Упражнение 10. Возвращаем молодость кожеНормализуем работу кровеносной системы....
Достаточно прост, но иногда способен вызвать восхищение. Если вспомнить старые стиральные машины, которые ласково называли «ведро с моторчиком», то тут действие реле времени было очень наглядно: повернули ручку на несколько делений, внутри что-то начало тикать, и мотор завелся.
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.
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 начал считать (для этого есть команда запуска счетчика) с нулевого значения. Каждый импульс увеличивает содержимое счетчика на единицу и, в конце концов, доходит до максимального значения. После чего содержимое счетчика обнуляется. Вот этот момент носит название «переполнение счетчика». Это как раз и есть окончание выдержки времени (вспомним стиральную машину).
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.
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.
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.
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.
Для точной настройки такой выдержки следует сделать следующее. Подключить выводы M01…M05 в позицию «Секунды_10», как показано в таблице на рисунке7.
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.
Непрерывные импульсы с выхода Q1 поступают на счетный вход десятичного счетчика - дешифратора DD2 К561ИЕ8. Цепочка R4C5 при включении питания сбрасывает счетчик в ноль. В результате на выходе дешифратора «0» (выв. 3) появляется высокий уровень. На выходах 1…9 низкие уровни. С приходом первого счетного импульса высокий уровень перемещается на выход «1», второй импульс устанавливает высокий уровень на выходе «2» и так далее, вплоть до выхода «9». После чего счетчик переполняется и цикл счета начинается заново.
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.
И снова выключаться. Примерно как холодильник, только периодичность у холодильника зависит от температуры, а нам нужно самим задавать необходимые временные интервалы.
Рассмотрим схему электронного таймера, в котором цикличность работы и «отдыха», можно задавать раздельно. Время задается переменными резисторами, в диапазоне от 90 секунд до 3 часов, раздельно, для каждого режима. Величины задаваемых интервалов полностью зависят от параметров RC-цепей, с переменными резисторами в «R»-составляющих. В связи с этим, данный электронный таймер не обладает сверх большой точностью.
Схема состоит из таймерного узла на двоичном счетчике К561ИЕ16 (аналог 4020), отличающегося от «типового» тем, что у него имеется два регулируемых мультивибратора. Настройкой частоты одного, задают продолжительность включенного состояния, а настройкой частоты другого, продолжительность выключенного состояния. Мультивибраторы переключаются транзисторно-диодной схемой в зависимости от логического уровня на старшем выходе счетчика. Этот же выход счетчика служит для управления нагрузкой.
В исходном состоянии (после включения питания выключателем SB1) счетчик DD2 устанавливается в нулевое положение скачком зарядного тока конденсатора C2. На его выходе (вывод 3) будет логический ноль. Транзистор VT2 открывается, транзистор VT3 тоже открывается и реле K1 замыкает свои контакты, выход схемы подключается в разрыв цепи питания того электроприбора, которым нужно управлять. То есть, практически, параллельно выключателю этого электроприбора.
В то же время, ноль с вывода 3 DD2 проходит на вывод 9 DD1.4 и на базу VT1. При этом VT1 закрыт, на его коллекторе высокий уровень напряжения, который приходит на вывод 6 DD1.2. Отсюда получается что, мультивибратор, собранный на элементах DD1.3-DD1.4 работает, импульсы с его выхода проходят через диод VD1 на счетный вход DD2. А мультивибратор на элементах DD1.1-DD1.2 не работает, на его выходе ноль. Но это не влияет на проход импульсов на счетчик от второго мультивибратора, так как диод VD2 оказывается закрытым и на вход счетчика не влияет.
Таким образом, начинается период включенного состояния электроприбора. Продолжаться это будет до тех пор, пока счетчик DD2 не доберется до 8192-го импульса. То есть, пока не появится единица на его выводе 3. Сколько на это уйдет времени, — зависит от сопротивления R7.
При появлении единицы на выводе 3 DD2 интервал включенного состояния электроприбора завершается, и начинается пауза. Транзисторы VT2-VT3 закрываются и реле K1 выключает электроприбор. А транзистор VT1 открывается. На вывод 9 DD1.4 проходит единица с выхода DD2, поэтому мультивибратор DD1.3- DD1.4 выключается. На коллекторе VT1 напряжение падает до нулевого уровня. Это соответствует напряжению на выводе 6 DD1.2. Поэтому мультивибратор DD1.1-DD1.2 включается. Импульсы с его выхода через диод VD2 поступают на вход «C» счетчика DD2. С этого момента и начинается отсчет интервала паузы. Светодиод HL1 индицирует включенное состояние реле K1.
В качестве источника питания годится любой сетевой адаптер с выходным номинальным напряжением 9-15В и током не ниже 150 мА.
