N4007. Вместо диода FR107 подойдёт UF4007, FR157, FR207, FM207. Диод Шотки SR360 можно заменить на SR306 или MUR460, UF5403, FR303G, SRP300J.
Диод 1SS176S можно заменить на любой из серий 1 N914, 1 N4148, КД512,КД521, КД522.
Стабилитрон GZS12Z можно заменить на 1N4742A, BZV55C-12, TZMC-12 или отечественный 2С212Ц, КС212Ц. Вместо стабилитрона BZV55C-18 подойдёт 1N4746A, TZMC-18. Стабилитрон GZC5.1Z можно заменить на 1N4733A, BZV55C-5V1, TZMC-5V1.
Можно попробовать установить на место VD6 отечественный стабилитрон 2С151Т1. При установке на место ZD1 и, или VD5 отечественных стабилитронов, можно получить неработающую конструкцию или повредить из-за перегрева мощные полевые транзисторы.
Светодиоды RL30-CB744D синего цвета свечения и RL30-DR344S красного — с повышенной светоотдачей. Можно заменить любыми аналогичными, например, из серий КИПД21, КИПД40, КИПД66, L-1513.
Одним из таких светодиодов можно заменить АЛ307К. Вместо оптрона РС817 подойдёт любой четырёхвыводный РС817, PS817S, PS2501-1, РС814, РС120, РС123SFH617А-2, LTV817.
Транзистор 2SA1266 можно заменить на любой из серий SS9015, ВС557, КТ3107, КТ6112. Вместо КТС9013 может работать любой из ВС547, SS9013, SS9014, 2SC1815, КТ3102, КТ645, КТ6111.
Основное требование к VT2 — малый обратный ток коллектора. Полевой транзистор VT1 при мощности нагрузки до 30 Вт работает без теплоотвода. При мощности нагрузки 16 Вт (лампа накаливания) падение напряжения на открытом канале сток-исток не превышает 50 мВ, а с нагрузкой 60 Вт не более 200 мВ. Вместо 2SK1118 можно установить BUZ40B, IRFP450, IRF450, TSD2M450V, КП787А.
Лучшим вариантом на место VT1 будет современный полевой транзистор SPP20N60S5 или STW20NB50, MTW20N50E, SPW47N60C3. Вместо полевого транзистора SSS6N60A подойдёт SSS7N60B, SSS6N60A, SSP10N60B, P5NK60ZF, 2SK2562, P4NK60ZFP. При монтаже полевых транзисторов их необходимо защищать от пробоя статическим электричеством.
Кнопка SB1 любая малогабаритная со свободно разомкнутыми контактами без фиксации положения с пластмассовым толкателем. Если у кнопки есть металлическая обойма, то её соединяют с «минусом» VD1. Этим уменьшается вероятность негативного воздействия на DD1 разряда статики при приближении пальца к толкателю кнопки.
Вместо клавишного выключателя KCD-2011 подойдёт MR21, SWA206A, KCD1-101. Вместо микросхемы TL431A подойдёт любая в корпусе ТО-92 из LM431ACZ, AZ431, AN1431T.
Приборы с механической шкалой
Одним из приборов, который имеет механическую шкалу, является бытовой таймер. Работает он от обычной розетки. Такой прибор позволяет управлять домашней техникой в определенном диапазоне времени. В нем установлено «розеточное» реле, которое ограничено суточным циклом срабатывания.
Для использования суточного таймера его нужно настроить:
- Приподнять все элементы, которые располагаются по дисковой окружности.
- Опустить все элементы, которые отвечают за настройку времени.
- Прокручивая диск, установить его на текущий промежуток времени.
К примеру, если элементы опущены на шкале, отмеченной цифрами 9 и 14, то нагрузка активируется в 9 часов утра и будет выключена в 14:00. За сутки можно создать до 48 включений аппарата.
Для этого нужно активировать кнопку, которая находится на боковой части корпуса. Если ее запустить, таймер включится в срочном режиме, даже если он был включен.
Альтернативные варианты
Таймера для инкубатора собирается и на платах типа:
- MC14536BCP;
- CD4536B.
Эти микросхемы отличаются тем, что имеют более высокий диапазон питания, до 18 В. На практике получаем расширение по мощности используемых транзисторов, соответственно время паузы и работы увеличивается.
Механизм настройки точно такой же:
- отмерять мигание диода;
- закоротить резистор, отвечающий за паузу;
- замерять точное время работы;
- установить параметры;
- поместить плату в защитный корпус.
В бытовом применении необходимость в подобных решениях возникает редко. Однако на базе указанных плат легко можно сделать реле времени для нагревательного элемента, а в дальнейшем модернизировать его и использовать в качестве автоматики для кормления и подачи воды цыплятам.
