298 (Задания для выполнения курсовой работы по надёжности)

Аквариумный таймер

Аквариумный таймер, работающий в режиме циклической генерации, сего­дня не новость для радиолюбителей, тем не менее конструкция актуальна.

Промышленность (в том числе зарубеж­ная) бьет все рекорды по выпуску электронных и электромеханических тай­меров, программируемых для выдержки времени в определенные дни и часы недели (и месяца). Конкуренция в области производства таймеров бытового предназначения выросла за пару лет в разы. Однако для радиолюбителя-практика и сегодня актуально создание собственных схем, вместо предлагае­мых промышленностью.

Одна из схем подобного назначения, воплотившая наиболее простое схемное решение, представлена на рис. 1.

Рис. 1 - Схема аквариумного таймера с узлом звуковой сигнализации.

Особенности устройства в полуавтоматическом режиме работы. При на­ступлении рассвета (включении освещения в комнате, где установлены фото­датчики) электронное устройство издает кратковременный звуковой сигнал и включает слаботочное электромагнитное реле К2. Исполнительные контакты реле К2, в свою очередь, включают лампу аквариумного освещения вместе с компрессором-помпой (на схеме не показаны). Лампа освещения и компрес­сор остаются включенными в течение почти 4 ч (зависит от номиналов эле­ментов R5C2). По окончании выдержки времени лампа освещения и ком­прессор отключаются. При новом рассвете (новом включении света в комна­те после периода затемнения) цикл работы устройства повторяется — так происходит ежедневно.

В основе устройства таймер на популярной микросхеме КР1006ВИ1. Он соб­ран по классической схеме в режиме автогенерации импульсов большой дли­тельности. На выходе таймера включено электромагнитное реле К2, своими контактами К2.1 оно управляет подачей напряжения на компрессор аквариу­ма и осветительную лампу. Лампа может быть как люминесцентной (с соот­ветствующей схемой управления), так и лампой накаливания с мощностью до 15 Вт. Более большая мощность не желательна из-за возможности перегрева и оплавления верхней крышки аквариума, в которой установлена лампа ос­вещения. Компрессор — любой промышленный для аквариумов.

В схему введен узел управления самой микросхемой КР1006ВИ1 в зависимо­сти от внешнего освещения. Это сделано для того, чтобы таймер и соответст­венно лампа освещения аквариума и компрессор включались только в свет­лое время суток, а ночью были не активны. Данный фоточувствительный узел собран на однотипных транзисторах VT1, VT2, нагруженных на элек­тромагнитное реле К1. Коммутирующие контакты реле К1.1 подают питание на (или отключают от питания) микросхему DA1. При слабой освещенности однотипных фоторезисторов СФЗ-1 (включенных параллельно и обозначен­ных единым обозначением на схеме PR1) транзисторы VT1, VT2 закрыты, соответственно реле К1 обесточено, контакты реле К1.1 с номерами 3 и 5 (со­гласно схеме рис. 1) разомкнуты и на автогенератор, собранный на микро­схеме DA1, напряжение не поступает. Соответственно контакты К2.1 ра­зомкнуты и лампа освещения аквариума, а также компрессор обесточены.

Переменный резистор R1 введен в схему для удобства регулировки порога включения транзисторного каскада VT1, VT2. Резистор R1 определяет чувст­вительность данного узла к световому потоку.

Если освещение фоторезисторов достаточно, например днем, сопротивление фоторезисторов PR1 мало, транзисторы VT1, VT2 открыты, реле К1 включе­но, на микросхему DA1 подано напряжение питания, индикаторный светоди­од HL2 (аналогичный по электрическим характеристикам HL1) светится. На узел звуковой индикации подано питание. Микросхема DA1, включенная в режиме отсчета выдержки времени в соответствии с номиналами элементов времязадающей цепи R5C2, начинает отсчет времени. Реле К2 включено, лампа освещения аквариума и компрессор включены.

По окончании выдержки времени, заданной номиналами элементов R5C2 (примерно 240 мин) на выводе 3 микросхемы DA1, появляется высокий уро­вень напряжения, реле отпускает и контакты К2.1 размыкаются, лампа осве­щения погаснет, компрессор выключится.

Теперь следующее включение произойдет после того, как контакты К1.1 ра­зомкнутся (это произойдет при недостаточной освещенности, например, ве­чером и ночью), а затем снова замкнутся с наступлением нового дня или включением основного света в комнате, где установлены фотодатчики PRI.

Узел звукового сопровождения подключается непосредственно параллельно к контактам питания того устройства, включение которого он призван кон­тролировать, в данном случае параллельно питанию микросхемы DA1.
В основе этого электронного узла популярная микросхема К561ЛА7. Благо­даря применению одного из ее логических элементов, а также использования капсюля со встроенным генератором звуковой частоты (34) НА1 в схему нет необходимости вводить какие-либо генераторы импульсов или усилители к ним. Такой же узел несложно собрать и на логических элементах других микросхем КМОП (например, К561ЛЕ5, К561ТЛ1), однако наиболее простое схемное решение показано на рис. 1.

