|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Програмований керуючий автомат. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Годинники, таймери, реле, комутатори навантаження Для управління різного роду електроустановками у побуті та на виробництві нерідко виникає необхідність багаторазового їх включення та вимкнення через певні часові інтервали. Це завдання зазвичай успішно вирішується за допомогою цифрових таймерів із пам'яттю. У статті, що публікується нижче, до уваги читачів пропонується опис варіанту пристрою такого призначення, який можна виготовити самостійно. Програмований автомат призначений для керування мережевими електроприладами малої та середньої (до 1 кВт) потужності. У побуті може бути використаний, наприклад, керувати люстрою Чижевського чи електроопалювальними приладами в житловому приміщенні. Автор використовував автомат для керування комп'ютером, що зв'язується з BBS у нічний час доби. Автомат містить два ідентичні незалежні програмовані канали, кожен з яких керує одним навантаженням. Число каналів може бути довільно збільшено без важливих доробок базових вузлів самого пристрою. Під час його роботи відбувається відлік реального часу та індикація поточного значення у годинах та хвилинах, а також порядкові номери (від 1 до 7) днів тижня. Максимальна тривалість керуючої програми в кожному з каналів становить одну добу, проте при необхідності користувач може дозволити або заборонити виконання записаної на згадку про добову програму в будь-які з семи діб тижня. Мінімальний програмований інтервал між двома подіями становить одну хвилину. Під подією тут розуміється включення чи вимкнення керованого навантаження. Таким чином, максимальна кількість програмованих подій дорівнює кількості хвилин на добу, тобто 1440. У будь-який момент часу за допомогою органів управління можна змінити поточні стани навантажень. Очищення (обнулення) пам'яті перед програмуванням здійснюється автоматичним перебором адрес за командою користувача в обох каналах відразу або в кожному окремо. При програмуванні передбачена можливість як поадресного запису, і поадресного стирання даних у пам'яті. В автоматі є генератор ЗЧ, який може подавати звукові сигнали в моменти настання кожної запрограмованої події. При відключенні мережної напруги передбачено автоматичне перемикання цифрової (слабочної) частини пристрою на живлення від резервної батареї, що дозволяє зберегти безперервний рахунок часу та уникнути змін поточних станів тригерів, що управляють навантаженнями. Структурна схема автомата наведено на рис. 1. Він складається з блоку рахунку та індикації, двох однакових канальних блоків, електронних реле, а також генератора ЗЧ, який може бути підключений до будь-якого каналу (на схемі, наприклад, до каналу 1).
У блоці рахунку та індикації відбувається відлік поточного часу та дня тижня, відображення їх значень на індикаторах, а також формування адрес для оперативної пам'яті каналів. Вузол управління встановлює лічильники у потрібне положення та проводить операції з пам'яттю каналів. Синхронізатор виробляє рахункові та керуючі послідовності імпульсів. ОЗУ зберігає програму управління станом навантажень у кожному каналі. Вузли стану перетворюють лічені з ОЗУ імпульсні сигнали в напруги певного логічного рівня, які керують електронними реле, комутуючими подається на навантаження мережна напруга. Принципова схема блоку рахунку та індикації наведена на рис. 2. Він являє собою електронний годинник. Функції джерела лічильних та керуючих послідовностей імпульсів (синхронізатора) виконує в них спеціалізована годинна мікросхема DD12 (К176ІЕ18), що містить кварцовий генератор. З її висновків знімаються такі сигнали: з вив. 10 - лічильні хвилинні імпульси (1/60 Гц), які через ланцюг укорочення на елементах DD1.5, DD1.6, С15, R18 та елементи DD13.4, DD4.3, DD4.2 надходять на лічильний вхід лічильника одиниць хвилин DD7.1 .4; з вив. 1 - секундні імпульси, які використовуються для індикації секундного ритму світлодіодом HL11; з вив. 1024 - імпульси з частотою 2.2 Гц, які проходять через лічильник-дільник на два DD512, після чого їх частота знижується до 6 Гц; з вив. 2 - імпульси з частотою 1 Гц, що забезпечують миготіння знайомих індикаторів HG4 - HGXNUMX в режимі встановлення їх показань.
(Натисніть для збільшення) Рахункова частина блоку, що розглядається, побудована за поширеною схемою з послідовним з'єднанням лічильників із заданими коефіцієнтами перерахунку та статичною індикацією їх станів семисегментними індикаторами HG1 - HG5. Адресна шина АТ - А15 сформована із задіяних за рахунку розрядів мікросхем DD7, DD10, DD14. Особливістю запропонованого схемотехнічного рішення є можливість оперативної зміни користувачем стану кожного з лічильників, що полегшує запис на згадку про дані при програмуванні. Керують блоком кнопками SB1 - "Установка", SB2 - "Перебір знайомств" та SB3 - "Режим". У вихідному стані на вив. 6 дешифратора DD6 є високий логічний рівень, тому на всіх його виходах (вив. 1, 5, 2, 4, 12, 14, 15, 11) будуть низькі рівні, що забороняють проходження настановних імпульсів від кнопки SB1 до лічильників DD7.1, DD .7.2, DD10.1, DD10.2 через елементи DD4.1, DD5.4, DD9.3, DD11.3 і дозволяють перетворення дешифраторам DD16 - DD19. При одноразовому натисканні на кнопку SB3 тригер DD8.1 перетворюється на одиничний стан, дозволяючи роботу комутаторів дешифратора DD6, одному з виходів (вив. 1, 5, 2, 4) якого з'являється високий рівень, але в іншому (вив. 12, 14 , 15, 11) – імпульси з частотою 2 Гц. В результаті одне з чотирьох знайомест HG1 - Н4 починає блимати із зазначеною частотою. За допомогою кнопки SB1 змінюють стан лічильника цього знайоместа (показ індикатора). Активність того чи іншого знайоместа залежить від стану лічильника DD2.1 в момент натискання на кнопку SB3. Змінити стан лічильника DD2.1 можна за допомогою кнопки SB2. Таким чином, послідовно встановлюючи показання індикаторів кожного знайомства, можна дуже швидко виставити потрібний час (адреса на адресній шині). Стан лічильника діб тижня DD14 встановлюють шляхом перенесення при встановленні стану лічильника десятків годин DD10.2. Слід зауважити, що встановлення необхідних показань індикаторів зручніше починати з одиниць хвилин і закінчувати добою тижня, оскільки вже встановлене значення у старшому знайомому буде збільшено на одиницю переносом, який може статися при встановленні значення в молодшому знайомому. Кнопка SB5 "Початкова установка" призначена для точної {до секунд) встановлення годинника за еталонним джерелом часу. У момент натискання на цю кнопку обнулюється внутрішній лічильник секунд мікросхеми DD12 та лічильники одиниць та десятків хвилин мікросхем DD7.1, DD7.2. Крім сигналів адрес АТ - А15, з блоку рахунку та індикації знімаються ще кілька керуючих сигналів: з вив. 4 мікросхеми DD3.2 (ланцюг 1) - короткі хвилинні імпульси, настановні імпульси від кнопки SB1; з вив. 6 мікросхеми DD15.3 (ланцюг 2) – імпульси від кнопки SB6 "Запис", а також імпульси частотою 512 Гц (в режимі очищення пам'яті); з вив. 13 мікросхеми DD8 (ланцюг 3) – статичний сигнал, високий рівень якого забезпечує реалізацію режиму очищення пам'яті. Режим очищення пам'яті встановлюється при одноразовому натисканні на кнопку SB4 "Очищення", якщо контакти вимикача розблокування очищення SA1 замкнуті. У цьому режимі тригер DD8.2 перетворюється на стан логічної 1, проходження хвилинних імпульсів на лічильний вхід лічильника DD7.1 через елемент DD13.4 забороняється, а проходження імпульсів частотою 512 Гц через елемент DD4.4 дозволяється. В результаті відбувається рахунок {перебір адрес) з частотою 512 Гц. Повторне натискання на кнопку SB4 повертає тригер DD8.2 у вихідний стан логічного нуля. При початковому включенні живлення обидва тригери DD8 встановлюються стан логічного нуля ланцюгом С13R11. Кнопки SB1, SB6 мають пристрій захисту від брязкоту контактів, виконаний на елементах DD1.1, DD1.2, DD15.1, DD15.2. Ланцюг DD1.5, С15, R18, DD1.6 вкорочує довгий хвилинний імпульс з вив. 10 мікросхеми DD12. Інакше цей імпульс на кілька десятків секунд у кожній хвилині забороняв установку стану лічильника DD7.1 кнопкою SB1. На рис. 3 наведено принципову схему блоку каналів програмованого автомата. Тут же зображено схему загального для обох каналів пристрою, виконаного на елементах DD1, DD2, DD3.1, DD3.2, DD4.1, DD4.2, DD5.1, DD5.2, яке виробляє сигнали, що керують пам'яттю. Тепер розглянемо роботу першого каналу у режимі запису за рахунку реального часу. Як показано на рис. 3 від адресної шини АТ - А15 відводиться розряд А12. Від стану залежить вибір мікросхеми ОЗУ, до якої проводиться звернення. Припустимо, що на даний момент цей розряд знаходиться в одиничному стані і для обігу активним низьким рівнем сигналу РЄ (вив. 10 DD7, DD8) вибрано мікросхему DD7. Мікросхема DD8 у разі встановлюється після виходу третій стан.
