Предлагаемое устройство может быть использовано, как «домашний распорядитель», который может быть полезен, когда вы находитесь в отпуске, на даче или в командировке. В принципе, устройство работает аналогично суточному охранному таймеру, – вечером включит свет на несколько часов, а утром покормит аквариумных рыбок или польёт цветы или на некоторое время включит радио. Но, его отличие от суточного таймера принципиально, – основным задатчиком времени служит не часовой механизм, а такое природное явление, как смена дня и ночи. Таймер имеет две точки запуска, – рассвет и закат. Это обеспечивает наиболее естественное его функции естественное его функционирование, при котором не происходит строгого включения и выключения аппаратуры, в чётко заданное время. Всё задается только уровнем освещённости. Поэтому, каждый день, включение приборов будет происходить в разное время.
Функционально, таймер состоит из трёх узлов – датчик света, построенного на основе популярного фотодиода ФД320, применяющегося в системах дистанционного управления, и двух модулей цифровых таймеров, на которых можно установить интервал времени от нескольких секунд, до нескольких часов. Один из этих модулей запускается с наступлением темноты, а второй с наступлением световой части суток.
Принципиальная схема устройства показана на Рис. 1.
Фотодатчик образован фотодиодом VD1, включённым по схеме фоторезистора и сопротивления R1-R2. Регулировкой R1 устанавливается логический режим работы датчика и его чувствительность. Индикатором при этой настройке служит светодиод HL1. Результатом регулировки R1 должно быть, чтобы во время заданного уровня ночи светодиод не светился, а во время заданного уровня дневного освещения светодиод зажигался. Поскольку фотодиод шунтирован конденсатором С7, устраняющим помехи, изменение настройки при вращении R1 будут замедленны, – это надо учесть.
Контролирует напряжение на фотодиоде триггер Шмитта D1-D2, задача которого – исключить возбуждение схемы при переходе напряжения на VD1 через пороговое значение.
В схеме есть два таймера – на счётчике D3 и на счётчике D4. Таймеры одинаковы, поэтому разберём работу только одного из них – на D3. На элементах D2.1 и D2.2 построен мультивибратор, частоту которого можно менять переменным резистором R6, примерно в пределах от 10 Гц до 0,5 Гц. Импульсы с его выхода поступают на счётный вход D3. Если счётчик был предварительно обнулён, то через определённое время на его выходах появляются единицы. Переключателем S1 выбирается один из трёх диапазонов установки времени. Допустим, S1 – в показанном на схеме положении. Тогда, если R6 установлен в минимальное положение, единица на выв. 4 D3 появится через 3,2 секунды, а если R6 в максимальном положении – через 64 секунды ( понятно, что в промежуточных положениях R6 и время будет между этими пределами). Возникшая на выв. 4 D3 единица поступает на выв. 5 D2.2 и таймер останавливается. На выходе элемента D1.3 возникает логический ноль и ключ на транзисторах VT1 и VT3 закрывается, реле Р1 размыкает контакты и нагрузка отключается.
В других положениях переключателя S1 выдержки времени, в течении которого включена нагрузка, можно установить в пределах от 51 сек. до 17 мин. И в пределах от 13 мин. до 4,5 часов.
Запуск таймера производится ключом D5.1, формирующим, совместно с элементами R10, C3, R11 короткий положительный импульс, устанавливающий счётчик D3 в нулевое положение. Формирование импульса происходит в момент появления логической единицы на выходе D1.1, то есть, в момент перехода уровня освещённости с ночного на дневной.
Такой способ формирования обнуляющего импульса немного не традиционен. Обычно, просто, логический уровень подают в нужную точку схемы через RC-цепь. Конденсатор быстро заряжается через резистор и так, его зарядный ток формирует короткий импульс. Но у такой схемы есть существенный недостаток, состоящий в том, что во время обратного перехода источника логического уровня (с единицы на нуль) происходит разряд конденсатора RC-цепи через R составляющую и гасящий обратное напряжение диод. При этом часто возникает очень короткий положительный импульс, который может снова сбросить счётчик и вызвать его ошибочное срабатывание.
