Часы для автоматического управления устройствами. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Часы, таймеры, реле, коммутаторы нагрузки

 Комментарии к статье

Для автоматического управления режимом работы различных бытовых электроприборов или радиоаппаратуры в домашних условиях, а также на производстве иногда бывает необходимо иметь времязадающий автомат. Например, такое устройство может по заданной программе управлять поливом растений на дачном участке в течении всей недели, пока вы работаете в городе.

Циклический таймер легко выполнить на основе цифровых часов с кварцевой стабилизацией частоты. Использовать для изготовления управляющего автомата уже готовые цифровые часы промышленного изготовления неудобно, так как у них выходные сигналы рассчитаны на управление индикаторами в динамическом режиме, что затрудняет подключение узла управления.

Наиболее часто в опубликованных конструкциях для изготовления электронных часов используют специально разработанную для этих целей еще в 70-х годах 176-ю серии МОП микросхем. В настоящее время они являются устаревшими и имеют существенные недостатки:

• невысокую надежность;
• номинальное рабочее напряжение +9...12 В (при меньшем могут неустойчиво работать);
• узкий диапазон рабочих температур (-10...+70°С).

Предлагаемое устройство выполнено в основном на микросхемах 561-й КМОП серии и лишено всех этих недостатков. Хотя при этом схема содержит больше микросхем и получается сложнее, но она работает при меньшем питающем напряжении, а также позволяет добиться более высокой точности хода часов.

Электрическая схема обеспечивает индикацию текущего времени (часы и минуты) и дня недели. Имеется индикация секундных импульсов, а также предусмотрена возможность контроля работы программы (суточного цикла) в ускоренном режиме.

Основным источником питания устройства является сеть 220 В. В дежурном режиме схема часов потребляет микроток, что обеспечивает ее длительную работу от резервных элементов питания (аккумулятора) в случае отключения основного источника. Учитывая, что в часах больше всего потребляют энергии светодиодные индикаторы и микросхемы, ими управляющие, эти элементы подключены так, что в случае исчезновения сетевого напряжения они обесточиваются, а от аккумулятора питание подается только на КМОП микросхемы.

Применение в часах светодиодных индикаторов позволяет сделать видимым время даже при слабом освещении.

Приведенный вариант устройства позволяет управлять по двум каналам сетевой нагрузкой мощностью до 10 кВт (ток 5 А). Число каналов легко увеличивается до 10 путем подключения дополнительных микросхем памяти. Кроме того, схема при монтаже легко поддается изменению своих характеристик в зависимости от тех задач, которые необходимо выполнить, например, все каналы или один из них может работать в недельном цикле (для выходных дней записывать свою программу управления, если два входа старших разрядов А11 и А12 микросхемы памяти подключить к выходам счетчика дней недели - DD9).

Дискретность установки необходимого временного интервала составляет 2 мин (или 10 мин при использовании недельного цикла).

Структурная схема автомата показана на рис. 1.47.

Устройство для удобства представления условно разделено на следующие узлы:

• А1 - кварцевый автогенератор с делителем частоты до минутных импульсов, рис.1.48;
• А2 - делители частоты для получения отсчета времени в минутах и часах, рис.1.49;
• A3 - узел индикации текущего времени и дня недели, рис. 1.50;
• А4 - узел установки временных интервалов для управления работой внешних устройств, рис. 1.51;
• А5 - электрическая схема источника питания, рис. 1.52.

Формирователь минутных импульсов (А1) выполнен на микросхемах DD1.1, DD2. Частота стабилизирована кварцевым резонатором ZQ1 на 32768 Гц. Для того чтобы обеспечить устойчивую работу счетчика DD2 при пониженном напряжении питания, задающий автогенератор выполнен на внешнем элементе DD1.1. Счетчики внутри микросхемы DD2 делят частоту до формирования минутных импульсов.

С выхода DD2/10 минутные импульсы поступают на счетчики с коэффициентом деления 60 (минуты) DD3 и 24 (часы) DD5, DD6 (рис. 1.49).

Логические элементы DD4 и DD7 обеспечивают необходимые коэффициенты деления у счетчиков за счет их обнуления в нужный момент по входам R. Нажатие кнопки "установка" (SB1) также формирует импульс обнуления всех счетчиков, а с выхода элемента DD1/11 передний фронт импульса устанавливает в счетчики DD5, DD6 начальное число 22-00 (при появлении импульса на выводах DD5/1, DD6/1 производится запись двоичного кода, установленного на входах D1...D4 микросхем). Время для начальной установки при изготовлении устройства можно выбрать (перемычками в двоичном коде) любым из тех чисел, что вам наиболее удобны.

Применение всего одной кнопки для установки времени позволяет упростить схему. Эта же кнопка при очередном нажатии переключает день недели, так как импульсы поступают через элемент DD1.4 на вход счетчика дней DD9/14, рис. 1.50. Конденсатор С устраняет дребезг контактов кнопки при формировании импульса на переключение счетчика дня недели.

Рис.1.50. Узел индикации текущего времени и дня недели

Переключатель SA1 позволяет проверить работу часов и установленной программы управления в ускоренном режиме (положение "ускорение"), когда используется повышенная частота с выхода DD2/6.

Схема узла индикации состоит из дешифраторов двоичного кода (DD10...DD13) в семисегментный код, необходимый для управления работой цифровых индикаторов, выполненных на основе светодиодов. На рис. 1.51 показано соответствие входных сигналов сегментам индикатора.

Резисторные матрицы D1...D4 ограничивают ток через светодиоды индикаторов, а диоды VD1, VD2 и элементы микросхемы DD13.1-DD13.2 обеспечивают формирование сигнала гашения старшего разряда в часах, когда на обоих входах DD10 нулевой уровень (при лог. "0" на DD10/4 индикатор светиться не будет). По этой причине сегмент F в индикаторе HG1 можно не подключать.

Светодиод HL1 мигает с частотой 1 Гц, а из светодиодов HL2...HL8 будет светиться только один, соответствующий дню недели .(элементы микросхемы DD14 позволяют обеспечить необходимый для свечения светодиодов ток).

В цепях снижения потребляемого тока от источника питания на остальные входы гашения индикаторов DD11.4...DD13.4 подаются импульсы, но из-за инерции зрения это не заметно.

Узел установки временных интервалов, рис. 1.52, собран на микросхемах оперативных запоминающих устройств (ОЗУ) из серии 537. Они изготовлены по КМОП технологии, что обеспечивает длительную работу схемы от автономного источника питания (сохраняют содержимое памяти, пока есть питание). Количество микросхем памяти может быть увеличено до необходимого числа каналов управления.

Так как оба канала управления нагрузкой выполнены аналогично, рассмотрим функционирование на примере одного. Схема предусматривает индивидуальную запись информации в каждую из микросхем памяти.

Работу данной микросхемы памяти поясняет табл. 1.4.

Таблица 1.4. Таблица истинности для микросхемы 537РУ2

где х - любое значение логического сигнала, т.е. лог. "0" или лог. "1".

На входы адресов А0...А11 поступает двоичный код с выходов счетчиков часов и минут, а если надо, то и дней недели. Для записи нужной программы в канапе 1 (DD15) необходимо выполнить действия в следующей последовательности:

1) переключатель SA1 устанавливается в положение "ускорение" цикла - в этом случае сигнал на вход счетчика DD3/2 подается с DD2/6 и часы проходят суточный цикл примерно за 12 мин;

2) включить переключатель "-АП", для канала 1 это будет SA4 - в этом случае микросхема О-У работает в режиме записи состояния на входе DI (лог. "0");

3) нужно дождаться момента индикации на часах необходимого времени включения нагрузки и в этот момент включить SA2 ("ПР1") - на интервал, в течение которого нагрузка должна работать (происходит запись лог. "1");

4) после окончания записи всего цикла переключатель SA4 вернуть в исходное положение (режим чтения) и по часам проверить срабатывание реле К1 на нужных интервалах времени;

5) вернуть все переключатели в исходное положение (как это показано на схеме) и кнопкой SB1 установить день недели и точное время.

Теперь на выходе D0 микросхемы (DD15/7) будет присутствовать уровень лог. "1" только в течение нужных интервалов времени. Этот сигнал открывает транзистор VT1 и срабатывает реле К1, включая своими контактами К1.1 нагрузку на гнездах XS1. Схема предусматривает также ручное управление включением нагрузки в любой момент времени при помощи трехпозиционных переключателей SA6 и SA7, рис. 1.52. Светодиоды HL9, HL10 являются индикаторами включения нагрузки в соответствующем канале.

Для питания устройства от сети выполнен источник питания по схеме, показанной на рис. 1.53.

Трансформатор Т1 подойдет унифицированный, типа ТПП255-127/220-50 или ТПП255-220-50, но его можно изготовить и самостоятельно, воспользовавшись методикой расчета, приведенной в литературе, например Л20, стр. 167. Ток потребления по цепи 4,8 В составляет 0,35...0,55 А, по цепи 30 В - зависит от числа реле и для двух обычно не превышает 120 мА.

Часы для автоматического управления устройствами 1-147.jpg

Для получения высокой точности хода часов использован стабилизатор напряжения (DA1). Он может быть также собран по схеме, приведенной в разделе источников питания на рис. 4.3. Конденсаторы С8 и С9 располагаются вблизи от логических микросхем, а С7 установлен рядом с выводами стабилизатора (лучше, если оксидные конденсаторы использовать танталовые).

В качестве резервного источника питания (G1) подойдут 4 аккумулятора типа Д-0,115 или Д-0.26Д. Диод VD13 предотвращает разряд элементов через схему стабилизатора при отключении сетевого питания. А в нормальном режиме через него происходит подзаряд аккумуляторов. Включатель SA8 служит для исключения полного разряда аккумулятора при отключении часов на длительное время.

Питание на выводы микросхем подается в соответствии с табл. 1.5.

Таблица 1.5. Питающее напряжение на микросхемах

Печатная плата для сборки часов не разрабатывалась. Монтаж выполняется на универсальной макетной плате (лучше, если она будет предусматривать установку любых микросхем - с планарным и обычным расположением выводов). Конструктивно узлы А1 и А2 удобно располагать на одной плате, соединяемой с блоком индикации A3 через 32 контактный разъем (например, типа РП 15-32). Аккумуляторы закрепляются так, чтобы к ним был легкий доступ, так как раз в год с поверхности элементов необходимо удалять выступающий налет.

Уменьшить габариты платы и всего устройства можно, если вместо серии 561 применять аналогичные микросхемы с планарным расположением выводов из серии 564, но они стоят значительно дороже.

Для сборки устройства резисторы подойдут любого типа. Резисторные сборки D1 ...D4 можно заменить обычными резисторами сопротивлением 100...120 Ом и мощностью 0,125...0,25 Вт. Конденсаторы С1, С2 должны иметь малый ТКЕ (М47, М75); С- типа К10-17; оксидные С4...С8 - К53-1. Кварцевый резонатор ZQ1 подойдет любого типа - они широко распространены, так как специально выпускаются для применения в часах.

Диоды VD1, VD2 подойдут любые импульсные; выпрямительные диоды VD3...VD12 могут быть любого типа на ток не менее 1 А, но лучше применять КД257 или КД258 (последняя буква в обозначении для данной схемы может быть любая), так как у них есть очень полезные свойство: в случае возникновения неисправности в схеме диоды при перегрузке лопаются и разрывают цепь, выполняя роль предохранителя, что делает такой источник питания безопасным даже в аварийной ситуации.

Светодиоды HL1...HL10 лучше применять из серии КИПД05А (Б, В - с разным цветом свечения) - они при токе около 1 мА светятся достаточно ярко. Цифровые индикаторы HG1...HG4 могут быть использованы АЛС321Б или АЛС324Б, но они имеют меньше высоту цифр (8 мм) в отличие от указанных на схеме (18 мм).

Микросхема DA1 должна устанавливаться на радиаторе. Микросхемы памяти DD15, DD16 заменяются на 537РУ6.

Реле К1, К2 использованы польского производства, но подойдут многие другие на рабочее напряжение обмотки 24...27 В и допускающие прохождение тока через контакты 5 А. Микропереключатели SA1 ...SA5 типа ПД9-2 или ПД9-1; SA6, SA7 - типа ПД21 -3.

При первоначальной проверке работы схемы ее лучше питать от лабораторного источника, контролируя потребляемый ток.

