Включение и выключение нагрузки одной кнопкой своими руками
Многие бытовые электроприборы, будь то музыкальные центры, телевизоры, различные светильники, включаются и выключаются путём нажатия одной и той же кнопки. Нажал один раз – прибор включился, нажал ещё раз – выключился. В радиолюбительской практике часто возникает необходимость реализовать этот же принцип. Такие кнопки часто используют при построении самодельных усилителей в изящных корпусах, устройство с этим принципом включения и выключения выглядит уже куда более совершенным, напоминая заводской прибор.Схема устройства
Схема включения и выключения нагрузки одной кнопкой представлена ниже. Она проста как валенок, не содержит дефицитных компонентов и запускается сразу. Итак, схема:
Её ключевое звено – популярная микросхема таймер NE555. Именно она регистрирует нажатие клавиши и устанавливает на выходе либо логическую 1, либо 0. Кнопка S1 – любая кнопка на замыкание без фиксации, т.к. через неё практически не протекает ток, требований к кнопке нет практически никаких. Я взял первую попавшуюся, советскую 60-х годов.
Конденсатор С1 и резистор R3 подавляют дребезг контактов кнопки, С1 лучше всего применить неполярный керамический или плёночный. Светодиод LED1 индицирует о состоянии нагрузки – светодиод горит, нагрузка включена, погашен – выключена. Транзистор Т1 коммутирует обмотку реле, здесь можно применить любой маломощный транзистор структуры NPN, например, BC547, КТ3102, КТ315, BC184, 2N4123. Диод, стоящий параллельно обмотке реле, служит для подавления импульсов самоиндукции, возникающих в обмотке. Можно применять любой маломощный диод, например, КД521, 1N4148. Если нагрузка потребляет небольшой ток, можно подключать её непосредственно к схеме вместо обмотки реле. В таком случае стоит поставить транзистор помощней, например, КТ817, а диод можно исключить.
Материалы
Для сборки схемы понадобится:
- Микросхема NE555 – 1 шт.
- Транзистор BC547 – 1 шт.
- Конденсатор 1 мкФ -1 шт.
- Резистор 10 кОм – 2 шт.
- Резистор 100 кОм – 1 шт.
- Резистор 1 кОм – 2 шт.
- Кнопка без фиксации – 1 шт.
- Диод КД521 – 1 шт.
- Светодиод на 3 в. – 1 шт.
- Реле – 1 шт.
Кроме того, необходим паяльник, флюс, припой и умение собирать электронные схемы. Электронные компоненты стоят почти копейки и продаются в любом магазине радиодеталей.
Сборка устройства
В первую очередь, необходимо изготовить печатную плату. Она выполняется методом ЛУТ, файл к статье прилагается. Отзеркаливать перед печатью не нужно. Метод ЛУТ неоднократно описывался в интернете, научиться ему не так уж и трудно. Несколько фотографий процесса:
Скачать плату:
Если под рукой нет принтера, нарисовать печатную плату можно маркером или лаком, ведь она достаточно небольшая. После сверления отверстий плату нужно залудить, чтобы предотвратить окисление медных дорожек.
После изготовления платы можно приступать к запаиванию в неё деталей. Сначала запаиваются мелкие компоненты – резисторы, диоды. После этого конденсаторы, микросхемы и всё остальное. Провода можно как впаять напрямую в плату, так и соединить их с платой с помощью клеммников. Контакты питания и контакты OUT для подключения реле я вывел через клеммники, а кнопку впаял непосредственно в плату на паре проводков.
Таким образом, эту плату можно встроить в какой-нибудь прибор, будь то усилитель, самодельный светильник, или что-либо иное, требующего включения и выключения одной кнопкой без фиксации. В сети есть множество других подобных схем, построенных на советских микросхемах, транзисторах, однако именно эта схема с использованием микросхемы NE555 зарекомендовала себя как самая простая и одновременно с этим надёжная.
Смотрите видео
Принцип работы наглядно показан на видео.
sdelaysam-svoimirukami.ru
Включить-выключить. Схемы управления питанием | Электроника для всех
С батарейным питанием все замечательно, кроме того, что оно кончается, а энергию надо тщательно экономить. Хорошо когда устройство состоит из одного микроконтроллера — отправил его в спячку и все. Собственное потребление в спящем режиме у современных МК ничтожное, сравнимое с саморазрядом батареи, так что о заряде можно не беспокоиться. Но вот засада, не одним контроллером живо устройство. Часто могут использоваться разные сторонние периферийные модули которые тоже любят кушать, а еще не желают спать. Прям как дети малые. Приходится всем прописывать успокоительное. О нем и поговорим.
▌Механическая кнопка
Что может быть проще и надежней сухого контакта, разомкнул и спи спокойно, дорогой друг. Вряд ли батарейку раскачает до того, чтобы пробить миллиметровый воздушный зазор. Урания в них для этого не докладывают. Какой нибудь PSW переключатель то что доктор прописал. Нажал-отжал.
Вот только беда, ток он маленький держит. По паспорту 100мА, а если запараллелить группы, то до 500-800мА без особой потери работоспособности, если конечно не клацать каждые пять секунд на реактивную нагрузку (катушки-кондеры). Но девайс может кушать и поболее и что тогда? Приматывать синей изолентой к своему хипстерскому поделию здоровенный тумблер? Нормальный метод, мой дед всю жизнь так делал и прожил до преклонных лет.
▌Кнопка плюс
Но есть способ лучше. Рубильник можно оставить слабеньким, но усилить его полевым транзистором. Например вот так.