В специализированных магазинах продаются уже готовые таймеры для инкубаторов. Поценные варианты в большинстве случаев сделаны в Китае, поэтому качество их работы не всегда находится на высоком уровне.
Сделать реле времени самостоятельно не сложно. Процесс не займет больше 30-40 минут. В результате получите надежную автоматику, четко заточенную под параметры вашего инкубатора.
На базе микросхемы К176ИЕ5: подробная инструкция
Таймер для инкубатора на К176ИЕ5 с печатной платой практически не нуждается в настройке.
Возможны два варианта:
- Длительная задержка цикла. Находим резисторы R3 и R4, они отвечают за время работы и паузы. Чем выше сопротивление резистора, тем длиннее цикл. Чтобы узнать временной промежуток, нужно засечь, сколько проходит между миганиями диода, и умножить полученную цифру на 32. Подобное реле времени для инкубатора будет переворачивать лотки с яйцами раз в 3-5 часов. При увеличении времени паузы стабильная работа схемы не гарантируется. Кроме того, в этом случае период работы будет близок периоду паузы. Это чревато тем, что яйца будут крутиться как на вертеле на протяжении тех же 3-5 часов.
- Кратковременная задержка цикла. Закоротить резистор R4, отмерить продолжительность 32 миганий и установить фактическое время работы. В этом случае пауза также составит 3-5 часов, однако работу цепь будет выполнять всего 30-50 секунд. Этого вполне достаточно для поворота среднего лотка с куриными яйцами на 180 градусов. Чем крупнее размер, тем меньше ход. Конкретные параметры необходимо настраивать в соответствии с типом яиц, размерами лотка и поворотным механизмом.
Типовой набор комплектующих:
- транзисторы КТ315;
- Реле – РЭС-6, РЭС-22;
- R3 – единицы кОм;
- R4 – сотни кОм, единицы мОм;
- дополнительные резисторы проверяются через диод 9 В и выше.
Для удобства использования рекомендуется сделать деревянную коробку для фиксации платы. Поскольку периоды паузы и работы контролируются только за счет резисторов, настроить таймер достаточно просто.
Самодельное устройство долговечно и не нуждается в уходе. Опасаться нужно механических повреждений. К поломке часто приводят и некачественные детали. Если в базовую плату вносятся изменения и происходит замена резисторов или транзисторов, они должны быть рассчитаны на соответствующую нагрузку.
Не стоит использовать данный таймер для решения нескольких задач, одно устройство включает и выключает конкретную цепь. Для автоматизации других процессов нужно новое реле времени.
Схема импульсного блока питания
Принципиальная схема импульсного блока питания, используемого совместно с таймером, показана на рис. 2. Это восстановленная по печатной плате схема источника питания промышленного изготовления типа FJ-SW1210X, который ранее использовался для питания «автомобильного» телевизора от сети переменного тока.
Обозначения дополнительно установленных деталей начинаются с цифры «1». Схема блока питания относительно стандартная. Напряжение сети переменного тока поступает на мостовой диодный выпрямитель D1 — D4 через помехоподавляющие дроссели 1L1, 1L2, терморезистор RT1 и плавкий предохранитель FUSE. Конденсатор С102 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения.
На мощном высоковольтном полевом транзисторе Q102 собран узел преобразователя напряжения. Демпфирующая цепочка реализована на D107, R102, С103. Резистор R105 — датчик тока Q102.
При росте тока через открытый переход Q102, растёт напряжение на выводах резистора R105. Когда оно становится выше 0,7 В, Q1 открывается и шунтирует затвор — исток Q102. Полевой транзистор закрывается.
Резистор R101 нужен для запуска преобразователя после подачи напряжения питания. Стабилитрон ZD1 защищает полевой транзистор от пробоя изоляции затвора. На интегральной микросхеме ІС3 реализован узел стабилизации выходного напряжения, которое задаётся резисторами R202, R201.
Чем больше сопротивление R202, тем выше выходное напряжение блока питания.
Если по различным причинам выходное напряжение БП стремиться увеличиться, то растёт ток через светодиод оптрона ІС1. Это приводит к увеличению тока через фототранзистор оптрона, что приводит к открыванию Q101, таким образом осуществляется стабилизация напряжения на выходе БП.
При неисправности цепи стабилизации возможен мгновенный выход из строя диода Шоттки D201. Конденсаторы С201 и С203 сглаживают пульсации выпрямленного напряжения 12 В. Конденсатор С202 предотвращает самовозбуждение ІС1. Светодиод HL1 светит при наличии напряжения на выходе БП.
Рис.2. Принципиальная схема импульсного блока питания на напряжение 12В и ток 1,2А.
Функции и принцип работы
Устройство является типовым реле времени, которое работает по принципу размыкания электрической цепи через равные промежутки времени. Так задается алгоритм на включение и выключение основных узлов. Таймер автоматизирует процесс поворота лотков в инкубаторе и максимально упрощает уход за яйцами.