Экспериментируя с различными схемами формирователями импульсов, схема с ключом на микросхеме К561КТ3 оказалась наиболее удачной. Замыкающийся ключ подключает разряженный конденсатор С3 к резистору R11. Происходит его зарядка, которая создаёт положительный перепад напряжения на выводе 10 счётчика. Поскольку на этот момент С3 уже был заряжен полностью, никаких импульсов, пусть даже самых коротких, на выводе 10 счётчика не возникает. Затем конденсатор С3 медленно разряжается через R10 и, после этого, будет готов снова формировать импульс.
Таким образом сбои от некорректной работы RC-цепей полностью исключаются.
Второй таймер выполнен на счётчике D4 по аналогичной схеме, разница только в моменте запуска, – второй таймер в момент перехода с дневного уровня освещённости на ночной.
Для того, чтобы фотодиод не реагировал на включение осветительных приборов, расположенных в помещении (поскольку схема управляет и осветительными приборами тоже), он снабжён трубчатой блендой, прижатой к оконному стеклу. В результате, свет на фотодиод может попасть только с улицы, но не из самого помещения.
Детали. Фотодиод ФД-320 можно заменить любым другим аналогичным фотодиодом (ФД-363, ФД611 и др.), можно использовать и фототранзистор, но конечно, все эти замены потребуют подбора новых величин R1 и R2, которые, в таком случае, могут существенно отличаться от отмеченных на схеме.
Все микросхемы могут быть серий К561, К564, КА561, К1561, ЭКР561 или импортные аналоги. Микросхемы …ЛЕ5 могут быть также, 176-й серии, а микросхему К561КТ3 можно заменить аналогом – К176КТ1.
Интегральный стабилизатор 78L08 можно заменить другим маломощным на напряжение 7 – 10 V. Можно собрать и простой параметрический стабилизатор на транзисторе, стабилитроне и резисторе, по типовой схеме.
Транзисторы КТ503 можно заменить на КТ3102, КТ315. Транзисторы КТ814 – на КТ816. Диоды VD2 и VD3 – любые.. Светодиод HL1 – любой общего применения видимого спектра.
Оба электромагнитных реле – автомобильные, от машин типа «ВАЗ-2109 – ВАЗ-21099» (реле звукового сигнала). Эти реле могут управлять и достаточно мощной нагрузкой. Конечно их можно заменить и другими, соответственно мощности управляемой нагрузки. Обмотки реле должны быть на напряжение 8-13 V. Если обмотки реле будут нагреваться, нужно будет включить последовательно с ними постоянные резисторы сопротивление которых выбрать опытным путём ( чтобы уверенно срабатывало, но не грелось).
Источником питания служит система бесперебойного питания, составленная из включённых мотоциклетного аккумулятора на 13Vи сетевого источника питания старого струйного принтера “Canon-230 BJC”. Фактически, питающее напряжение получается 13,5 – 14,5 V (источник принтера на холостом ходу выдаёт 14,8 V). Конечно может быть и другой источник питания.
Налаживание фотодатчика изложено в начале описания схемы. О налаживании таймеров отдельный разговор. Совсем не обязательно, чтобы таймеры работали именно на таких временных диапазонах. Всё зависит от конкретной необходимости. В зависимости от того, что конкретно требуется можно подобрать параметры цепей R6-R5-C1 и R9-R8-C2. При этом, масштаб поддиапазонов сохраняется, поэтому, подбирая параметры RC-цепей удобно вести измерение времени (при помощи секундомера) на самом младшем поддиапазоне (“3,2s / 64s”).
Выбирая конденсатор для RC- цепи мультивибратора таймера, нужно отказаться от соблазна получить большую выдержку времени установкой электролитического конденсатора. Во-первых, полярность конденсатора будет мешать нормально работать мультивибратору, а во-вторых, мультивибратор может вообще не заработать из-за значительного тока утечки конденсатора. Поэтому, конденсатор всегда должен быть неэлектролитическим и неполярным (лучше увеличить R – составляющую, если большой период импульсов, вырабатываемых мультивибратором, так уж необходим).
Число поддиапазонов можно уменьшить, например, ограничиться только одним, нужным для конкретного таймера.
Ручки резисторов R9 и R6 желательно оцифровать тремя шкалами (по числу диапазонов).
автор Смирнов В.
источник: ” РАДИОКОНСТРУКТОР “, 07 – 2004, стр.29-31