Реле времени на к176ие5 своими руками
Добавил пользователь Владимир З. Обновлено: 19.09.2024
Как сделать реле времени своими руками
Как только указатель ручки доходил до нулевого деления шкалы, стирка заканчивалась. Позднее появились машины с двумя реле времени, - стирка и отжим. В таких машинах реле времени были выполнены в виде металлического цилиндра, в котором был спрятан часовой механизм, а снаружи находились лишь электрические контакты и ручка управления.
Современные стиральные машины – автоматы (с электронным управлением) тоже имеют реле времени, причем как отдельный элемент или деталь разглядеть его на плате управления стало невозможно. Все выдержки времени получаются программно с помощью управляющего микроконтроллера. Если внимательно присмотреться к циклу работы автоматической стиральной машины, то количество выдержек времени просто не поддается учету. Если бы все эти выдержки времени выполнить в виде часового механизма упомянутого выше, то в корпусе стиральной машины просто не хватило бы места.
Реле времени применяются не только в стиральных машинах, например, в микроволновых бытовых печках с помощью выдержек времени регулируется не только время работы, но и мощность нагрева. Делается это следующим образом: ВЧ напряжение включается на 5 секунд и на 5 выключается. Средняя мощность нагрева в этом случае получается 50%. Чтобы получить мощность 30% достаточно включения ВЧ на 3 секунды. Соответственно в выключенном состоянии высокочастотная лампа находится в течение 7 секунд. Конечно, эти цифры могут быть другими, например 50 и 50 или 30 и 70, просто здесь показано соотношение времени включения – выключения ВЧ.
Упоминание о старых стиральных машинах приведено не просто так. Именно тут, на этом примере можно увидеть, даже пощупать руками, как работает реле времени.
Поворот рукоятки по часовой стрелке есть не что иное, как запуск выдержки. Тут же сразу происходит включение исполнительного механизма (электромотора). Величину выдержки, в данном случае в минутах, определяет угол поворота рукоятки. Таким образом, выполняется сразу два действия: загрузка величины выдержки и собственно запуск самой выдержки времени. По истечении заданного времени происходит отключение исполнительного механизма. Примерно также работают все реле времени или таймеры, даже те, которые спрятаны внутри микроконтроллеров (МК).
От часового механизма к электронике
Как получить выдержку времени с помощью МК
Быстродействие современных МК очень велико, до нескольких десятков mips (миллионов операций в секунду). Кажется, не столь давно шла борьба за 1 mips у персональных компьютеров. Теперь даже устаревшие МК, например, семейства 8051 легко выполняют этот 1 mips. Таким образом, на выполнение 1 000 000 операций придется затратить ровно одну секунду.
Вот, казалось бы и готовое решение, как получить задержку времени. Просто одну и ту же операцию выполнить миллион раз. Такое сделать достаточно просто, если эту операцию в программе зациклить. Но вся беда в том, что кроме этой операции, целую секунду МК, делать ничего больше не сможет. Вот тебе и достижение инженерной мысли, вот тебе и mips - ы! А если нужна выдержка в несколько десятков секунд или минут?
Таймер – устройство для подсчета времени
Чтобы такого конфуза не случилось, не грелся просто так процессор, выполняя ненужную команду, которая ничего полезного делать не будет, в МК были встроены таймеры, как правило, по нескольку штук. Если не вдаваться в подробности, то таймер представляет собой двоичный счетчик, который считает импульсы, вырабатываемые специальной схемой внутри МК.
Например, в МК семейства 8051 счетный импульс вырабатывается при выполнении каждой команды, т.е. таймер просто считает количество выполненных машинных команд. А в это время центральный процессор (CPU) спокойно занимается выполнением основной программы.
Предположим, что таймер 8 – ми разрядный, тогда с его помощью можно подсчитать значение в пределах 0…255, или переполнение счетчика будет происходить через каждые 256 импульсов. Чтобы выдержку сделать короче достаточно начать счет не с нуля, а с другого значения. Чтобы его получить, достаточно предварительно загрузить в счетчик это значение, а потом запустить счетчик (еще раз вспомним стиральную машину). Вот это предварительно загруженное число и есть угол поворота реле времени.
Такой таймер при частоте выполнения операций 1 mips позволит получить выдержку максимум 255 микросекунд, а ведь надо несколько секунд или даже минут, как же быть?