Основные задачи:
- включение или отключение освещения;
- регулирование температуры;
- принудительная вентиляция;
- реализация переворота для инкубатора.
Важно отметить, что не каждая микросхема подходит для перенастройки в реле времени. Главное условие – высокое сопротивление подключаемого элемента при низком напряжении тока
Рекомендуется применять платы собранные по КМОП технологии, т.е. с наличием n и p канальных транзисторов.
Чтобы реле было надежным и долговечным, нужно использовать специализированную схему подключения. Наиболее простые в реализации:
- К176ИЕ5;
- КР512ПС10.
Первый таймер выполняет цикл:
- включение;
- настраиваемая пауза;
- подача импульсов на светодиод (32 шт.);
- отключение резистора;
- подача заряда на узел;
- размыкание цепи;
- повтор.
Главное достоинство данной схемы в ее простоте. Любой шаг может быть настроен в соответствии с особенностями технологического процесса созревания яиц.
Схема К176ИЕ5
Схема КР512ПС10 не намного сложнее, однако обладает расширенным функционалом, который достигается за счет наличия предустановленных входов с заданными коэффициентами деления. Для наглядности рассмотрим чертеж:
Схема КР512ПС10
Чтобы задать временной интервал, необходимо настроить R1, C1 и установить соответствующее число перемычек. Доступные конфигурации:
- 0,1-60 секунд;
- 1-60 минут;
- 1-24 часа.
При необходимости есть возможность расширить временной интервал до 2-3 суток, однако это потребует установки более мощных резисторов. В отличие от предыдущей схемы, КР512ПС10 работает нециклично, доступны два режима:
- переменный, задается перемычкой S1, цепь размыкается через равные промежутки, время работы равно времени простоя;
- постоянный, цепь включается с установленной задержкой и не размыкается до тех пор, пока не отключить питание.
Обе схемы продаются в магазинах радиотоваров. Если воспользоваться инструкцией, их подключение не вызовет сложностей даже у новичков
Рассмотрим, как сделать самодельный таймер для инкубатора, и определим основные моменты, на которые стоит обратить внимание
Ham Radio Site by UN7PPX
Конструкции радиолюбителей
ГлавнаяКонструкции
| Таймер |
А.ПУХЛИЧЕНКО,
п.Викторополь, Белгородской обл.
«Радиодизайн» №10 2002г.
Таймер—одно из наиболее
распространенных устройств автоматики,
используемых в быту. Он может служить в качестве
будильника, для включения и выключения различной
радиоэлектронной аппаратуры и других бытовых
устройств. Простота схемы обусловлена в основном
применением микросхемы КР512ПС10 (DD1), обладающей
широкими возможностями. Микросхема имеет
встроенный генератор импульсов, частота
которого определяется параметрами внешней
цепочки R2-C2, а также делитель частоты и два
счетчика. Коэффициент деления частоты задается
комбинацией логических уровней на входах MD1…MD5
С
выхода Q1 (вывод 9) DD1, прямоугольные импульсы,
имеющие скважность 2 (меандр), с заданной частотой
поступают на вход счетчика DD2. Он имеет десять
выходов, на одном из них всегда присутствует
напряжение высокого уровня (на остальных —
низкого)
При работе счетчика на выходах
последовательно появляется напряжение высокого
уровня. На микросхеме DD3 К561ЛА7 выполнен звуковой
сигнализатор (элементы DD3.1, DD3.2 образуют тактовый
генератор, который управляет генератором
звуковой частоты на элементах DD3.3, DD3.4). К выходу
сигнализатора подсоединен усилитель звуковой
частоты на транзисторе VT1, нагрузкой которого
является телефонный капсюль ДЭМШ-1А. Узел
начальной установки микросхем DD1 и DD2 выполнен по
известной схеме и состоит из дифференцирующих
цепочек R1-C1 и R4-C5. Рассмотрим работу таймера. В
момент включения короткий положительный
импульс, сформированный дифференцирующими
цепочками, подается на входы сброса (SR и R) DD1 и DD2.
На выходе 0 (вывод 3) DD2 появляется высокий уровень.
Таймер начинает отсчет времени. На выходе (вывод
9) микросхемы DD1 появляются прямоугольные
импульсы, частота следования которых зависит от
номиналов R2, С2 и установленного коэффициента
деления. Эти импульсы подаются на вход DD2. По мере
поступления импульсов уровень логической
«1» будет поочередно появляться на выходах
DD2. Через заданное время, определяемое положением
движка переменного резистора R2 и переключателя
SA1, на входе DD3.1 появляется логическая «1», и
запускает звуковой сигнализатор, что
свидетельствует об истечении выдержки времени.
