Таймер периодического включения и выключения нагрузки

Таймер периодического включения и выключения нагрузки

Каждую зиму возникает одна и та же проблема. В сильные морозы замерзает ввод в дом воды из колодца. Это происходит, потому что ввод в дом сделан выше фундамента. Он хоть и утеплен минеральной ватой, но в сильные морозы замерзает. Это всегда происходит ночью, когда мы не пользуемся водой. Соответственно насос не включается, вода не прокачивается и замерзает. Был найден частичный выход. На ночь стали оставлять немножко открытый кран холодной воды. Но не всегда это помогает. Кран-буксы имеют небольшой люфт и при маленьком напоре перекрывают воду. Так возникла идея изготовления циклического таймера. Устройства, которое включало бы насос на несколько секунд и потом осуществляло бы выдержку в несколько десятков минут.

Данное устройство включает насос на 6 секунд после 20 минут выдержки, потом цикл повторяется. Подобное устройство может использоваться в системах вентиляции, капельного полива и других системах непрерывно-циклического действия. Время ожидания и работы можно менять в широких пределах.

Анализ того, что было в Интернете вызвал много вопросов.
Очень понравилось устройство в статье

Но к великому сожалению микросхема К561ИЕ5 купить невозможно. Другая статья давала слишком сложную схему.

Я выбрал принцип Калашникова. Необычайную простоту.

Прим. Емкость С1 желательно убрать. При проверке оказалось, что эта емкость не успевает разрядиться при сбросе через схему "И".

Схема собрана всего лишь на одной микросхеме – 14-разрядном счетчике CD4020 российский аналог К561ИЕ16.

Моргающий светодиод и есть генератор с частотой примерно 3 импульса за 2 секунды.

На входе для подачи тактовых импульсов С (выводе 10) микросхемы DD1 присутствуют импульсы с частотой примерно 1,4-1,5 Гц. При вспышке светодиода на входе С – высокий уровень, а при его погасании этот уровень сменяется низким. По спадам импульсов на входе С начинается счет. Высокие уровни появляется на выходах счетчика в соответствии с двоичным представлением числа пришедших на вход импульсов. Например, если на вход С пришло 16 импульсов, то на выходе Q4 вывод микросхемы №5 появится 1 или высокий уровень, на всех остальных выводах будет «0»

После подачи на устройство питания начинает заряжаться конденсатор С1 через резистор R2, на входе R микросхемы DD1 устанавливается высокий уровень, благодаря которому на всех ее выходах будет присутствовать низкий уровень.

Схема сброса работает не совсем корректно, потому что иногда после включения на выходах 1.

Мои введения.

Я ввел в схему логический элемент «И».

Это элементы R5, D2, D3. Если на на выводах Q3, Q11 ,будет 1, то схема «И» сработает и произойдет сброc микросхемы CD4020. Высокий уровень на выходе Q11 появится, если на вход С пришло 2048 импульсов, что соответствует примерно 21 минуте. В этот момент откроется транзистор VT1 и сработает реле К1. Насос включится. После прихода на вход С ещё восьми импульсов, что соответствует 6 сек., на выходе Q3 вывод №7 появится высокий уровень, сработает сброс через схему «И». Насос выключится. Потом цикл счета повторится.

Читайте также:  Блины на молоке с кабачком рецепт

Детали.

D5 любой мигающий светодиод.
Мигающий светодиод (кроме указанного на схеме) заменим L-816BRSC-B, L-56DGD, ARL-5013URC-B или аналогичным. Но в принципе, подойдет любой мигающий светодиод.

Диоды D1, D2, D3, D6 – любые из серий КД521, КД522, КД102, КД103 или 1N4148. VD 4 любой светодиод. Он используется для индикации работы счетчика. Меняет своё состояние через каждые 8 импульсов, пришедших на вход С.

Реле К1 – любое с рабочим напряжением 10… 12 В.

Модификация схемы.

Если переключить диод D3 с вывода 1 на вывод 2 микросхемы т.е. с Q11 на Q12, то выдержка (пауза) увеличится в два раза с 20 минут до 40 минут. Если переключить с Q3 физ. вывод 7 на Q4 физ. вывод 5, то время работы увеличится в 2 раза с 5-6 секунд до 10-12 секунд.