Оказывается, все достаточно просто. Каждое переполнение таймера это событие, которое вызывает прерывание основной программы. В результате CPU переходит на соответствующую подпрограмму, которая из таких вот крошечных выдержек может сложить любую, хоть до нескольких часов и даже суток.
Подпрограмма обслуживания прерывания, как правило короткая, не более нескольких десятков команд, после чего снова происходит возврат в основную программу, которая продолжает выполняться с того же места. Попробуйте такую выдержку осуществить простым повторением команд, про которое было сказано выше! Хотя, в некоторых случаях приходится поступать именно таким образом.
Для этого в системах команд процессоров существует команда NOP, которая как раз ничего не делает, лишь занимает машинное время. Может использоваться для резервирования памяти, и при создании выдержек времени, только очень коротких, порядка единиц микросекунд.
Да, скажет читатель, как его понесло! От стиральных машин сразу к микроконтроллерам. А что же было между этими крайними точками?
Какие бывают реле времени
Как уже было сказано, основная задача реле времени - получить задержку между входным сигналом и сигналом на выходе. Эту задержку можно сформировать несколькими способами. Реле времени были механические (уже описанное в начале статьи), электромеханические (тоже на основе часового механизма, только пружина заводится электромагнитом), а также с различными демпфирующими устройствами. Примером такого реле может служить пневматическое реле времени, показанное на рисунке 1.
Рисунок 1. Пневматическое реле времени.
Реле состоит из электромагнитного привода и пневматической приставки. Катушка реле выпускается на рабочие напряжения 12…660В переменного тока (всего 16 номиналов) частотой 50…60Гц. В зависимости от исполнения реле выдержка может начинаться либо при срабатывании, либо при отпускании электромагнитного привода.
Установка времени осуществляется винтом, регулирующим сечение отверстия для выхода воздуха из камеры. Описанные реле времени отличаются не слишком стабильными параметрами, поэтому, там, где это возможно всегда применяются электронные реле времени. В настоящее время такие реле, как механические, так и пневматические можно, пожалуй, встретить лишь в древнем оборудовании, которое до сих пор не заменено современным, да еще в музее.
Электронные реле времени
Пожалуй, одной из самых распространенных была серия реле ВЛ – 60…64 и некоторые другие, например ВЛ – 100…140. Все эти реле времени были построены на специализированной микросхеме КР512ПС10. Внешний вид реле серии ВЛ показан на рисунке 2.
Рисунок 2. Реле времени серии ВЛ.
Схема реле времени ВЛ – 64 показана на рисунке 3.
Рисунок 3. Схема реле времени ВЛ – 64
При подаче на вход напряжения питания через выпрямительный мост VD1…VD4 напряжение через стабилизатор на транзисторе КТ315А подается на микросхему DD1, внутренний генератор которой начинает вырабатывать импульсы. Частота импульсов регулируется переменным резистором ППБ-3Б (именно он выведен на лицевую панель реле), включенным последовательно с времязадающим конденсатором 5100 пФ, который имеет допуск 1% и очень малый ТКЕ.
Полученные импульсы подсчитываются счетчиком с переменным коэффициентом деления, который устанавливается коммутацией выводов микросхемы M01…M05. В реле серии ВЛ эта коммутация выполнялась на заводе – изготовителе. Максимальный коэффициент деления всего счетчика достигает 235 929 600. Как утверждают в документации на микросхему, при частоте задающего генератора 1Гц выдержка может достигать свыше 9 месяцев! По мнению разработчиков этого вполне достаточно для любых приложений.
Вывод 10 микросхемы END – окончание выдержки, соединен с входом 3 – ST старт – стоп. Как только на выходе END появляется напряжение высокого уровня, счет импульсов останавливается, и на 9 выводе Q1 появляется напряжение высокого уровня, которое откроет транзистор КТ605 и сработает реле, подключенное к коллектору КТ605.
Современные реле времени
Как правило, изготавливаются на МК. Ведь проще запрограммировать готовую фирменную микросхему, добавить несколько кнопок, цифровой индикатор, чем изобретать что-то новое, да потом еще и заниматься точной настройкой времени. Такое реле показано на рисунке 4.
Рисунок 4. Реле времени на микроконтроллере
Зачем делать реле времени своими руками?
И хотя существует такое огромное количество реле времени, практически на любой вкус, в иногда домашних условиях приходится делать что-то свое, часто очень простое. Но подобные конструкции чаще всего оправдывают себя целиком и полностью. Вот некоторые из них.