Для коммутации цепей переменного тока
используется электронное реле на транзисторе VT2,
которое через заданный промежуток времени
включает или выключает нагрузку (магнитофон,
радиоприемник и т.п.). Электронное реле
подключается к переключателю SA1 (в точку А) вместо
звукового сигнализатора.
Правильно собранный из исправных деталей, таймер
сразу же начинает работать. Необходимо только
при помощи секундомера отградуировать шкалу
переменного резистора R2 (при этом SA1 должен быть
подключен к выводу 2 DD2).
Данный таймер обеспечивает выдержку времени от 30
с до 9 часов. Выдержка времени устанавливается
резистором R2 и переключателем SA1. При желании
диапазон выдержки времени можно изменить,
соответственно изменив номиналы R2, С2 или
коэффициент деления DD1. Для удобства пользования
R2 необходимо снабдить шкалой. Данный таймер, при
необходимости, можно усовершенствовать.
Точность установки времени можно повысить,
заменив R2 набором постоянных резисторов и еще
одним переключателем. В качестве С2 необходимо
применить конденсаторы с малой утечкой (К10-17).
Реле — РЭС22, МКУ48 или другое, рассчитанное на
напряжение срабатывания 12 В и предназначенное
для коммутации цепей переменного тока.
Литература:
1. А.Иванов. Генератор прямоугольных импульсов
инфранизкой частоты на КР512ПС10. — Радио, 1991, N12,
С.32.
Используются технологии uCoz
512ПС11
Любопытная микросхема из относительно поздних разработок серии —
в справочниках она встречается уже только с середины 90-х годов.
512ПС11 представляет собой КМОП БИС преобразователя частота-код, предназначенную
для преобразования аналоговой информации частотных датчиков в 16-разрядный двоичный
либо двоично-десятичный код для последующей цифровой обработки,
а также для создания частотомеров, измерителей интервалов времени,
таймеров, делителей с произвольным коэффициентом деления.
Справочный лист на неё.
В структурную схему БИС входят два счетчика (периодов и импульсов), позволяющих
организовать сравнения двух частот. Микросхема имеет два режима работы: однократного
преобразования частоты и непрерывного преобразования частоты в код. БИС может
использоваться в системах с ограниченным энергопотреблением.
Производитель здесь тоже довольно необычен — это
малоизвестный московский завод «Цвет». Причем 1993 год — последний, когда на нём ещё
жило производство, так что микросхема из самого конца истории…
1. Каталог интегральных микросхем. Том 1. Центральное конструкторское бюро. 1986.
2. Микросхемы интегральные народнохозяйственного
назначения. Группа 6331. Сборник справочных листов. РД 11 0435.2-88.
Издание официальное. ВНИИ «Электронстандарт», 1989
3. АИПС «Меркурий». Каталог интегральных микросхем. Часть 2.
Приборы производственно-технического назначения и народного потребления. —
ЦКБ «Дейтон», редакция 1990г.
4. Каталог. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Часть 2. Условные графические обозначения,
назначения выводов и габаритные чертежи корпусов. — ГУП Центральное конструкторское бюро «Дейтон», 1998.
5. Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги:
Справочник. Т. 4. — М.: ИП РадиоСофт, 1999.
6. «Пульсар». Прошлое… Настоящее… Будущее… : Очерки об истории
полупроводниковой электроники / Под ред. A. Г. Васильева — М. : Техносфера,.
Программа
Придумали с кнопками так:
- Правая кнопка — долгое нажатие, смена режимов, их три — Таймер, Секундомер, Игры
- Правая кнопка — одиночное нажатие, смена подрежима. У таймера — это выбор предустановленных времен, у секундомера — выбор обычного секундомера и с подтверждением, у игры — соотв. Различные игры
- Левая кнопка — одиночное нажатие — старт/стоп или ход в игре, долгое нажатие — режим настройки, программирования
С индикатором так:
- Когда выбран таймер — то сразу выводится некое число из предустановленных настроек (Например 5,15,30 минут), их можно перепрограммировать, хранятся в ПЗУ
- Когда выбран секундомер — то 000
- Когда игры — L — лото, 6 — бомба, С — кубик.
- На индикатор цифры выводятся хитро, так как разряда только три, то выводим максимальное число значащих элементов. Например, таймер — 200 минут 30сек — то выводим 200., если таймер 10мин 15с, то выводим 10.1, если 1 минута 25с, то 1.25. При этом чтобы понимать, что таймер или секундомер запущен, точка мигает в такт секундам.
- Когда секундомер остановлен, например на 10 мин 25с то показываем попеременно 10. и .25, раз в секунду, чтобы видеть и секунды тоже.
Программа оказалась не такой простой, сын писал ее почти 3 недели в школьное время, с небольшой моей помощью. Очень много условий, разные флажки — старт, стоп, работа с памятью и т. д. Но результатом он был очень доволен.