Схема проверена. Собрана на макетной плате. Видео работы ниже.

По задумке автора эта схема предназначалась в качестве реле времени для периодического включения холодильника, но благодаря своей универсальности может использоваться в быту достаточно широко. Кроме того, она достаточно наглядна и может быть интересна начинающему электронщику. Взглянем на принципиальную схему устройства.

В качестве задающего генератора используется специализированная микросхема К176ИЕ5, предназначенная для создания секундных интервалов в электронных часах. В типовой схеме включения в качестве частотозадающего элемента микросхемы используется «часовой» кварцевый резонатор на частоту 32768 Гц, у нас же роль частотозадающей цепи выполняют R1, C1, что позволило снизить частоту тактирующих импульсов на выходе (вывод 5) микросхемы до 1.5 минут. Сигнал с генератора поступает на совмещенный в одном корпусе счетчик-дешифратор К176ИЕ8. Таким образом, в процессе работы этого узла на выходах 0 – 9 микросхемы DD2 поочередно появляется логическая «1».

Самый первый выход дешифратора (вывод 3) постоянно подключен к входу установки RS-триггера, собранного на микросхеме DD3. Вход сброса же этого триггера может подключаться к любому из 9-ти выходов дешифратора при помощи переключателя SA1. Сам триггер управляет транзистором VT1, который в свою очередь включает или выключает электромагнитное реле К1. Таким образом, самый первый импульс с генератора включает нагрузку, а выключается она сигналом с того вывода дешифратора, к которому подключен вход сброса триггера. Это позволяет выключать нагрузку через 1-9 тактов генератора.

Посте десятого импульса счетчик микросхемы DD2 обнуляется и высокий уровень на его выходе 0 вновь включает нагрузку. Процесс повторяется. Изменяя положение переключателя SA1, очевидно, можно изменять отношение времени включенной нагрузки к выключенной. При необходимости интервал времени можно увеличить или уменьшить, изменив номиналы C1 и R1 частотозадающей цепи.

Читайте также:  Чем удалить маркер с линолеума

В конструкции автор использовать электромагнитное реле РЭС64 с паспортом РС4.569.724 (725, 726). На месте VT1 могут работать КТ315, КТ503. Микросхемы серии 176 можно заменить аналогичными серии 561. Питать устройство можно от любого стабилизированного источника напряжением 8 – 9 В. В качестве примера ниже приведена схема блока питания с простейшим параметрическим стабилизатором. В качестве трансформатора Т1 подойдет любой, способный выдать на вторичной обмотке напряжение 9 – 12 В при токе не менее 50 мА.

Собранный без ошибок и из исправных деталей регулятор в настройке не нуждается, частота задающего генератора, как я уже писал, при необходимости изменяется цепочкой R1, C1.

А.Н. Евсеев «Электронные устройства для дома», 1994 г.

В качестве справочных материалов при повторении конструкции можно использовать:

Отлучаясь от своих жилищ, некоторые владельцы квартир оставляют дома автомат, который каждый вечер на несколько часов включает освещение в квартире, создавая иллюзию того, что в доме кто-то есть. Хотя автомат можно использовать и для других задач, которые подразумевают периодическое включение и выключение сетевой нагрузки.

Отличительная особенность представленного автомата является довольно большой диапазон продолжительности выдержки, который подбором номиналов некоторых деталей можно сделать от единиц минут до нескольких дней. Этого удалось достичь благодаря применению во времязадающей цепи конденсатора С2 с двойным электрическим слоем ионистора. В устройстве имеются два независимых регулятора, которыми устанавливают продолжительность «Работы» (R5) и «Паузы» (R6).

Основой автомата является мультивибратор на операционном усилителе (ОУ) DA1, управляющий работой генератора коротких импульсов, выполненного на однопереходном транзисторе VT1, — он, в свою очередь, обеспечивает открывание симистора VS1. Питается генератор от сети через выпрямитель на диодах VD5, VD6 с балластным конденсатором С5. Для питания мультивибратора установлен параметрический стабилизатор, состоящий из балластного резистора R7 и стабилитронов VD1, VD2.