Коль скоро мы только что рассмотрели работу микросхемы КР512ПС10 в составе реле ВЛ, то рассмотрение любительских схем придется начать именно с нее. На рисунке 5 показана схема таймера.
Рисунок 5. Таймер на микросхеме КР524ПС10.
Питание микросхемы осуществляется от параметрического стабилизатора R4, VD1 с напряжением стабилизации около 5 В. В момент включения питания цепочка R1C1 формирует импульс сброса микросхемы. При этом запускается внутренний генератор, частота которого задается цепочкой R2C2 и внутренний счетчик микросхемы начинает счет импульсов.
Количество этих импульсов (коэффициент деления счетчика) задается коммутацией выводов микросхемы M01…M05. При указанном на схеме положении этот коэффициент составит 78643200. Такое количество импульсов составляет полный период сигнала на выходе END (выв. 10). Вывод 10 соединен с выводом 3 ST (старт / стоп).
Как только на выходе END устанавливается высокий уровень (отсчитали полпериода) счетчик останавливается. В этот же момент на выходе Q1 (выв. 9) также устанавливается высокий уровень, который открывает транзистор VT1. Через открытый транзистор включается реле K1, которое своими контактами управляет нагрузкой.
Для того, чтобы запустить выдержку времени еще раз достаточно кратковременно выключить и снова включить реле. Временная диаграмма сигналов END и Q1 показана на рисунке 6.
Рисунок 6. Временная диаграмма сигналов END и Q1.
При указанных на схеме номиналах времязадающей цепи R2C2 частота генератора около 1000 Гц. Поэтому выдержка времени при указанном подключении выводов M01…M05 составит около десяти часов.
Рисунок 7. Таблица установки времени таймера (для увеличения нажмите на рисунок) .
При таком подключении вращением переменного резистора R2 произвести настройку выдержки 10 сек. по секундомеру. После чего подключить выводы M01…M05, как показано на схеме.
Еще одна схема на КР512ПС10 показана на рисунке 8.
Рисунок 8. Реле времени на микросхеме КР512ПС10
Ещё таймер на микросхеме КР512ПС10.
Для начала обратим внимание на КР512ПС10, точнее на сигналы END, который не показан совсем, и сигнал ST, который просто соединен с общим проводом, что соответствует уровню логического нуля.
При таком включении не произойдет остановки счетчика, как показано на рисунке 6. Сигналы END и Q1 будут циклически, не останавливаясь продолжаться. При этом форма этих сигналов будет классическим меандром. Таким образом, получился просто генератор прямоугольных импульсов, частота которых может регулироваться переменным резистором R2, а коэффициент деления счетчика можно устанавливать согласно таблицы, показанной на рисунке 7.
Полученный управляющий сигнал через переключатель SA1 можно подать на генератор звукового сигнала на элементах DD3.1…4, либо на усилитель реле VT2. Величина выдержки времени зависит от положения переключателя SA1. При указанных на схеме соединениях выводов M01…M05 и параметрах времязадающей цепочки R2C2 можно получить выдержки времени в пределах от 30 секунд до 9 часов.
Используя информацию из [1] собрал несколько экземпляров реле времени с делителем частоты на КМОП микросхемах серии К561.
Содержание / Contents
Сначала собрал реле по схеме (Рис. 1) из журнала Радио, номера не помню. Но при емкости электролитического конденсатора С1 больше 1000 мкФ время выдержки сильно зависит от температуры и от напряжения питания. Реле может сработать через час, а может и через два.
Поэтому были разработаны и проверены в железе другие схемы.
↑ Реле времени 1
Первый вариант реле времени (Рис. 2) состоит из генератора импульсов на элементах DD1.1 – DD1.2 и делителей частоты на микросхемах DD2 и DD3.
Частота генератора импульсов определяется сопротивлением резистора R2 и емкостью конденсатора С1. При нажатии кнопки SA1.1 обнуляются счетчики DD2.1 и DD3.2, на выводах 13, 14 последнего устанавливается логический ноль, а на выходе элемента DD1.4 – логическая единица. Элемент DD1.3 начинает пропускать импульсы от генератора к делителям DD2 и DD3. Открывается транзистор VT1 приводя к срабатыванию реле К1, которое своими контактами коммутирует исполнительное устройство, например подключает нагрузку.