Используя реле SC1240 можно коммутировать нагрузку при сетевом переменном напряжении 220В мощностью не более 2 кВт. Если же подобного не оказалось в наличии, можно использовать и отечественное реле, однако стоит отдавать предпочтение тем реле, которые в пластмассовом корпусе, так как аналогичное реле в металлическом корпусе не сможет безопасно работать на переменном напряжении 220В. Кроме того, желательно использовать специализированные реле, контакты которых и конструкция первично рассчитаны на коммутацию сетевого переменного напряжения.
Вместо реле можно использовать какую-нибудь оптотиристорную или отпосимисторную схему. В этом случае транзистор VT3 и, соответственно, реле K1 из схемы исключаются. А светодиод оптопары подключают вместо резистора R13. Сопротивление R10 в этом случае нужно подобрать соответственно тому, какой ток должен протекать через светодиод оптопары.
Преимущество реле в том, что это фактически, обычный механический выключатель, то есть, прибор линейный как кусок проволоки, и не вносящий никаких искажений и дополнений (вроде выбросов на каждом полупериоде) в синусоиду переменного напряжения от сети. Поэтому электроприборы с электронными блоками все же лучше питать через реле. А недостаток реле очевиден, — механические контакты, искрение, подгорание, в общем, механика, которая сама по себе не так надежна как тиристор или симистор. Поэтому, если управлять нужно мощным ТЭНом, или каким-то другим электроприбором без встроенной электроники, то лучше использовать все же оптосимистор.
В видеоуроке канала «Обзоры посылок и самоделки от jakson» будем собирать схему реле времени на основе микросхемы таймера на NE555. Очень простая – мало деталей, что не составит труда спаять все своими руками. При этом многим она будет полезна.
Радиодетали для реле времени
Понадобится сама микросхема, два простых резистора, конденсатор на 3 микрофарада, неполярный конденсатор на 0,01 мкф, транзистор КТ315, диод почти любой, одно реле. Напряжение питания устройства будет от 9 до 14 вольт. Купить радиодетали или готовое собранное реле времени можно в этом китайском магазине .
Схема очень простая.
Любой ее сможет осилить, при наличии необходимых деталей. Сборка на печатной макетной плате, что получится все компактно. В итоге часть платы придется отломать. Понадобится простая кнопка без фиксатора, она будет активировать реле. Также два переменных резистора, вместо одного, который требуется в схеме, поскольку у мастера нет необходимого номинала. 2 мегаома. Последовательно два резистора по 1 мегаому. Также реле, напряжение питания 12 вольт постоянного тока, пропустить через себя может 250 вольт, 10 ампер переменного.
После сборки в итоге таким образом выглядит реле времени на базе 555 таймера.
Все получилось компактно. Единственное, что визуально портит вид, диод, поскольку имеет такую форму, что его невозможно впаять иначе, поскольку у него ножки намного шире, чем отверстия в плате. Все равно получилось довольно неплохо.
Проверка устройства на 555 таймере
Проверим наше реле. Индикатором работы будет светодиодная лента. Так же подсоединим мультиметр. Проверим – нажимаем на кнопку, загорелась светодиодная лента. Напряжение, которое подается на реле – 12,5 вольт. Напряжение сейчас по нулям, но почему то горят светодиоды – скорей всего неисправность реле. Оно старое, выпаяно из ненужной платы.
При изменении положения подстроечных резисторов мы можем регулировать время работы реле. Измерим максимальное и минимальное время. Оно почти сразу же выключается. И максимальное время. Прошло около 2-3 минут – вы сами видите.
Но такие показатели только в представленном случае. У вас они могут быть другие, поскольку зависит от переменного резистора, который вы будете использовать и от емкости электроконденсатора. Чем больше емкость – тем дольше будет работать ваше реле времени.
Заключение
Интересное устройство мы сегодня собрали на NE 555. Все работает отлично. Схема не очень сложная, без проблем многие ее смогут осилить. В Китае продаются некоторые аналоги подобных схем, но интересней собрать самому, так будет дешевле. Применение подобному устройству в быту сможет найти любой. Например, уличный свет. Вы вышли из дома, включили уличное освещение и через какое-то время оно само выключается, как раз, когда вы уже уйдете.
Смотрите все на видео про сборку схемы на 555 таймере.
Этот простой самодельный таймер позволяет задержать на определенное время выключение осветительного или нагревательного прибора с сетевым питанием. Схема таймера проста и доступна для повторения даже начинающими радиолюбителями. В основе лежит компаратор напряжения на микросхеме DA1, нагруз-кой которой служит обмотка реле. Время выдержки зависит от емкости конденсатора СЗ и сопротивления резисторов R1 и R2. Источник питания —- бестрансформаторный с балластным конденсатором С1, напряжение питания поддерживается неизменным с помощью стабилитрона VD3.
Работа таймера. В исходном состоянии таймер и подключенная к розетке Х2 нагрузка обесточены. При нажатии на кнопку SB1 напряжение сети 220 В через ее контакты SB 1 1 подается на таймер и нагрузку, а контакты SB 1 2 подключают конденсатор СЗ времязадающей цепи к источнику питания. Конденсатор мгновенно заряжается, напряжение на входе управления микросхемы (вывод 1) становится больше порогового (около 2.5 В), и она открывается. При этом срабатывает реле К1 и своими контактами К 1.1 блокирует контакты SB1 1 кнопки, после чего ее можно отпустить — нагрузка останется подключенной к сети. После размыкания контактов SB 1.2 конденсатор СЗ начинает разряжаться через резисторы R1, R2 и напряжение на нем постепенно понижается. В момент, когда оно становится меньше порогового, микросхема закрывается, реле отпускает и его контакты отключают нагрузку от сети. При полностью введенном в разрядную цепь резисторе R2 и указанной на схеме емкости конденсатора СЗ это про-изойдет примерно через 3 мин после отпускания кнопки. Сокращение времени выдержки достигается уменьшением сопротивления введенной части резистора R2 Максимальное время выдержки можно увеличить, заменив конденсатор СЗ другим, большей емкости.
Детали таймера. Их монтируют на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Реле — электромагнитное с напряжением и током срабатывания соответственно не более 12 В и 50 мА, с контактами, рассчитанными на коммутацию напряжения 220 В при токе, потребляемом нагрузкой.
Плату таймера помещают в корпус из изоляционного материала, кнопку SB1, розетку и переменный резистор регулировки времени устанавливают на его стенках в удобных местах. На валике резистора закрепляют ручку управления с указателем. Налаживание таймера сводится к калибровке шкалы переменного резистора в единицах времени. Устройство было неоднократно успешно собрано и испытано.
Вот и наступил выходной. Так как планов никаких не было решил собрать какую нибудь конструкцию. Порывшись на просторах интернета, ничего интересного для себя не нашел. Решил придумать свою. Недолго думая придумал простой таймер . Состоит он из 2 частей. Первая часть это времязадающая цепь, а вторая - транзисторный ключ с подключаемой к нему нагрузкой.Схема таймера
Схема работает следующим образом: при нажатии на кнопку через резистор R3 идет заряд конденсатора С1. Когда конденсатор заряжается, открывается транзистор VT1. Он усиливает транзистор VT2, через который потечет ток нагрузки. Но конденсатор С1 разряжается через резисторы R1 и R2. Чем меньше значение резистора R1 тем быстрее будет разряжаться конденсатор. Резистор R2 стоит для того, чтобы после заряда конденсатора, конденсатор не разряжался моментально. Тем самым мы увеличиваем срок жизни конденсатора.
Схему решил собирать на одностороннем текстолите длинной 25мм и шириной 20 мм. Дорожки на плате рисовал перманентным маркером, а сверху закрасил краской. Травил в хлорном железе где-то сорок минут. Краску смывал растворителем, после залудил плату.
Теперь приступим к пайке. Первым делом паяем транзисторы, так как у них короткие ноги, и поэтому паять сложнее. Потом паяем конденсатор. Затем все резисторы, за ними светодиод, после провода и клеемник. Если все правильно спаять, то схема заработает сразу.
Транзисторы могут быть заменены на любые n-p-n структуры. Если подключать нагрузку, ток которой выше 50мА, то советую заменить транзистор кт315 на более мощный. Резистор R3 можно заменить на любой другой с сопротивлением 200-1000 Ом.
Резистор R2 можно заменить на любой другой с сопротивлением 50-1000 Ом. Резистор R1 может быть заменен на постоянный, если не требуется регулировка времени. Резистор R5 может быть заменен на другой с сопротивлением, 7.5-12.5 кОм. Резисторы R6 и R7 лучше оставить без изменения. Конденсатор может быть заменен и на другую емкость. Но его напряжение снижать нельзя.
Для наглядности работы таймера решил собрать простую пищалку. Плату травить не стал, собрал все на картонке. К этой схеме подключается динамик сопротивлением 50 Ом, который можно достать из телефонных трубок советских телефонов. К конденсатору можно в параллель поставить кнопку с таким же конденсатором, и при нажатии на кнопку звук из динамика будет звучать на несколько тонов ниже.
Хотел бы напомнить, что параллельно диоду можно включить электромагнитное реле с током обмотки не более 50 мА (если стоит кт315). А теперь небольшое видео о работе прибора:
С указанными по схеме номиналами время задержки не большое, но его легко можно увеличить установив ёмкость большего номинала. Схему собрал bkmz268 .
Обсудить статью СХЕМА ПРОСТОГО ТАЙМЕРА