Настройка устройства при правильном монтаже заключается в установке на выходе источника питания напряжения 4,8 В и проверке работы записанных в память программ. Для получения высокой точности хода часов потребуется также точная подстройка при помощи конденсатора С1 частоты автогенератора по частотомеру. Частоту можно контролировать на выходе DD2/13 - она должна соответствовать 32768,0 Гц.

Точно подстроить автогенератор можно и без частотомера, контролируя за месяц отклонение хода часов по секундной стрелке в телевизоре, но это займет довольно много времени.

Установку любого времени можно выполнить и не используя кнопку SB1. Для этого потребуется переключатель SA1 установить в положение "ускорение" и дождавшись, когда на индикаторе будет нужное числовое значение, вернуть переключатель в обычное положение. Но такой метод установки времени менее точный, так как в этом случае счетчики секундных импульсов могут иметь произвольное значение числа.

Смотрите другие статьи раздела Часы, таймеры, реле, коммутаторы нагрузки.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Два бита информации - в одном атоме 09.09.2020 Нидерландским ученым удалось создать систему из одного атома железа на подложке, в которой можно управлять орбитальным моментом атома и возбуждением его спиновых состояний независимо друг от друга. Для управления системой исследователи использовали иголку сканирующего туннельного микроскопа, при взаимодействии которой с атомом происходил переворот его орбитального момента без возбуждения спиновых состояний. В таких условиях у атома оказалось две степени свободы, связанных с магнитным полем, что в будущем может быть использовано для создания особо емких систем хранения информации с плотностью записи два бита на один атом. Уменьшение размера одного бита до масштабов атома позволило бы умещать огромные массивы данных в крайне небольших носителях. Потенциально такие системы можно создать с использованием управляемых магнитным полем спинов отдельных атомов S - векторных сумм собственных моментов импульса элементарных частиц, входящих в их состав. В качестве бита в таких системах выбирают именно спиновые состояния, потому что орбитальный момент каждого атома L (его момент импульса как целого) в реальных образцах подавляется из-за совокупности спин-орбитального взаимодействия и кристаллического поля. Но даже в случае, когда L атома в такой системе не равен нулю, спин-орбитальное взаимодействие приводит к связи L и S в суперпозицию, в которой сохраняется лишь полный момент импульса системы L + S, а независимые возбуждения L и S невозможны. Для хранения информации в орбитальном состоянии атома, в свою очередь, нужно уметь сохранять L и иметь возможность управлять им, не влияя на спиновые состояния. Тогда спиновое и орбитальное состояния могут играть роль нулей и единиц, а сам атом мог бы выступать в качестве носителя информации в размере двух бит, каждый из которых соответствует одной степени свободы системы (по одному биту на спин и орбитальный момент). Именно такую систему из одного атома, в котором можно независимо друг от друга возбуждать спиновые и орбитальные состояния, удалось создать Расу Реджали (Rasa Rejali) из Делфтского технического университета. Для этого физик с коллегами поместили одиночный атом железа над магнитно-нейтральным атомом азота в составе подложки из Cu2N, тем самым получив систему с практически свободными орбитальным моментом и спином. Изучать атом и манипулировать им физикам позволяла игла сканирующего электронного микроскопа. Предложенный способ независимого изменения орбитальных и спиновых состояний одиночного атома еще далек от практической реализации. Тем не менее схожесть природы спиновых и орбитальных состояний дает надежду на то, что в будущем орбитальным моментом атомов можно будет управлять так же просто, как сейчас - спинами. В этом случае вполне реальными могут стать носители информации, в которых каждый атом будет выступать в роли не одного, а двух битов, что еще сильнее увеличит потенциально максимальную плотность записи данных.

Другие интересные новости:

▪ Из стволовых клеток выращены половые

▪ Кофе сжигает жир

▪ Видеокамера для животных со встроенной кормушкой

▪ Робот предвидит действия человека

▪ СВЧ-компьютер

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Нормативная документация по охране труда. Подборка статей

▪ статья Видит око, да зуб неймет. Крылатое выражение

▪ статья Кто был первым космонавтом? Подробный ответ

▪ статья Воровской узел. Советы туристу

▪ статья Бесконтактный прерыватель электронной системы зажигания. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Удивительный цилиндр. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026