Весь процесс продолжается до того времени пока на выводах 13, 14 счетчика DD3.2 установится логическая единица, на выходе элемента DD1.4 – логический ноль, элемент DD1.3 прекратит пропускать импульсы от генератора к делителю DD2, весь процесс прекратится. Закрывание транзистора VT1 обесточит реле К1. Выдержка времени зависит от частоты генератора импульсов и коэффициента деления делителей частоты. Светодиод VD1 сигнализирует о работе делителей и об отсчете времени. Конденсаторы С2 – С4 служат для повышения помехоустойчивости устройства.
Вариант питания реле времени непосредственно от сети переменного тока показан на (Рис. 3). В дежурном режиме контакты реле К1.1 и К1.2 разомкнуты, питание обесточено, устройство ничего не потребляет. При нажатии кнопки SA1 контакты SA1.2 подают питание на нагрузку и на выпрямитель на диодах VD3 – VD6, который питает цепь электромагнитного реле и микросхем. По истечении заданного времени транзистор VT1 закрывается обесточивая реле К1, контакты К1.1 и К1.2 размыкаются, отключая нагрузку и само реле времени. Напряжения застабилизированы стабилитронами VD7 и VD8.
Напряжение 18 В выбрано из-за типа применяемого реле, хотя при использовании реле с меньшим напряжением срабатывания это напряжение можно уменьшить. Остаток сетевого напряжения гасится на конденсаторе С5. Резистор R11 ограничивает ток зарядки С5 при включении, а резистор R12 обеспечивает разрядку С5 после включения устройства. Выключатель SA2 используется для постоянного включения нагрузки.
Для увеличения выдержки времени можно увеличить сопротивление резистора R2 или емкость конденсатора С1. Но при емкости конденсатора С1 больше 4,7 мкФ растут его размеры, так же не желательно применять электролитические конденсаторы из-за ухудшения стабильности частоты, а следовательно времени выдержки. В этом случае лучше применить еще несколько счетчиков (делителей), или делитель с большим коэффициентом деления, например К561ИЕ16.
↑ Второй вариант реле времени
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.
Второй вариант реле времени изображен на (Рис. 4). Схема работает аналогично (Рис. 2), но благодаря применению делителя DD2 типа К561ИЕ16 можно получить несколько разных временных интервалов переключая выходы DD2 галетным переключателем SA3, каждый последующий в два раза больше предыдущего.
↑ Детали и налаживание
Теперь о деталях. Вместо микросхем серии К561 можно применить К176 и К564. Электромагнитное реле К1 на напряжение 10 – 15 В и ток срабатывания 10 – 20 мА, в данном случае применено реле типа РКМ-1, контакты запаралелены, лучше применить реле с более мощными контактами.
Конденсатор С5 бумажный, на напряжение не ниже 500 В, конденсаторы на 400 В не всегда выдерживают работу в сети переменного тока 220 В и могут выйти из строя. Стабилитроны VD7 типа Д815Е, Д815Ж, а VD8 типа Д814Б, КС191А.
Кнопка SA1 без фиксации с двумя группами замыкающихся контактов. Выключатель SA2 на коммутируемое напряжение 250 В и ток не менее 2 А, например ТВ-2. Галетный переключатель SA3 одноплатный на 11 положений.
После сборки проверяем монтаж на наличие ошибок, вольтметром измеряем напряжение + 18 В и + 9 В, в указанных точках. В качестве нагрузки подсоединяем лампу накаливания 220 В 40 Вт. Нажимаем кнопку SA1, запускаем таймер, мигание светодиода VD1 сигнализирует о работе генератора импульсов DD1.1, DD1.2 и делителя DD2. По истечении заданного времени светодиод VD1 гаснет и реле К1 отключит нагрузку. Выдержка времени прямопропорциональна сопротивлению резистора R2 и емкости конденсатора С1.
При изготовлении и наладке безтрансформаторного варианта питания по схеме (Рис. 3) следует помнить, что все детали схемы находятся под напряжением сети переменного тока. Любые изменения в схеме производить только после отключения устройства от сети.
↑ Использованная литература
1. С. Алексеев. Применение микросхем серии К561. – Радио №1 1987 с. 43.
дядя Вася (UR5YW), г. Черновцы,
Украина, планета Земля, Солнечная система
Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.
Примечание: Ваш пост будет проверен модератором, прежде чем станет видимым.
Последние посетители 0 пользователей онлайн
Объявления
Резисторы переменные не сдвоенные. 100u/250в. никуда. 1000u/16в. тоже не везде. В общем много лишних трат. Спешка однако.
Данный таймер можно использовать как на кухне при готовке еды быстрого приготовления, варке яиц или подогреве детского питания, так же и в других случаях, например, при фотопечати, когда нужно отработать любую выдержку от 2 до 15 минут, и при этом вполне допустима погрешность 5-10%.
Устройство представляет собой пластмассовую коробочку (это может быть коробочка из под мыльницы или корпус от зарядного) на крышке которой есть индикаторный светодиод, выключатель и ручка со стрелкой, которой устанавливается выдержка времени. Чтобы задать интервал нужно когда таймер выключен вращающуюся ручку с указателем повернуть на нужное число на шкале. Затем, когда нужно будет начать отсчет времени нужно будет только включить таймер выключателем. Начнет мигать индикаторный светодиод, а как только закончится заданное время включится прерывающийся звуковой сигнал, частоту которого можно будет отрегулировать по своему желанию цепочкой R4 и С4.
Таймер (см. схему ниже) сделан по широко известной схеме аналого-цифрового таймера, когда время задается регулировкой частоты задающего мультивибратора, а интервал формируется путем деления этой частоты многоразрядным двоичным счетчиком. Эта схема выполнена на двух микросхемах:
- многоразрядном двоичном счетчике К561ИЕ16
- микросхеме (2 И-НЕ) К561ЛА7.
На микросхеме D1 (К561ЛА7) сделано два мультивибратора, один (на элементах D1.1 и D1.2) регулируемый, с помощью которого устанавливают время, и второй тональный (на элементах D1.3 и D1.4), который служит для формирования основного тона звукового сигнала.
Начинает мигать светодиод индицируя ход отсчета времени. Спустя заданное время (зависящее от сопротивления R3) единица появляется на самом старшем выходе D2 (вывод 3) и это приводит к запуску тонального мультивибратора на элементах D1.3 и D1.4. Мультивибратор вырабатывает импульсы частотой около 1 кГц, которые поступают на транзисторный ключ на VT2. С коллектора VT2 импульсы тока проходят через VT1 на микродинамик В1, который издает прерывистые звуки. Прерывание создается ключом на VT1, на базу которого поступают прерывающие импульсы с одного из младших выходов счетчика D2. Частота прерывания зависит от величины заданного времени (чем больше заданное время, тем реже прерывания звука). Тон звука зависит от параметров цепи R4-C4, и может быть установлен подбором R4 так, чтобы получилось наиболее приятное звучание, или наиболее громкое (если найти вход в резонанс динамика В1).
Микросхемы серии К561 можно заменить аналогами других КМОП-серий. Например, микросхему К(КР)561ЛА7 можно заменить на К176ЛА7, К1561ЛА7. Микросхему К(КР)561ИЕ16 можно заменить на К1561ИЕ16. Или использовать микросхему К561ИЕ20. Но это требует соответствующего изменения схемы и понижения частоты мультивибратора на элементах D1.1 и D1.2 в четыре раза.
Светодиод — любой, но желательно сверх-яркий, чтобы его было хорошо заметно или красный, например АЛ-307Б.
Транзисторы КТ3102 можно заменить аналогичными маломощными обратной проводимости транзисторами, например, КТ315 или КТ503.
В качестве звукоизлучателя подходит любой микродинамик или акустический капсюль с индуктивностью (электромагнитный или динамический) сопротивлением обмотки не ниже 8 Ом. Можно использовать и пьезоэлектрический звукоизлучатель, но чтобы он звучал в такой схеме параллельно ему нужно включить какую-нибудь индуктивность, например, дроссель индуктивностью не менее 300 мкГн или сопротивление 50-100 Ом. А можно поступить иначе, — подключить его между одним из входов элемента D1.4 и его выходом. При этом, второй вход D1.4 отключить от выхода D1.3 и подключить к выводу 5 D2. В этом случае, ключи на VT1 и VT2 можно удалить.
Налаживание таймера сводится к подбору сопротивления R3, 2 конденсатора СЗ, так чтобы получить нужные переделы установки выдержки. А так же, в градуировке шкалы переменного резистора R3.
Имеет смысл сначала установить R3 в максимальное положение, и подбором емкости СЗ установить максимальный размер выдержки. Затем R3 в минимальное положение и подбором R2 установить минимальную выдержку. Так как настройки взаимосвязаны эти операции нужно повторить несколько раз.
Желаемый тон звучания можно установить подбором сопротивления R11. Понизить громкость звучания можно включив последовательно В1 резистор, сопротивление которого подобрать.
Читайте также: