Таймер включения и выключения электроприборов схема. Очень удобный таймер обратного отсчёта с цифровым дисплеем LED. Рассмотрим схему в железе
Основной составляющей технического оснащения современного дома может стать сделанное реле времени своими руками . Суть такого контроллера состоит в размыкании и замыкании электрической цепи по заданным параметрам с целью контроля наличия напряжения, например, в осветительной сети.
Предназначение и конструктивные особенности
Самое совершенное такое устройство - это таймер , состоящий с электронных элементов. Его момент срабатывания управляется электронной схемой по заданным параметрам, а само время отпускания реле исчисляется в секундах, минутах, часах или сутках.
По общему классификатору таймеры выключения или включения электрической схемы подразделяются на следующие виды:
- Устройство механического исполнения.
- Таймер с электронным выключателем нагрузки, например, построенный на тиристоре.
- Прибор принцип работы, которого построен на пневматическом приводе выключения и включения.
Конструктивно таймер срабатывания может изготавливаться для установки на ровной плоскости, с фиксатором на DIN рейку и для монтажа на передней панели щита автоматики и индикации.
Также такое устройство по способу подключения бывает переднее, заднее, боковое и втыкаемое через специальный разъемный элемент. Программирование времени может выполняться с помощью переключателя, потенциометра или кнопок.
Как уже отмечалось, из всех перечисленных видов приборов срабатывания на заданное время, наибольшим спросом пользуется схема реле времени с электронным элементом выключения .
Это объясняется тем, что такой таймер, работающий от напряжения, к примеру, 12v, имеет следующие технические особенности:
- компактные габариты;
- минимальные энергетические затраты;
- отсутствие подвижных механизмов за исключением контактов выключения и включения;
- широко программируемое задание;
- большой срок эксплуатации, независимый от циклов срабатывания.
Самое интересное, что таймер просто сделать своими руками в домашних условиях. На практике существуют многие виды схем, дающих исчерпывающий ответ на вопрос как сделать реле времени.
Самый простой таймер 12В в домашних условиях
Наиболее простое решение - это реле времени 12 вольт . Такое реле может быть запитано от стандартного блока питания на 12v, каких очень много продается в различных магазинах.
На рисунке ниже приведена схема устройства включения и автоматического выключения осветительной сети, собранная на одном счетчике интегрального типа К561ИЕ16.
Рисунок. Вариант схемы 12v реле, при подаче питания включающего нагрузку на 3 минуты.
Данная схема интересная тем, что в качестве генератора тактирующих импульсов выступает мигающий светодиод VD1. Частота его мерцаний составляет 1,4 Гц. Если светодиод конкретно такой марки найти не удастся, то можно использовать подобный.
Рассмотрим исходное состояние срабатывания, в момент подачи питания 12v. В начальный момент времени конденсатор С1 полностью заряжается через резистор R2. На выводе под №11 появляется лог.1, делающий данный элемент обнуленным.
Транзистор, подсоединенный к выходу интегрального счетчика , открывается и подает напряжение 12В на катушку реле, через силовые контакты которого замыкается цепь включения нагрузки.
Дальнейший принцип действия схемы, работающей на напряжении 12В, состоит в считывании импульсов , поступающих с индикатора VD1 с частотой 1,4 Гц на контакт №10 счетчика DD1. С каждым снижением уровня поступающего сигнала происходит, так сказать, приращение значения счетного элемента.
При поступлении 256 импульса (это равняется 183 секундам или 3 минутам) на контакте №12 появляется лог. 1. Такой сигнал является командой для закрывания транзистора VT1 и прерывания цепи подключения нагрузки, через контактную систему реле.
Одновременно с этим, лог.1 с вывода под №12 поступает через диод VD2 на тактовую ногу C элемента DD1. Этот сигнал блокирует в дальнейшем возможность поступления тактовых импульсов, таймер срабатывать больше не будет, вплоть до пересброса питания 12В.
Исходные параметры для таймера срабатывания задаются разными способами подсоединения транзистора VT1 и диода VD3, указанных на схеме.
Немного преобразив такое устройство можно сделать схему, имеющую обратный принцип действия . Транзистор КТ814А следует поменять на другой тип - КТ815А, эмиттер подключить к общему проводу, коллектор к первому контакту реле. Второй контакт реле следует подключить к напряжению питания 12В.
Рисунок. Вариант схемы 12v реле, включающего нагрузку через 3 минуты после подачи питания.
Теперь после подачи питания реле будет отключено, а открывающий реле управляющий импульс в виде лог.1 выхода 12 элемента DD1 будет открывать транзистор и подавать на катушку напряжение 12В. После чего, через силовые контакты будет происходить подключение нагрузки к электрической сети.
Данный вариант таймера, функционирующий от напряжения 12В, на отрезке времени 3 минуты будет держать нагрузку в отключенном состоянии, а затем подключит её.
При изготовлении схемы, не забудьте расположить конденсатор ёмкостью 0.1 мкФ, на схеме имеющий обзначение C3 и напряжением 50В как можно ближе к питающим выводам микросхемы, иначе счетчик будет часто сбоить и время выдержки реле будет иногда меньше, чем должно быть.
Интересной особенностью принципа работы данной схемы является наличие дополнительных возможностей, которые при возможности легко реализовать.
В частности, это программирование времени выдержки. Применив, к примеру, такой DIP-переключатель как показано на рисунке, вы можете соединить одни контакты переключателей с выходами счетчика DD1, а вторые контакты объединить вместе и подключить к точке соединения элементов VD2 и R3.
Таким образом, с помощью микропереключателей вы сможете программировать время выдержки реле.
Подключение точки соединения элементов VD2 и R3 к различным выходам DD1 изменит время выдержки следующим образом:
| Номер ноги счётчика | Номер разряда счётчика | Время выдержки |
|---|---|---|
| 7 | 3 | 6 сек |
| 5 | 4 | 11 сек |
| 4 | 5 | 23 сек |
| 6 | 6 | 45 сек |
| 13 | 7 | 1.5 мин |
| 12 | 8 | 3 мин |
| 14 | 9 | 6 мин 6 сек |
| 15 | 10 | 12 мин 11 сек |
| 1 | 11 | 24 мин 22 сек |
| 2 | 12 | 48 мин 46 сек |
| 3 | 13 | 1 час 37 мин 32 сек |
Комплектация схемы элементами
Чтобы изготовить такой таймер, работающий на напряжении 12v требуется правильно подготовить детали схемы.
Элементами схемы являются:
- диоды VD1 – VD2, имеющие маркировку 1N4128, КД103, КД102, КД522.
- Транзистор, подающий напряжение 12v на реле - с обозначением КТ814А или КТ814.
- Интегральный счетчик, основа принципа работы схемы, с маркировкой К561ИЕ16 или CD4060.
- Светодиодное устройство серии ARL5013URCB или L816BRSCB.
Здесь важно помнить, что при изготовлении самодельного устройства необходимо применять элементы, указанные в схеме и соблюдать правила техники безопасности.
Простая схема для новичков
Начинающим радиолюбителям можно попробовать сделать таймер, принцип действия которого максимально прост.
Тем не менее, таким простым устройством можно включать нагрузку на конкретное время. Правда, время на которое подключается нагрузка всегда одно и то же.
Алгоритм работы схемы заключается в следующем. При замыкании кнопки, имеющей обозначение SF1, конденсатор C1 полностью заряжается. Когда она отпускается, указанный элемент C1 начинает разряжаться через сопротивление R1 и базу транзистора, имеющего обозначение в схеме - VT1.
На время действия тока разрядки конденсатора C1, пока его достаточно для поддержания транзистора VT1 в открытом состоянии, реле K1 будет во включенном состоянии, а затем отключится.
Указанные номиналы на элементах схемы обеспечивают длительность работы нагрузки на протяжении 5 минут. Принцип действия устройства такой, что время выдержки зависит от ёмкости конденсатора C1, сопротивления R1, коэффициента передачи тока транзистора VT1 и тока срабатывания реле K1.
При желании вы можете изменить время срабатывания изменив ёмкость C1.
Видео по теме
В этом выпуске канала Паяльник TV рассмотрим простую схему. Она представляет из себя несложный таймер, или реле времени. Выполнена всего на одном активном компоненте в виде биполярного транзистора обратной проводимости. Доступна схема начинающим и опытным радиолюбителям для самостоятельной сборки. Радиодетали дешево в этом китайском магазине .