(Натисніть для збільшення) При зміні адреси на шині адрес АТ - А15 (на фронті хвилинного або настановного імпульсу, що надходить з блоку рахунку та індикації) одновібратор DD1.1 формує імпульс високого рівня, протягом якого звернення до мікросхеми DD7 забороняється, щоб уникнути зчитування в цей момент даних з пам'яті . У проміжки між імпульсами, що формуються мікросхемою DD1.1, на виході мікросхеми DD7 (вив. 7) встановлюється логічний рівень, що відповідає біту даних, ліченому за поточною адресою. Для запису біта даних на згадку за потрібною адресою користувач повинен виставити його на шині кнопками управління блоку рахунку та індикації. Потім вимикачем SA3 слід вибрати ймовірний для запису рівень: логічний нуль або логічну одиницю. У разі вибору одиниці в пам'ять буде записано подію, яка відбудеться у встановлений час. При записі нуля можна, наприклад, стерти записану раніше подію. Далі потрібно одноразово натиснути кнопку SB6 "Запис" (див. рис. 2). По фронту імпульсу, який за ланцюгом 2 надійде на одновібратор DD1.2, останній сформує на своїх виходах імпульси запису (рис. 4, а).
З прямого виходу мікросхеми DD1.2 (вив. 10) імпульс запису надходить на вузол формування коротких імпульсів по фронту і спаду імпульсу запису, виконаний на елементах DD2.1, R3, С13, DD2.2, DD2.3. З інверсного виходу мікросхеми DD1.2 (вив. 9) імпульс запису потрапляє на вузол затримки на елементах DD5.1, R4, С14, DD5.2, а потім на вив. 8 мікросхем пам'яті DD7, DD8. Час затримки підібрано таким чином, щоб у моменти перепадів сигналу (імпульсу) запису на вив. 8 мікросхеми DD7 звернення до неї заборонялося вступниками на її вив. 10 короткими імпульсами з вив. 10 мікросхеми DD2.3. Таким чином, створюються необхідні умови для коректної роботи мікросхем ОЗУ КР537РУ2, що тактуються, відповідно до паспортного режиму [1]. Після закінчення другого короткого імпульсу з вив. 10 мікросхеми DD2.3 на вив. 7 мікросхеми DD7 встановлюється логічний рівень, що відповідає щойно записаному біту даних (рис. 4,а). Розряди А13 - А15 лічильника діб тижня (див. рис. 2) на мікросхеми пам'яті не надходять, а подаються на дешифратор DD14 як адресу електронного ключа мікросхеми, що комутується. Входи електронних ключів DD14 (вив. 14, 15, 12, 1, 5, 2, 4) та вимикачі SA7-SA13 відповідають дням тижня з понеділка по неділю. Якщо один із вимикачів у відповідний день тижня замкнутий, високий рівень напруги, присутній при цьому на вив. 3 мікросхеми DD14, дозволяє проходження високого логічного рівня з вив. 7 ОЗП DD7, DD8 через мікросхему DD4.3. При розімкнутому стані вимикачів низький рівень на вив. 3 мікросхеми DD14 забороняє назване вище проходження. Ланцюг C18R12 формує по фронту ліченого з пам'яті напруги високого рівня імпульс перемикання тригера стану навантаження DD13.1. Користувач може в будь-який момент змінити стан тригера за допомогою кнопки SB1, контролюючи його наявність або відсутність світла світлодіода HL3. Якщо програмування здійснюється при підключеному навантаженні, її слід тимчасово відключити вимикачем SA6. Контроль її стану проводиться за світлодіодом HL4. Щоразу, коли на вхід С (вив. 3) тригера DD13.1 приходить імпульс перемикання, у телефоні BF1 лунає короткий звуковий сигнал високого тону, що формується генератором 3Ч на елементах С17, R10, DD5.3, DD3.3. Перед записом програм на згадку необхідно її очистити, т. е. записати за всіма доступними адресами логічні нулі. Перебір адрес при очищенні проводиться з порівняно низькою частотою 512 Гц (рис. 4,б), що дозволяє візуально (відсутності миготіння світлодіода HL2) і на слух (щодо зникнення сигналу, що відтворюється телефоном BF1) контролювати відсутність у пам'яті логічних одиниць. Цикл очищення (перебір усіх значень часу) бажано повторити 2-3 рази. Це займає лише кілька секунд. Вимикач SA3 повинен бути попередньо встановлений у положення "0". Якщо потрібно працювати з пам'яттю тільки одного каналу, не торкаючись змісту пам'яті іншого, то можна заблокувати останню від звернення переведенням відповідного вимикача SA1 або SA2 "Блокування пам'яті" в нижнє за схемою положення. Під час режиму очищення тригери стану навантаження DD13.1 та DD13.2 в обох каналах перетворюються на стан логічного нуля високим рівнем на R-вході (вив. 4 і 10). Звуковий генератор будильника, виконаний на мікросхемі DD6, входом роздільної здатності (вив. 1 DD6) підключається до вив. 3 мікросхеми DD11.1 першого або до вив. 10 мікросхеми DD11.3 другого каналу. У разі зчитування з пам'яті високого рівня в заданий час при замкнутому вимикачі SA4 "Будильник" переривчастий сигнал звучатиме протягом однієї хвилини. Принципова схема електронних реле та блоку живлення програмованого автомата наведена на рис. 5. Цифрова частина електронних реле виконана з урахуванням пристрою, описаного в [3]. Як силові елементи електронних реле використовуються симісторні комутатори VS1, VS2, недоліком яких є наявність комутаційних викидів і спотворення синусоїдальної форми струму при управлінні потужними реактивними навантаженнями. У пропонованому пристрої навантаження комутується в момент переходу змінної напруги через нуль, тому при перемиканнях суто активних навантажень від викидів вдалося повністю позбутися.
(Натисніть для збільшення) Тимчасові діаграми, що пояснюють роботу блоку електронних реле, представлені на рис. 6.
Позитивний перепад напруги, що надходить для включення навантаження на вхід D тригера (вив. 5 DD2.1) у довільний момент t1, буде переданий на вихід (вив. 1 DD2.1) тільки в момент приходу на його вхід С (вив. 3 DD2.1 .1.2) короткого імпульсу, що збігається за часом з переходом напруги через нуль. Наявність вузла затримки короткого імпульсу на елементах DD9, R7, С1.3, DD1 не є обов'язковим і принциповим, проте дозволяє точно поєднати за часом передній фронт імпульсу, що надходить на вхід С тригера з моментом переходу напруги через нуль (провалу пульсуючої напруги на висновках 2, 1.1 мікросхеми DDXNUMX). Використання оптопарів U1 - U4 дозволило повністю розв'язати блок електронних реле та цифрову частину автомата. У блоці живлення встановлені два інтегральні стабілізатори DA1 і DA2. Перший забезпечує живлення цифрової частини автомата. Його вхідна напруга резервована батареєю GB1 з ланцюгом автоматичного вмикання на діодах VD2, VD3. Другий стабілізатор використовується для живлення оптопар, світлодіодів та семисегментних індикаторів. Мережевий фільтр C8L2L3C9 пригнічує викиди та перешкоди напруги. До елементної бази автомата жорстких вимог не пред'являється. Автор використовував резистори ОМЛТ зазначеної на схемах потужності, оксидні конденсатори – К50-16, інші – КМ, КЛС; кнопки SB1 – SB6 (див. рис. 2) та SB1, SB2 (див. рис.3) – КМ1-1; вимикачі SA1, SA2 (див. рис. 3) - МТЗ, SA3, SA6, SA15 (див. рис. 3) та SA1 (див. рис. 2) - МТ1, SA4 (див. рис. 3), SA1 (cm 5) - ПК4-1, вимикачі "Дні тижня" SA7 - SA13, SA16 - SA22 - складання мікровимикачів ВДМ1-8. Восьмий вимикач у збірці використовується як SA5, SA14 ("Звук"). Семисегментні світлодіодні індикатори будь-які із загальним катодом (краще використовувати імпортні, наприклад, LTS547AP). Транзистори КТ315 з будь-яким буквеним індексом, кварцовий резонатор BQ1 на частоту 32 Гц, телефонний капсуль BF768 - будь-яким опором 1...200 Ом, наприклад, імпортний DH300F. Симістори КУ30Г можна замінити більш потужні, наприклад, ТС208-112-16-10, проте спотворення синусоїдальної форми струму при управлінні індуктивними навантаженнями стануть у цьому випадку помітнішими. Як електронні реле можна використовувати інтегральні "твердотільні реле" D7 або D2410 фірми IR, в яких включення реалізовано по нулю напруги мережі, а виключення - по нулю струму через навантаження [2475]. Трансформатор Т1 повинен забезпечувати на вторинній обмотці змінну напругу близько 8 при струмі навантаження 600 мА. Котушки фільтрів L1 - L3 намотані на кільцях (20x10x4 мм) з фериту М2000НМ-1 проводом МГТФ 0,5 до заповнення, причому котушки L2, L3 намотуються одночасно двома проводами. Як GB1 використовується батарея із шести пальчикових елементів. Струм, що споживається цифровою частиною пристрою від батареї, за відсутності напруги мережі не перевищує 35 мА. Автомат розміщений у корпусі розмірами 265×200×100 мм. На передній панелі розташовані органи управління та індикації, а на задній - розетки для підключення навантаження. Симистори VS1, VS2 встановлені на тепловідведення площею близько 150 см2, а стабілізатор DA2 - на тепловідведення площею 50 см2. Блок рахунку та індикації та блок каналів змонтовані на окремих платах розмірами 185x80 мм, елементи електронних реле (крім симісторів VS1, VS2) та блока живлення (крім конденсаторів С1 – C3, мікросхем DA1, DA2, батареї GB1 та трансформатора Т1) розміщені на загальній платі розмірами 170 х 80 мм. Конденсатори C3-С10 у блоці рахунку та індикації та С2-С10 у блоці каналів напаяні між висновками "загальний" і "плюс живлення" мікросхем ОЗУ, лічильників та тригерів. При справних деталях та правильному монтажі цифрова частина автомата починає працювати одразу. Налагодження блоку рахунку та індикації зводиться до підстроювання частоти кварцового генератора на мікросхемі DD12 конденсатором С18. При налагодженні блоку каналів підбором резисторів R10 R20 слід встановити потрібну тональність канальних звукових генераторів, а підбором конденсатора С16 - генератора будильника. Необхідну тривалість звукових сигналів будильника підбирають конденсатором С15. При налагодженні блоку електронних реле слід підібрати резистор R8 таким чином, щоб імпульси низького рівня на вході тригера Шмітта DD1.1 (вив. 1, 2) забезпечували його стійке перемикання. Підбором резистора R9 в ланцюзі затримки слід поєднати за часом фронт імпульсу на вив. 10 мікросхеми DD1.3 з нижньою точкою імпульсу на вив. 1, 2 мікросхеми DD1.1 (рис. 6). Приступаючи до програмування автомата, слід враховувати таке. Якщо програма містить досить велику кількість подій, рекомендується побудувати тимчасову діаграму, де високим рівнем позначити включений стан навантаження, низьким - вимкнене, а перепадами між рівнями - події. Проставивши бажані моменти подій, слід записати на ці адреси в пам'ять одиниці, виставити на індикаторах поточний точний час, підключити до пристрою навантаження і встановити кнопкою "Встановлення стану" початковий стан навантаження відповідно до побудованої діаграми. При записі та контролі даних не можна користуватися кнопкою "Поч. установка", оскільки при натисканні на неї стан адресної шини змінюється, але коректного читання з пам'яті на нову адресу не досягається. Аналізуючи роботу автомата, легко побачити, що, виключивши з-поміж адрес, що подаються на мікросхеми ОЗУ, розряди лічильника одиниць хвилин АТ - A3 і включивши туди розряди лічильника діб А13 - А15, можна отримати пристрій, що програмується на тиждень. Оскільки в результаті розрядність адресної шини ОЗУ стане на одиницю меншою, можна буде обійтися однією мікросхемою пам'яті на канал, а також виключити дешифратори DD14, DD15. Мінімальний інтервал між подіями в цьому випадку дорівнює десяти хвилинам, а максимальна кількість подій у тижневій програмі знизиться до 144x7=1008. література
Автор: П.Редькін, м.Ульяновськ
Пастка для комах
01.05.2024 Загроза космічного сміття для магнітного поля Землі
01.05.2024 Застигання сипких речовин
30.04.2024
▪ Одношаровий графен продемонстрував гігантський магнітоопір ▪ Слуховий апарат з фітнес-трекером та перекладачем іноземної мови ▪ TPS65135 - DC-DC джерело двополярного живлення з одним дроселем ▪ Дослідницька експедиція вирушила на Місяць
▪ розділ сайту Електробезпека, пожежна безпека. Добірка статей ▪ стаття Прискорювач заряджених частинок. Історія винаходу та виробництва ▪ стаття Що таке експресіонізм? Детальна відповідь ▪ стаття Жовта водяна лілія. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Простий автосторож. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Моделі парашутів. Фізичний експеримент
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page