Аквариумный таймер, работающий в режиме циклической генерации, сегодня не новость для радиолюбителей. Промышленность (в том числе зарубежная) бьет все рекорды по выпуску электронных и электромеханических таймеров, программируемых для выдержки времени в определенные дни и часы недели (и месяца). Конкуренция в области производства таймеров бытового предназначения выросла за пару лет в разы. Однако для радиолюбителя-практика и сегодня актуально создание собственных схем, вместо предлагаемых промышленностью.
Одна из схем подобного назначения, воплотившая наиболее простое схемное решение, представлена на рис. 1.10.
Особенности устройства — в полуавтоматическом режиме работы. При наступлении рассвета (включении освещения в комнате, где установлены фотодатчики) электронное устройство издает кратковременный звуковой сигнал и включает слаботочное электромагнитное реле К2. Исполнительные контакты реле К2, в свою очередь, включают лампу аквариумного освещения вместе с компрессором-помпой (на схеме не показаны). Лампа освещения и компрессор остаются включенными в течение почти 4 ч (зависит от номиналов элементов R5C2). По окончании выдержки времени лампа освещения и компрессор отключаются. При новом рассвете (новом включении света в комнате после периода затемнения) цикл работы устройства повторяется — так происходит ежедневно.
В основе устройства таймер на популярной микросхеме КР1006ВИ1. Он собран по классической схеме в режиме автогенерации импульсов большой длительности. На выходе таймера включено электромагнитное реле К2, своими контактами К2.1 оно управляет подачей напряжения на компрессор аквариума и осветительную лампу. Лампа может быть как люминесцентной (с соответствующей схемой управления), так и лампой накаливания с мощностью до 15 Вт. Более большая мощность не желательна из-за возможности перегрева и оплавления верхней крышки аквариума, в которой установлена лампа освещения. Компрессор — любой промышленный для аквариумов.
В схему введен узел управления самой микросхемой КР1006ВИ1 в зависимости от внешнего освещения. Это сделано для того, чтобы таймер и соответственно лампа освещения аквариума и компрессор включались только в светлое время суток, а ночью были не активны. Данный фоточувствительный узел собран на однотипных транзисторах VT1, VT2, нагруженных на электромагнитное реле К1. Коммутирующие контакты реле К1.1 подают питание на (или отключают от питания) микросхему DA1. При слабой освещенности однотипных фоторезисторов СФ3-1 (включенных параллельно и обозначенных единым обозначением на схеме PR1) транзисторы VT1, VT2 закрыты, соответственно реле К1 обесточено, контакты реле К1.1 с номерами 3 и 5 (согласно схеме рис. 1.10) разомкнуты и на автогенератор, собранный на микросхеме DA1, напряжение не поступает. Соответственно контакты К2.1 разомкнуты и лампа освещения аквариума, а также компрессор обесточены.
Переменный резистор R1 введен в схему для удобства регулировки порога включения транзисторного каскада VT1, VT2. Резистор R1 определяет чувствительность данного узла к световому потоку.
Если освещение фоторезисторов достаточно, например днем, сопротивление фоторезисторов PR1 мало, транзисторы VT1, VT2 открыты, реле К1 включено, на микросхему DA1 подано напряжение питания, индикаторный светодиод HL2 (аналогичный по электрическим характеристикам HL1) светится. На узел звуковой индикации подано питание. Микросхема DA1, включенная в режиме отсчета выдержки времени в соответствии с номиналами элементов времязадающей цепи R5C2, начинает отсчет времени. Реле К2 включено, лампа освещения аквариума и компрессор включены.
По окончании выдержки времени, заданной номиналами элементов R5C2 (примерно 240 мин) на выводе 3 микросхемы DA1, появляется высокий уровень напряжения, реле отпускает и контакты К2.1 размыкаются, лампа освещения погаснет, компрессор выключится.
Теперь следующее включение произойдет после того, как контакты К1.1 разомкнутся (это произойдет при недостаточной освещенности, например, вечером и ночью), а затем снова замкнутся с наступлением нового дня или включением основного света в комнате, где установлены фотодатчики PR1.
Узел звукового сопровождения подключается непосредственно параллельно к контактам питания того устройства, включение которого он призван контролировать, в данном случае параллельно питанию микросхемы DA1.
В основе этого электронного узла популярная микросхема К561ЛА7. Благодаря применению одного из ее логических элементов, а также использования капсюля со встроенным генератором звуковой частоты (ЗЧ) HA1 в схему нет необходимости вводить какие-либо генераторы импульсов или усилители к ним. Такой же узел несложно собрать и на логических элементах других микросхем КМОП (например, К561ЛЕ5, К561ТЛ1), однако наиболее простое схемное решение показано на рис. 1.10.