Мультивибратор собран по известной схеме с времязадающим конденсатором С2 и независимыми цепями его зарядки (VD3, R1, R5) и разрядки (VD4, R2, R6). Конденсатор разряжается и заряжается не полностью, а между двумя значениями напряжения (примерно 5,2 и 4,2 В), определяемого резисторами R3 и R4 и напряжением питания ОУ. Это сделано для того, чтобы не превысить рабочее напряжение конденсатора и иметь возможность реализовать малые выдержки при малом зарядном и разрядном токах.

Мультивибратор вырабатывает прямоугольные импульсы, длительность их и пауз между ними зависит, как было сказано выше, от установленных сопротивлений переменных резисторов. Когда на выходе ОУ будет напряжение, близкое к питающему (режим «Работа»), начнет работать генератор на однопереходном транзисторе. Импульсы напряжения с него будут поступать на управляющий электрод симистора — он открывается в начале каждого полупериода, и на нагрузку поступает практически все сетевое напряжение. Частота следования импульсов значительно превышает частоту сети, поэтому симистор устойчиво работает с нагрузкой в виде электродвигателя холодильника.

Читайте также:  Церковь из модулей оригами схема подробная

Поскольку для нормальной работы симистора на переменном напряжении на его управляющий электрод надо подавать импульсы отрицательной полярности, схема включения однопереходного транзистора несколько отличается от традиционной — управляющий электрод симистора подключен к эмиттерной цепи транзистора.

Когда на выходе ОУ окажется напряжение, близкое к нулю (режим «Пауза»), генератор перестанет работать и симистор не откроется. Нагрузка будет обесточена.

Для указанных на схеме номиналов элементов и конкретного экземпляра конденсатора С2 продолжительность режима «Работа» определяется по формуле: tp=0,1(R1+R5)C2, а режима «Пауза» — по формуле: tn = 0,1(R2+R6)C2. Продолжительность каждого режима можно изменять от двух минут до трех часов.

При неработающем автомате конденсатор С2, естественно, разряжен, а сразу после включения таймера он должен зарядиться до напряжения примерно 5,2 В. Это означает, что продолжительность первого цикла «Работа» будет примерно в R4/R3 раз больше установленной резистором R5. Для холодильника такая задержка даже полезна, поскольку он успеет набрать нужный холод. Следует учитывать еще одно обстоятельство, связанное с первым включением таймера в сеть, — пока заряжается конденсатор СЗ, устройство может работать неустойчиво. Лучше всего подключать нагрузку к таймеру через 10…20 с после начала его работы.

В автомате можно применить конденсатор С2 — К58-9б, К58-9в; С1, СЗ — К52, К50-35; С4 — КМ, КЛС, К73; С5 — К73; переменные резисторы — СПО, СП4 с характеристикой А (линейная); постоянные — МЛТ, С2-33. Однопереходный транзистор — КТ117А-КТ117Г; диоды VD3,VD4 — КД104А, a VD5,VD6 — любые выпрямительные с допустимым обратным напряжением не менее 300 В. Симистор — КУ208В, КУ208Г; при мощности нагрузки до 300 Вт его используют без радиатора, а если она больше (но не более 1,1 кВт) – его необходимо установить на радиатор соответствующих размеров.

Для увеличения продолжительности каждого цикла надо уменьшать зарядный и разрядный токи, то есть увеличивать номиналы резисторов R1, R2, R5, R6, а также увеличить номинал резистора R3 (при этом увеличится напряжение, до которого будет заряжаться конденсатор C2, но оно не должно превышать рабочего). Кроме того, следует применить ОУ с меньшими входными токами. К примеру, чтобы увеличить максимальную продолжительность выдержки до одного или нескольких дней, рекомендуется стабилитроны КС147А заменить на КС133А, в качестве ОУ применить К140УД12, номиналы резисторов R5, R6 увеличить в несколько раз, a R3 — в 10…20 раз.

Печатная плата только в таком виде.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector