Выключатель-автомат для освещения в тамбуре (сенях)
В частных домах, особенно, в северных регионах, есть такое помещение. - сени. Менее поэтичное название - тамбур. Это, можно сказать, закрытая, застекленная не отапливаемая веранда между крыльцом и входом в дом.
Со двора или с улицы вы сначала открываете внешнюю дверь, входите в это помещение, закрываете внешнюю дверь, затем, возможно поднимаетесь на несколько ступенек, и далее проходите через внутреннею дверь уже в дом.
Сени - помещение остекленное, во всяком случае, хотя бы одно окошко там быть должно. Поэтому днем там светло, но ночью требуется освещение. Здесь описывается устройство, которое в темное время суток автоматически управляет светом в сенях.
На двери установлены обычные герконовые датчики для сигнализаций. Они замкнуты, когда двери закрыты и разомкнуты когда двери открываются. Датчики включены последовательно, поэтому никакой роли не играет то. какая дверь открывается вначале, а какая потом Работает все это таким образом - открываем одну дверь, свет включается, закрываем дверь.
Открываем другую дверь (или даже ту же самую) свет выключается, закрываем дверь. Конечно возможен и «сбой» в виде того, что дверь открыли и закрыли только один раз или открыли и не закрыли.
В этом случае, чтобы свет не горел постоянно в схеме есть ограничитель времени, который выключает свет если он горит более чем 10-15 минут подряд. При этом схема переходит в исходное состояние «свет выключен».
И далее будет работать уже от этого момента.
Но это работает только ночью. Днем, когда светло, автомат свет не включает и не выключает. Для того чтобы понять светло или темно в схеме есть датчик света, которым является обычный фоторезистор.
Принципиальная схема
Схема показана на рисунке 1. В ней используется половина микросхемы К561ТМ2 - один из ее D-триггеров. Питание бестрансформаторное, выход на основе высоковольтных ключевых полевых транзисторов - может управлять любой мощностью от нуля до 200W, не только лампами накаливания, но и даже энергосберегающими светодиодными.
SG1 и SG2 - датчики положения двери, как уже сказано, они включены последовательно и поэтому совершенно неважно какая дверь открывается первой, а какая второй.
Когда двери закрыты они замкнуты и на синхро-вход триггера «С» поступает логический ноль.
Рис. 1. Принципиальная схема выключателя-автомата для освещения в тамбуре (сенях).
При открывании двери один из датчиков SG1 или SG2 размыкается, при этом на синхро-вход триггера «С» поступает логическая единица через резистор R2. Это действие записывает в триггер логический уровень, который есть в этот момент на его входе данных «D».
В результате на его инверсном выходе (вывод 2) будет логический уровень, противоположный тому, который был на входе «D» в момент открывания двери. Напряжение с инверсного выхода триггера поступает на ключевую схему на транзисторах VT1 и VT2. Если напряжение высокое (логическая единица) ключ открывается и подает напряжение на лампу Н1.
Если напряжение низкое (логический ноль) ключ остается закрытым и лампа не включается.
Таким образом, состояние выхода схемы (лампы) после открывания двери зависит от уровня на выводе «D» триггера. То есть, от состояния датчика света на основе фоторезистора FR1. Фоторезистор FR1 в совокупности с резистором R1 формирует делитель напряжения, управляемый светом.
Делитель подбором сопротивления R1 настраивают так, чтобы при достаточном естественном свете на входе «D» триггера было напряжение логической единицы, а при недостаточном свете, когда требуется дополнительное освещение, - напряжение логического нуля. Но, нижний, по схеме вывод резистора R1 соединен не с минусом питания, а с инверсным выходом триггера D1.
Поэтому, датчик света работает только тогда, когда лампа Н1 выключена. При включении же лампы, на нижний, по схеме, вывод резистора R1 подается напряжение логической единицы. И на вход «D» поступает единица вне зависимости от освещенности. В результате, включение лампы происходит только если темно и открыли одну из дверей.
А выключение происходит обязательно при открывании другой двери (или повторном открывании одной и той же двери).
Ограничивает время включенного состояния лампы цепь R3-C2. Как только включается лампа конденсатор С2 начинает заряжаться через R3. Времени на зарядку С2 до напряжения логической единицы при указанных на схеме номиналах С2 и R3 требуется около 10-15 минут
Как только напряжение на С2 достигает уровня логической единицы триггер переключается в единичное состояние, так как на его установочный вход «S» поступает напряжение логической единицы.
При этом на его инверсном выходе устанавливается логический ноль Ключ на транзисторах VT1 и VT2 закрывается, пампа Н1 выключается. Логическая часть схемы питается от параметрического бестрансформаторного источника VD4-R5-C3-VD1.
Детали и печатная плата
Монтаж устройства выполнен на печатной плате, разводка которой и монтажная схема показаны на рисунке 2. В различной литературе, в схемах, где ключ на мощных ключевых транзисторах управляется выходом логического элемента КМОП применяется непосредственное соединение этого выхода с затвором или затворами полевых транзисторов. Но это далеко не лучший способ управления.
Рис. 2. Печатная плата для схемы выключателя света в тамбуре.
Конечно, сопротивление затворов мощных ключевых полевых транзисторов очень высоко, но емкость тоже немалая. Зарядный ток этой емкости оказывает перегружающее действие на выход логического элемента.
Это не приводит к его выходу из строя, но создает сбои в работе триггеров и счетчиков В этой схеме напряжение управления на затворы поступает через резистор R4. который ограничивает ток заряда емкости затворов и исключает перегрузку выхода КМОП-микросхемы.
Диоды КД522 можно заменить на 1N4148, а диод 1N4004 на КД209 Конденсаторы на напряжение не ниже 16V. Микросхему К561ТМ2 можно заменить на К176ТМ2, К1561ТМ2 или CD4013.
Тип фоторезистора не известен. На свету сопротивление его около 10 кОм, в темноте увеличивается до 150-200 кОм. Можно использовать фоторезистор и другого сопротивления.
Сопротивление R1 подбирается как написано выше. В моем случае R1 оптимально было 68 кОм.
Гребнев М. А. РК-07-18.
Схема с защитой от дребезга контактов
Для подавления эффекта "дребезга контактов" у герконов и кнопок, которые будут реагировать на открывание и закрывание дверей, добавлены резистор R6 и конденсатор C5.
Рис. 3. Схема выключателя-автомата для освещения в тамбуре (сенях), добавлена защита от дребезга контактов.
Редакция сайта RadioStorage.net.
Комментарии (8):
Две микросхемы поменял - работает некорректно! Открыл - загорелось, закрыл - выключилось. Открыл, не закрыл - горит пару минут. Потом гаснет, при закрывании опять зажигается секунд на 10. Схему проверил многократно, номиналы не менял. Транзисторы другие - 4n60. Ошибка в Вашей схеме, или мои микросхемы сплошь неправильные??
Здравствуйте.
Микросхема К561ТМ2 построена по КМОП технологии, она боится статического электричества. Паять ее нужно аккуратно, не перегревая ее ножки, стараться поменьше касаться их пальцами.
Схема построена на основе простого триггера. В микросхеме К561ТМ2 не задействован второй триггер - не помешает замкнуть выводы 8, 9, 10 и 11 на общий.
Конструкцию с триггером безопасно отлаживать питая от батареи или БП на 12В. Для этого достаточно временно на плате перерезать две дорожки и припаять сверхъяркий светодиод, который при высоком уровне сигнала на выводе 2 микросхемы будет светиться. Если использовать обычный светодиод, то параллельно R4 нужно припаять резистор на 1-2К.
Завершив отладку схемы можно вернуть убранные соединения и проверить работу с лампой накаливания при питании от 220В.
В схеме нужно настраивать порог срабатывания фотодатчика на фоторезисторе FR1, поскольку от состояния сигнала на входе D триггера зависит то что получим на выходе - ножке 2. Автор в статье это описал.
Делается это подбором сопротивления резистора R1. Например если в наличии есть фоторезистор FR1 с сопротивлением 10К, то вместо R1 для настройки можно подключить переменный резистор примерено на 20К.
Проверка печатной платы:
Печатная плата соответствует схеме на рис. 1. Исправили на ней лишь обозначение "C5" на "C3". Микросхема на схеме включена верно, нумерация и назначение выводов соответствуют.
Стоит добавить что у транзисторов IRF840 внутри между истоком и стоком включен дополнительный диод.
Спасибо. Микросхемы выпаенные, могут действительно быть неисправными. Но, всё остальное, включая фоторезистор работает правильно и чётко. Единственный недостаток, который всё перечёркивает - это то, что свет выключается сразу при закрывании первой двери. Да, при открытой двери горит не 10..15 минут, а минуту. Попробую ещё две таких же микрухи проверить Вашим способом. Спасибо!
Уважаемый автор! И всё-таки, эта схема не работает. Проверьте, пожалуйста номиналы и соединения ещё раз. ... На этот раз я вырезал микросхему с куском платы, с дорожками, чтобы вообще не прикасаться к ней паяльником, припаивался к дорожкам, висячкой.
Совершенно тот же результат в 4 раз, с 4 микросхемой. Транзисторы, которые были раньше 4n60 поменял на irf840, чтобы у Вас отпали подозрения, хотя знал, что это бесполезно – транзисторы идентичные, разичаются только по мощности. Результат такой же: размыкаю геркон – горит, снова замыкаю – гаснет. Либо, наоборот... Очень печально: схема мне нужная, у меня – сени на даче. С уважением, Павел.
Здравствуйте. Микросхемы у вас рабочие. Собрали эту схему со светодиодом на выходе в симуляторе - работает как указано автором, при размыкании включает светодиод, а при замыкании ничего не меняется, если снова разомкнуть то светодиод гасится и т.д.
Возможная причина - такое явление в переключающих контактных устройствах как "дребезг контактов".
Попробуйте так:
Провода к геркону для теста укоротить, можно вместо него подключить выключатель, и проверить работу в таком варианте.
Подключил 0,1 мкФ между 3 ножкой и общим минусом, алгоритм стал корректным, при подключении дополнительно резистора 1 кОм между 3 ножкой и герконом, увеличилось время горения лампы с 15 до 40 секунд, но, 15 минут, по-прежнему, нет. Думаю, это я поправлю. Спасибо за подсказки и что не бросили! 👍
Проверьте на исправность и наличие нужной емкости электролитический конденсатор C2. Время горения лампы зависит от скорости его заряда. Чтобы увеличить это время можно:
Позже добавим на схему конденсатор на 0,1 мкФ, возможно у автора схемы все работало и без него, но как выявилось он не помешает.
С этой схемой я закончил. Дополнительный конденсатор 0,1мкФ делает схему работоспособной, а времязадающий конденсатор при всех остальных данных номиналах пришлось поставить 2200мкФ (можно даже на 6,3в – там меньше 5). При такой ёмкости лампа горит 11 минут... Ценность этой схемы могу дополнить следующим размышлением: она очень подойдёт для применения в туалетах, особенно, в деревенских. Только конденсатор лучше ставить побольше ☝️... Ещё раз спасибо.