Несколько слов про элементную базу. Диод D1 можно даже не использовать. Заменить перемычкой. Если решите использовать, то любой маломощный диод, например 1N4007, или любой другой выпрямительный диод. Конденсатор C2 подбирается, если устройство будет питаться от блока питания. Если от аккумулятора, то отпадает нужда в конденсаторе C2, так как он предназначен для фильтрации питания. Резисторы R2 и R1 с мощностью 0,25 Вт. Однако можно и не столь мощные 0,125 Вт. Конденсатор C1 в схеме имеет ёмкость 100 мкФ, но нужно его подобрать. Из него зависит время срабатывания схемы. Напряжение этого конденсатора 16-25 В, поскольку питание у нас само 12 В. Транзистор T1 – любой маломощный транзистор биполярный, обратной проводимости. Можно использовать даже КТ315. В представленной сборке задействован транзистор средней мощности КТ815А. Можно также транзисторы большой мощности, к примеру КТ805, КТ803 даже, КТ819, и так далее.
В эмиттерную цепочку транзистора подключена обмотка электромагнитного реле, для управления мощными сетевыми нагрузками. В случае, если схему будете применять для запитки низковольтных маломощных нагрузок, например, светодиодов, то реле можно убрать и в эмиттерную цепь подключить напрямую сам светодиод.
Как работает схема?
При подключении источника питания, 12 В, к примеру, поступает питание на схему, через ограничительный резистор R2 заряжается конденсатор C1. И как только заряд на конденсаторе достиг определённого уровня, питание через резистор R1 поступает на базу транзистора. Вследствие чего последний открывается, и плюс через переход транзистора подаётся на обмотку электромагнитного реле. Вследствие чего последнее замыкается, включая или выключая сетевую нагрузку.
В представленном варианте в качестве сетевой нагрузки использована обычная лампа накаливания на 220 В. Если хотите управлять сетевыми нагрузками, то обратите внимание именно на параметры реле. Во-первых, катушка реле должна быть рассчитана на напряжение 12 В. Сами контакты должны быть довольно мощными, в зависимости, конечно же, от подключённой нагрузки. То есть, обратите внимание на ток допустимый через контакты.
Время срабатывания реле, то есть, время зарядки конденсатора, в большей степени зависит от резистора R2. Чем выше его номинал, тем медленнее будет заряжаться конденсатор. И, разумеется, от ёмкости самого конденсатора C. Чем выше его номинал, тем дольше он будет заряжаться, значит, тем большее время потребуется на зарядку и срабатывание схемы.
Рассмотрим схему в железе.
Реле имеет катушку на 12 В, об этом говорит маркировка. Также допустимый ток через контакты составляет 10 А при напряжении 250 В, переменном. Транзистор абсолютно не нагревается в схеме. Но поскольку схема имеет довольно большую задержку, с таким раскладом использованных компонентов, было решено изменить сопротивление R2. В схеме 47 кОм было заменено на 4,4 кОм, и этим получена задержку 2-3 с.
Давайте подключим к источнику питания 12 В. Будет использован такой аккумулятор, точное напряжение где-то 10, 8 В. Это три литиевые банки, подключённые последовательным образом. Обратите внимание на светодиод. У нас синий светодиод подключён через ограничительный резистор на 1 кОм. Как только контакты реле замкнутся, подаётся питание на сам светодиод. Обратите внимание на задержку. Где-то 2 с. Разумеется, схема может находиться в включённом состоянии бесконечно долгое время.
Данную схему можно использовать не только в качестве таймера, но и в качестве системы плавного пуска Soft Start. Применяется система импульсных мощных блоков питания. Почему именно советуется в мощных источниках питания импульсных использовать плавный пуск? Потому что при включении схемы в сеть на очень короткое время схема потребляет запредельный ток. Это происходит потому, что в момент включения заряжаются конденсаторы большим током. И вследствие этого другие компоненты схемы, например, диодный мост и так далее, могут не выдерживать такие токи и выйти из строя. Поэтому применяется эта система.
Как работает система плавного пуска в схемах импульсных источников?
При подключении в сеть 220 В через резистор, который имеет некоторое сопротивление и является токогасительным, то есть, ограничивает ток, заряжается через этот резистор мощный конденсатор, малым током. И как только конденсаторы полностью заряжены, тут уже срабатывает реле и подаётся основное питание по контактам реле на схему импульсного источника питания. Таким образом, к примеру, можно подобрать время заряда конденсатора, настроить тут время срабатывания, и получить довольно хорошую систему для мощных импульсных блоков питания. На этом всё. Такова простая и доступная . Еще простая схема .
обсуждение
radmir tagirov
это пример как не надо делать реле времени. Индуктивная нагрузка должна обязательно шунтироваться диодом. Иначе в одно прекрасное время у вас погорит транзистор. И почему реле подключено к эммитеру?
Serghei
Это не реле времени, а реле задержки! Да и диод ты не туда вставил!
Taras tsaryuk
а диод параллельно реле типа ставить не нужно да!?если не жалко транзистора – когда закроется транзистор и реле обесточится, есть такая фигня как обратный ток, вот в этот момент и транзистору придет полный. Ну в общем как угодно. Если деталей не жалко.
An _
собрал такую схему, только без диода и кондера на входе, и реле заменил на светодиод с последовательно соединенным резистором в 300 ком, транс кт 3102, при подключении к аккуму на приблизительно 12в светодиод плавно начинает светиться и светит, светит, светит.! При меньшем напряжении на источнике питания картина та же. Пробовал менять кондер и резисторы – разница в скорости засвечивания светодиода. Я думал, что он должен засветиться и потухнуть. Где ошибка?
Zahar shoihit
действительно это не урок математики но мне кажется так как статья для начинающих то все-таки стоит объяснить людям, как посчитать время задержки.
Zahar shoihit
как ты получил задержку в две секунды?
Ведь τ=rc 4. 4k*100µf=0. 44сек.
12 вольтовое реле срабатывает где то при 9в.
То есть 3/4 от полного заряда конденсатора.
3/4 от 5τ =(5*0. 44)/4*3=1. 65сек
это в идеале, а по идее и того меньше.
кардан youtube
доброго времени суток. Возможно ли собрать на основе данной схемы реле на 4 контакта с последовательным включением с задержкой в 5 секунд? Хотелось бы использовать нечто подобное в разгоне козлового крана.
дарья новгородова
ребята, оставьте человека в покое со своими вопросами по поводу устройства этого реле. У меня на компрессоре оно уже год отключает пусковые кондёры. А пользуюсь компрессором я довольно часто. А ещё в сигнализации я его применил. Пока проблем не было.
Андрей ф
я не волшебник, а только учусь. Товарищи электронщики поясните пожалуйста, разве базовый ток транзистора у этой схемы через r2, r1 и катушку появляется не с разу. Есть такое предположение, как говорит автор, что транзистор открывается с задержкой в 2 сек, когда на верхней обкладке по мере заряда появляется напряжение, допустим 0, 7 в, достаточное для открытия транзистора и ёмкость конденсатора особой роли не играет. Вот если бы тут стояла кнопка с откидным контактом между r2 и узлом соединения с1 и r1 тогда бы размер ёмкости играл бы свою роль на длительный разряд. Короче говоря, кто может поясните.
Sako grig
напряжение для открывания транзистора 0. 7 в как раз появляется через несколько секунд, время зависит от величины r2 и с1. При увеличении емкости конденсатора 0. 7 в появиться позже, то же самое при увеличении r2, так как уменшится ток зарядки конденсатора. I*t=c*u
андрей ф
спасибо за разъяснение. Собрал схему в мультисим, транзистор поставил 2n6488. Реле подключал и к коллектору и к эммитору. С реле в коллекторной цепи схема ведёт себя приблизительно так как вы написали на базе u= 0, 5в ток открытия 0, 01ма. А когда реле в эммиторной цепи картина другая, напряжение на базе u= 4b ток 0, 01ма и реле вроде бы как срабатывало при 4в. Сопротивление и конденсатор ставил разные, время заряда менялось в обоих случаях.
Sako grig
вообше то я рекомендовал реле подключить в цепь колектора, эмитер заземлять, вместо r1 поставить стабилитрон на 3-4 вольта(что- бы увеличивать время задержки), желательно транзистер взять с большим коэф усиления по току-h21э.
Sako grig
не думаю, что мултисим может разбираться в тонкостях работы разных модификации реле, например у одних, хотя они на 12вольт, напряжение срабатывания 8-9вольт, а напряжение отпускания может быть где то в районе 3-4вольта.
Андрей ф
интересно было лет 20 назад когда цветные телевизоры весили 20 кг и что бы отремонтировать надо было его в ателье везти или на дом мастера вызывать, поэтому самому пришлось прикупить книги и самостоятельно изучать это дело, но моя база всё равно маловата так как подсказать особо было не кому. Собирать и посмотреть как работает схема в мультисим, да почему нет. В интернете очень много роликов но таких, чтобы досконально объяснили работу схемы очень мало. Вот и тут автор мог бы показать на схеме направления токов, напряжения на конденсаторе, на базе транзистора. Тогда бы не было вопросов, а почему реле поставил в цепь эммитера, а не коллктора.
Stas stasovih
подскажи самую простую схему реле задержки отключения? Питание 24в, задержка после отключения питания 60-120 секунд, у меня есть всякое барахло типа пб от компа, и маленькие бп, возможно от туда выдернуть комплектующие?
Sako grig
это зависит от того что подразумевать говоря, отключение,. Если отключение это отключить питающий 24вольт, то спасет только аккумлятор в схеме, если, отключение, надо сделать командной кнопкой, будет другая схема.
Олег мальцев
оно работает? А как? При достижении на базе 0. 7в транзистор откроется и на его эмиттере появится напряжение питания минус напряжение падения на переходе к-э, и по идее он должен закрыться до того момента пока на базе не появится напряжение больше напряжения на эмиттере на 0. 7в. По идее реле нужно включить в коллектор и добавить блокировочный диод. Не?
алекс lamin
а не проще всем одинаково обозначать коненсаторы электролитические плюсом и минусом что такое черное и белое нужно искать людям отдельно тратить время.
Алекс lamin
сотни роликов с названием реле времени чтобы узнать реле включения или выключения нужно досмотреть ролики до конца. А не проще написать в названии. Люди недели тратят на поиски. Не говоря уж об ииотском обозначении изначально любой схемы реле. Где катушка не указывают ни на схеме ни на реле. Вместо привычных знаков скажем нуля и фазы какое то черчение с абстрактным мышлением.
До сих пор для отсчёта небольших промежутков времени некоторые люди используют песочные часы. Наблюдать за движением песчинок в таких часах весьма увлекательно, но использовать их в качестве таймера не всегда удобно. Поэтому на их смену приходит электронный таймер, схема которого представлена ниже.
Схема таймера
В её основе лежит широко распространённая недорогая микросхема NE555. Алгоритм работы следующий - при кратковременном нажатии на кнопку S1 на выходе OUT появляется напряжение, равное напряжению питания схемы и загорается светодиод LED1. По истечению заданного промежутка времени светодиод погасает, напряжение на выходе становится равным нулю. Время работы таймера задаётся подстроечным резистором R1 и может изменяться в пределах от нуля до 3-4 минут. Если есть необходимость увеличить максимальное время задержки таймера, то можно поднять ёмкость конденсатора С1 до 100 мкФ, тогда оно будет составлять примерно 10 минут. В качестве транзистора Т1 можно применить любой биполярный транзистор средней или малой мощности структуры n-p-n, например, BC547, КТ315, BD139. В качестве кнопки S1 используется любая кнопка на замыкание без фиксации. Питается схема напряжением 9 – 12 вольт, ток потребления без нагрузки не превышает 10 мА.
Изготовление таймера
Схема собирается на печатной плате размерами 35х65, файл для программы Sprint Layout к статье прилагается. Подстроечный резистор можно установить прямо на плату, а можно вывести на проводах и для регулировки времени работы использовать потенциометр. Для подключения проводов питания и нагрузки на плате предусмотрены места под винтовые клеммники. Плата выполняется методом ЛУТ, несколько фотографий процесса:
Скачать плату:
(cкачиваний: 251)
После впаивания всех деталей плату обязательно нужно отмыть от флюса, соседние дорожки прозвонить на замыкание. Собранный таймер в настройке не нуждается, остаётся лишь установить нужное время работы и нажать кнопку. К выходу OUT можно подключить реле, в этом случае таймер сможет управлять мощной нагрузкой. При установке реле параллельно его обмотке следует поставить диод для защиты транзистора. Область применения такого таймера очень широка и ограничивается лишь фантазией пользователя. Удачной сборки!
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.
В некоторых случаях необходимо чтобы электроприбор работал в периодическом режиме, - через определенное время включался, работал некоторое время и снова выключался, то есть, почти как холодильник, но периодичность зависит не от температуры а от установленных временных интервалов. На рисунке 1 показана схема таймера, в котором продолжительность работы прибора и продолжительность отдыха можно установить раздельно в пределах от 90 секунд до 3 часов, отдельно для каждого режима.
Временные интервалы устанавливаются плавно двумя переменными резисторами. Величины временных интервалов зависят от параметров RC-цепей с переменными резисторами в R - cocтaвляющиx. Поэтому, этот таймер годится только в тех случаях, когда очень большой точности установки интервалов не требуется.
Схема состоит из двух таймерных узлов на микросхемах CD4060, переключаемых с помощью триггера. Один из этих узлов заведует периодом работы, а другой - периодом отдыха. Микросхема CD4060 представляет собой 14-разрядный двоичный счетчик с элементами для мультивибратора. Поэтому, CD4060 часто используют в схемах несложных таймеров.
На микросхеме D1 выполнен таймер, отрабатывающий период работы (включенного состояния) прибора. В момент включения питания (или после нажатия кнопки S1), из-за зарядки С2 через R8, RS-триггер на D3 устанавливается в состояние с логической единицей на выходе D3.3. Транзисторный ключ VT1-VT2 открывается и посредством реле К1 включает прибор.
В это же время начинает работать счетчик D1. А счетчик D2 удерживается единицей с выхода D3.1 в нулевом состоянии.
Через некоторое время, зависящее от частоты встроенного мультивибратора (C1-R1-R2) на старшем выходе D1 (вывод 3) появляется логическая единица. Эта единица переключает RS-триггер D3 в противоположное состояние. Ключ VT1-VT2 закрывается и выключает прибор. Единица с выхода D3.2 обнуляет счетчик D1 и фиксирует его в этом (нулевом) состоянии. Нуль с выхода D3.1 разрешает работать счетчику D2.
С этого момента начинается отсчет периода паузы. Теперь счетчик D1 заблокирован, а счетчик D2 считает импульсы собственного мультивибратора, частота которых, а значит и времени достижения состояний 8192, зависит от сопротивления R6. Спустя заданное время на выводе 3 D2 возникает единица, и схема возвращается в исходное состояние, то есть, электроприбор включается и начинает счет D1.
Таким образом, благодаря триггеру на D3 счетчики работают попеременно, - D1 отсчитывает продолжительность включенного состояния реле К1, затем, D2 отсчитывает продолжительность выключенного состояния К1, и так далее.
Резистором R2 регулируют продолжительность включенного состояния, а резистором R6 - продолжительность выключенного. Кнопки S1 и S2 без фиксации, они служат для ручного управления состоянием таймера. Нажатием S1 переводим схему в состояние включенной нагрузки, а нажатием S2 - в состояние выключенной. При этом начинается отсчет соответствующего временного интервала. Светодиод HL1 сигнализирует от включении реле К1.
Схема на рис. 1, из-за параметрической установки частоты мультивибраторов не отличается высокой точностью отработки временных интервалов. Достигнуть высокой точности и существенного расширения пределов установки можно применив кварцевую стабилизацию частоты тактового мультивибратора.
Рис.2
На рис. 2 показан именно такой вариант таймера. Здесь для каждого режима интервалы можно устанавливать в двух диапазонах, - от 1 секунды до 2047 секунд или от 1 минуты до 2047 минут, то есть, практически, от 1 секунды до 34-х часов. Причем, в первом диапазоне установка производится с шагом в одну секунду, а во втором - с шагом в одну минуту.
Единственное неудобство, это способ установки, - микровыключателями, переведя число секунд (или минут) в двоичный код. Но это у радиолюбителя не должно вызывать затруднений. Точность отработки интервалов, - кварцевая, а наличие резервного источника питания сохраняет ход таймера в случае временного отключения электричества.
Принцип работы схемы такой же, как на рисунке 1, тот же триггер с ключом и реле, но оба счетчика работают от одного и того же генератора, а задание временного интервала в пределах диапазона производится изменением коэффициента деления счетчика, а не частоты мультивибратора.
На микросхеме D1 сделан генератор частоты 2Гц. Это счетчик-мультивибратор CD4060, мультивибратор которого включен по типовой схеме с кварцевым резонатором. Резонатор часовой, на 32768 Гц. Максимальный коэффициент деления счетчика CD4060 составляет 16384 (2x8192). Поэтому, при делении 32768 на 16384 на выходе 2 Гц.
Переключатели S1 и S2 служат для выбора диапазона (секунды / минуты). На схеме они в положении секунды. При этом на входы D4 и D5 (CD4040) поступают импульсы частой 2 Гц. Первые триггеры счетчиков D4 и D5 служат для деления данной частоты на 2, чтобы был 1 Гц, поэтому выходы с весовыми коэффициентами «1» этих счетчиков не используются.
Коэффициенты деления D4 и D5 задаются схемой из диодов, микровыключателей и резисторов. Интервал задают замкнув выключатели согласно двоичному коду.
Например, нужно задать продолжительность работы 40 секунд и паузы 30 секунд. Из числа выключателей S3-S13 замыкаем те, коэффициенты которых дают в сумме число 40, то есть, 32+8=40, значит, замыкаем S8 и S6. Остальные разомкнуты. А из числа выключателей S14-S24 замыкаем те, коэффициенты которых дают в сумме 30, то есть, 16+8+4+2=30, значит, замыкаем S15, S16, S17, S18, остальные выключатели оставляем разомкнутыми.
После того как пройдет 40 секунд на С5 появится напряжение логической единицы, которое переключит триггер на D3. При этом нагрузка выключится, счетчик D4 заблокируется единицей с выхода D3.2, а счетчик D5 будет запущен логическим нулем с выхода D3.1. Начнется интервал паузы. Спустя 30 секунд на С6 возникнет логическая единица и схема вернется в первоначальное положение.
Назначение кнопок S25 и S26 такое же как кнопок S1 и S2 в схеме на рисунке 1.
Для того чтобы получить импульсы следующие с периодом 30 секунд между выходом D1 и входами D4 и D5 через переключатели S1 и S2 включен делитель на 60 собранный на еще одном двоичном счетчике CD4040 (D2). Диоды VD3-VD6 и резистор R3 ограничивают его счет до 60-ти. Затем, с наступлением 60-го входного импульса он обнуляется. В результате, на его выводе 2 имеются импульсы периодом 30 секунд. Затем, они делятся первыми триггерами D4 и D5 еще на два, и далее, установку времени делаем уже не в секундах, а в минутах.
Например, нужно чтобы вентилятор включался через каждые 2 часа и работал по 85 секунд. Для этого S1 устанавливаем в положение секунды (как на схеме), включаем S9, S7, S5, S3 (64+16+ 4+1=85). Далее, переключаем S2 в минуты (противоположно тому, как на схеме), переводим часы в минуты - 2 часа = 120 минут, и включаем S20, S19,S18,S17 (64+32+16+8=120). Остальные выключатели оставляем разомкнутыми.
Резервное питание обеспечивает Крона G1. Пока есть напряжение 12V, поступающее от сетевого источника, диод VD2 закрыт и энергия Кроны не расходуется. При отключении сетевого источника диод VD2 открывается, но закрывается VD29. Поэтому, при отключении электричества, от Кроны питаются только микросхемы, а выходной ключ и реле не работают.
В таймерах используется электромагнитное реле SCB-1-M-1240. Такие реле применяются в электрооборудовании легковых автомобилей, в автомобильных сигнализациях. Несмотря на автомобильную специализацию это реле может коммутировать нагрузку питающуюся от сети переменного тока 220V, при мощности до 2000 W. Конечно, можно использовать другое реле, соответствующей мощности, с обмоткой на 12V.
Диоды КД522 можно заменить любыми аналогами, например, 1N4148. Микросхемы CD4060B заменимы любыми другими типа хх4060, например, pPD4060, НСС4060, М4060, NJM4060 и др. Отечественных аналогов нет. Микросхемы CD4040 заменимы другими типа хх4040 или отечественными К561ИЕ20, К1561ИЕ20. Конденсаторы С1 и С4 (рис. 1) обязательно должны быть неполярными.