Схема кратковременной звуковой сигнализации основана на одном логическом элементе DD1.1 микросхемы К561ЛА7, включенном как инвертор. При подаче питания на входе элемента (выводы 1 и 2 DD1.1) присутствует низкий уровень напряжения до тех пор, пока не зарядится оксидный конденсатор С1 через ограничительный резистор R2. Пока этого не произошло, на выходе элемента (вывод 3 элемента DD1.1) присутствует высокий уровень напряжения. Он поступает через ограничивающий ток резистор R6 в базу транзистора VT3, работающего в режиме усилителя тока. Транзистор VT3 открыт, сопротивление его перехода коллектор-эмиттер близко к нулю и на пьезоэлектрический капсюль со встроенным генератором звуковой частоты НА1 подано напряжение питания.
Когда постоянное напряжение на пьезоэлектрическом капсюле со встроенным генератором НА1 окажется почти равным напряжению питания устройства капсюль переходит в режим генерации колебаний звуковой частоты.
По мере заряда конденсатора С1 через резистор R2 и внутренний узел элемента DD1.1 происходит изменение состояния выхода микросхемы. Когда напряжение на обкладках конденсатора С1 достигнет уровня переключения микросхемы, она переключится и высокий уровень напряжения на выходе DD1.1 сменится низким. Транзистор VT1 закроется. Постоянное напряжение на пьезоэлектрическом капсюле со встроенным генератором НА1 окажется почти равным нулю, и капсюль перейдет в режим ожидания.
При указанных на схеме значениях элементов R2 и С1 задержка выключения звука составит около 3 сек. Ее можно увеличить, соответственно увеличив емкость конденсатора С1. В качестве конденсатора С1 лучше использовать оксидный типа К50-29, К50-35 и аналогичный с небольшим током утечки. В обратную сторону длительность временного интервала можно легко сократить, уменьшив сопротивление резистора R2. Если вместо него установить переменный резистор с линейной характеристикой, то получится устройство с регулируемой задержкой.
Функцию данного электронного узла можно поменять на обратную — т. е. сделать так, чтобы пьезоэлектрический капсюль НА1 молчал первые 3 секунды после подачи на устройство питания, а затем все остальное время работал. Для этого оксидный конденсатор С1 и времязадающий резистор R1 следует поменять местами (с соблюдением полярности включения оксидного конденсатора — положительной обкладкой к «плюсу» питания). При этом средняя точка их подключения к выводам 1 и 2 элемента DD1.1 сохраняется. В таком варианте устройство без особых изменений можно применять для звукового сигнализатора открытой (сверх меры) дверцы холодильника. Кроме того, вариантов применения данного простого и надежного устройства бесконечно много и они ограничены только фантазией радиолюбителя.
1.8.1. Налаживание
Устройство в налаживании не нуждается. Элементы устройства закрепляют на монтажной плате. Корпус любой подходящий.
1.8.2. О деталях
Резистор R1 — типа СП3-4 или аналогичный, c линейной характеристикой изменения сопротивления. Все постоянные резисторы R2—R6 типа МЛТ-0,125 и МЛТ-0,25. Оксидные конденсаторы типа К50-29 или аналогичные. Светодиоды любые с током 5…8 мА, например, АЛ307БМ. Транзисторы VT1, VT2 типа КТ3107А — КТ3107Ж или аналогичные. Транзистор VT3 любой кремниевый, малой и средней мощности структуры n-p-n, например, КТ603, КТ608, КТ605, КТ801, КТ972, КТ940 с любым буквенным индексом.
Реле К1, К2 на напряжение срабатывания 8—12 В и ток до 30 мА. Реле К2, кроме того, должно обладать особыми свойствами коммутационных контактов, т. е. рассчитанное на напряжение коммутации не менее 250 В и ток не менее 1 А. Пьезоэлектрический капсюль может быть любым, рассчитанным на напряжение 4—20 В постоянного тока, например FMQ-2015D, FXP1212, KPI-4332-12.
Источник питания — стабилизированный, обеспечивающий выходное напряжение 5—15 В. В этом диапазоне микросхемы DD1 и DA1 функционируют стабильно.
Оксидный конденсатор С3 сглаживает пульсации питающего напряжения.
Ток потребления в активном режиме звукового сигнала с применением указанных на схеме элементов составляет 60–62 мА. Громкость звука достаточна настолько, что сигнал хорошо слышен в помещении на расстоянии до 10 м.