Схема кратковременной звуковой сигнализации основана на одном логиче­ском элементе DD1.1 микросхемы К561ЛА7, включенном как инвертор. При подаче питания на входе элемента (выводы 1 и 2 DD1.1) присутствует низкий уровень напряжения до тех пор, пока не зарядится оксидный конденсатор С1 через ограничительный резистор R2. Пока этого не произошло, на выходе элемента (вывод 3 элемента DD1.1) присутствует высокий уровень напряже­ния. Он поступает через ограничивающий ток резистор R6 в базу транзистора VT3, работающего в режиме усилителя тока. Транзистор VT3 открыт, сопро­тивление его перехода коллектор-эмиттер близко к нулю и на пьезоэлектри­ческий капсюль со встроенным генератором звуковой частоты НА1 подано напряжение питания.

Когда постоянное напряжение на пьезоэлектрическом капсюле со встроен­ным генератором НА1 окажется почти равным напряжению питания устрой­ства капсюль переходит в режим генерации колебаний звуковой частоты.
По мере заряда конденсатора С1 через резистор R2 и внутренний узел эле­мента DD1.1 происходит изменение состояния выхода микросхемы. Когда напряжение на обкладках конденсатора С1 достигнет уровня переключения микросхемы, она переключится и высокий уровень напряжения на выходе DD1.1 сменится низким. Транзистор VT1 закроется. Постоянное напряжение на пьезоэлектрическом капсюле со встроенным генератором НА! окажется почти равным нулю, и капсюль перейдет в режим ожидания.

При указанных на схеме значениях элементов R2 и С1 задержка выключения звука составит около 3 сек. Ее можно увеличить, соответственно увеличив
емкость конденсатора С1. В качестве конденсатора С1 лучше использовать оксидный типа К50-29, К50-35 и аналогичный с небольшим током утечки. В обратную сторону длительность временного интервала можно легко сокра­тить, уменьшив сопротивление резистора R2. Если вместо него установить переменный резистор с линейной характеристикой, то получится устройство с регулируемой задержкой.

Функцию данного электронного узла можно поменять на обратную — т. е. сделать так, чтобы пьезоэлектрический капсюль НА1 молчал первые 3 секунды после подачи на устройство питания, а затем все остальное время работал. Для этого оксидный конденсатор С1 и времязадающий резистор R1 следует поменять местами (с соблюдением полярности включения оксидного конденсатора— положительной обкладкой к "плюсу" питания). При этом средняя точка их подключения к выводам 1 и 2 элемента DD1.1 сохраняется. В таком варианте устройство без особых изменений можно применять для звукового сигнализатора открытой (сверх меры) дверцы холодильника. Кро­ме того, вариантов применения данного простого и надежного устройства бесконечно много и они ограничены только фантазией радиолюбителя.

Налаживание
Устройство в налаживании не нуждается. Элементы устройства закрепляют на монтажной плате. Корпус любой подходящий.

О деталях
Резистор Rl — типа СПЗ-4 или аналогичный, с линейной характеристикой изменения сопротивления. Все постоянные резисторы R2—R6 типа МЛТ-0,125 и МЛТ-0,25. Оксидные конденсаторы типа К50-29 или аналогич­ные. Светодиоды любые с током 5...8 мА, например, АЛ307БМ. Транзисторы VT1, VT2 типа КТЗ107А — КТЗ107Ж или аналогичные. Транзистор VT3 лю­бой кремниевый, малой и средней мощности структуры n-p-п, например, КТ603, КТ608, КТ605, КТ801, КТ972, КТ940 с любым буквенным индексом. Реле Kl, К2 на напряжение срабатывания 8—12 В и ток до 30 мА. Реле К2, кроме того, должно обладать особыми свойствами коммутационных контак­тов, т. е. рассчитанное на напряжение коммутации не менее 250 В и ток не менее 1 А. Пьезоэлектрический капсюль может быть любым, рассчитан­ным на напряжение 4—20 В постоянного тока, например FMQ-2015D, FXP1212,KPI-4332-12.

Источник питания - стабилизированный, обеспечивающий выходное на­пряжение 5—15 В. В этом диапазоне микросхемы DDI и DA1 функциониру­ют стабильно.

Оксидный конденсатор СЗ сглаживает пульсации питающего напряжения. Ток потребления в активном режиме звукового сигнала с применением ука­занных на схеме элементов составляет 60—62 мА. Громкость звука достаточ­на настолько, что сигнал хорошо слышен в помещении на расстоянии до 10 м.