1.9. Устройство контроля посещений с помощью электромеханического счетчика
Электромеханические счетчики используются в промышленности для контроля состояния (счета) и фиксации показаний какого-либо устройства. При каждом воздействии постоянного напряжения на обмотку (внутри корпуса электромеханического счетчика) происходит изменение его цифровых показаний на единицу. Это достигается благодаря применению обмотки с якорем, который в свою очередь воздействует на рычаг стопорной пружины, удерживающий колесики счетчика с нанесенными на них цифрами. Управление обмоткой осуществляется постоянным током. При каждом воздействии соответствующего напряжения происходит только одно притягивание и одно отпускание якоря катушки счетчика. Электромеханические счетчики (далее — счетчики) различаются по габаритам, электрическим параметрам (напряжение, ток) и различным линейкам цифр.
Часто такой счетчик оказывается незаменим по простоте и удобству применения. Например, это касается устройств учета времени работы дизельных двигателей-генераторов, когда требуется контролировать наработку в моточасах, строительной техники, высотных кранов и во многих других аналогичных случаях. Вместо создания интегрированных электронных устройств, таким образом, можно обойтись неприхотливым и надежным промышленно изготовленным счетчиком. Счетчик содержит минимум деталей, служит десятилетиями и в нем практически «нечему ломаться».
Кроме того, такой подход в решении простых задач оправдан тем, что на механическом табло счетчик фиксирует показания, которые не сбиваются. Это дополнительный аргумент надежности конструкции. В некоторых счетчиках предусмотрен рычажок сброса всех показаний (разрядов) в ноль. В иных счетчиках сброс показаний осуществляется путем открывания крышки и «ручным» перемещением колесиков с нанесенными на них цифрами до совмещения с нулями или в другую необходимую комбинацию цифр (показаний). Крышку, надеваемую на счетчик, закрепляют винтом, проволокой или пломбируют для предотвращения несанкционированного изменения его показаний. На рис. 1.11 представлено фото счетчика фирмы Mansfeld.
Этот счетчик работает от источника постоянного напряжения 12 В. Ток потребления обмотки не превышает 15 мА. Источник питания может быть любой нестабилизированный, даже с однополупериодным выпрямлением тока. Диапазон допустимых напряжений в пределах 10–15 В.
Электрическая схема подключения счетчика представлена на рис. 1.12. Полярность подключения в данном случае значения не имеет.
1.9.1. Практическое применение устройства
На практике такое устройство с запоминанием состояния используют для контроля посещений охраняемых и складских помещений, однако его с успехом можно применять и в быту, т. е. дома, подключив схему (рис. 1.12) совместно с микропереключателем SB1, установленном на косяке (дверной коробке) входной двери. Микропереключатель (кроме указанного на схеме) любой подходящий, с группой контактов на замыкание-размыкание, например, ПД9-1, П1М9-1Т, МТС-1 и аналогичный. Кроме счетчика фирмы Mansfeld допустимо применять и другие промышленные приборы аналогичной конструкции, подключая к ним источник питания сообразно паспортным данным и электрическим характеристикам конкретного электромагнитного счетчика.
Когда дверь закрыта, контакты SB 1 разомкнуты и напряжение на счетчик не поступает. При открывании двери происходит замыкание контактов микропереключателя SB1, ток течет через электромагнит счетчика, но показания не изменяются, пока якорь электромагнита ЭМ1 не будет отпущен. Как только дверь закрывается, контакты SB1 размыкаются, якорь электромагнитного счетчика отпускает, и показания прибора посредством механического привода переустанавливаются (изменяются) на единицу. Таким образом, ведя периодический контроль с записью в специальный журнал или компьютер показаний прибора, например первого числа каждого месяца (в зависимости от частоты посещений помещения), можно с большей долей точности контролировать «проходимость» объекта. В бытовых домашних условиях устройство позволяет контролировать ситуацию — не заходил ли кто-нибудь в квартиру в отсутствие ее хозяина. Ведь, несмотря на то, что те, кто пользуется помещением, и многие среди них наделены ключами (в зависимости от состава семьи), иногда все равно важно знать, например, выходил ли ребенок из дома гулять и сколько раз. На каждое открывание-закрывание двери счетчик сработает только один раз.
Отрицательным моментом применения рекомендуемого устройства является ненадежное закрывание двери, провоцирующее дребезг контактов переключателя SB1, однако этот недостаток устраняется жесткой фиксацией переключателя к дверной коробке и периодическим контролем всех точек крепления входной двери.