Тут переключатель просто берет и поджимает затвор транзистора к земле. И он открывается. А пропускаемый ток у современных транзисторов очень высокий. Так, например, IRLML5203 имея корпус sot23 легко тащит через себя 3А и не потеет. А что-нибудь в DPACK корпусе может и десяток-два ампер рвануть и не вскипеть. Резистор на 100кОм подтягивает затвор к питанию, обеспечивая строго определенный уровень потенциала на нем, что позволяет держать транзистор закрытым и не давать ему открываться от всяких там наводок.
▌Плюс мозги
Можно развить тему управляемого самовыключения, таким вот образом. Т.е. устройство включается кнопкой, которая коротит закрытый транзистор, пуская ток в контроллер, он перехватывает управление и, прижав ногой затвор к земле, шунтирует кнопку. А выключится уже тогда, когда сам захочет. Подтяжка затвора тоже лишней не будет. Но тут надо исходить из схемотехники вывода контроллера, чтобы через нее не было утечки в землю через ногу контроллера. Обычно там стоит такой же полевик и подтяжка до питания через защитные диоды, так что утечки не будет, но мало ли бывает…
Или чуть более сложный вариант. Тут нажатие кнопки пускает ток через диод на питание, контроллер заводится и сам себя включает. После чего диод, подпертый сверху, уже не играет никакой роли, а резистор R2 эту линию прижимает к земле. Давая там 0 на порту если кнопка не нажата. Нажатие кнопки дает 1. Т.е. мы можем эту кнопку после включения использовать как нам угодно. Хоть для выключения, хоть как. Правда при выключении девайс обесточится только на отпускании кнопки. А если будет дребезг, то он может и снова включиться. Контроллер штука быстрая. Поэтому я бы делал алгоритм таким — ждем отпускания, выбираем дребезг и после этого выключаемся. Всего один диод на любой кнопке и нам не нужен спящий режим 🙂 Кстати, в контроллер обычно уже встроен этот диод в каждом порту, но он очень слабенький и его можно ненароком убить если вся ваша нагрузка запитается через него. Поэтому и стоит внешний диод. Резистор R2 тоже можно убрать если нога контроллера умеет делать Pull-down режим.
▌Отключая ненужное
Можно сделать и по другому. Оставить контроллер на «горячей» стороне, погружая его в спячку, а обесточивать только жрущую периферию.
Выделив для нее отдельную шину питания. Но тут надо учесть, что есть такая вещь как паразитное питание. Т.е. если вы отключите питание, например, у передатчика какого, то по шине SPI или чем он там может управляться пойдет питание, поднимется через защитные диоды и периферия оживет. Причем питания может не хватить для его корректной работы из-за потерь на защитных диодах и вы получите кучу глюков. Или же получите превышение тока через порты, как результат выгоревшие порты на контроллере или периферии. Так что сначала выводы данных в Hi-Z или в Low, а потом обесточивайте.
▌Выкидываем лишнее
Что-то мало потребляющее можно запитать прям с порта. Сколько дает одна линия? Десяток миллиампер? А две? Уже двадцать. А три? Параллелим ноги и вперед. Главное дергать их синхронно, лучше за один такт.
Правда тут надо учитывать то, что если нога может отдать 10мА ,то 100 ног не отдадут ампер — домен питания не выдержит. Тут надо справляться в даташите на контроллер и искать сколько он может отдать тока через все выводы суммарно. И от этого плясать. Но до 30мА с порта накормить на раз два.
Главное не забывайте про конденсаторы, точнее про их заряд. В момент заряда кондера он ведет себя как КЗ и если в вашей периферии есть хотя бы пара микрофарад емкостей висящих на питании, то от порта ее питать уже не следует, можно порты пожечь. Не самый красивый метод, но иногда ничего другого не остается.
▌Одна кнопка на все. Без мозгов
Ну и, напоследок, разберу одно красивое и простое решение. Его несколько лет назад набросил мне в комменты uSchema это результат коллективного творчества народа на его форуме.
Одна кнопка и включает и выключает питание.
Как работает:
При включении, конденсатор С1 разряжен. Транзистор Т1 закрыт, Т2 тоже закрыт, более того, резистор R1 дополнительно подтягивает затвор Т1 к питанию, чтобы случайно он не открылся.
Конденсатор С1 разряжен. А значит мы в данный момент времени можем считать его как КЗ. И если мы нажмем кнопку, то пока он заряжается через резистор R1 у нас затвор окажется брошен на землю.
Это будет одно мгновение, но этого хватит, чтобы транзистор Т1 распахнулся и на выходе появилось напряжение. Которое тут же попадет на затвор транзистора Т2, он тоже откроется и уже конкретно так придавит затвор Т1 к земле, фиксируясь в это положение. Через нажатую кнопку у нас С1 зарядится только до напряжения которое образует делитель R1 и R2, но его недостаточно для закрытия Т1.
Отпускаем кнопку. Делитель R1 R2 оказывается отрезан и теперь ничто не мешает конденсатору С1 дозарядиться через R3 до полного напряжения питания. Падение на Т1 ничтожно. Так что там будет входное напряжение.
Схема работает, питание подается. Конденсатор заряжен. Заряженный конденсатор это фактически идеальный источник напряжения с очень малым внутренним сопротивлением.
Жмем кнопку еще раз. Теперь уже заряженный на полную конденсатор С1 вбрасывает все свое напряжение (а оно равно напряжению питания) на затвор Т1. Открытый транзистор Т2 тут вообще не отсвечивает, ведь он отделен от этой точки резистором R2 аж на 10кОм. А почти нулевое внутреннее сопротивление конденсатора на пару с его полным зарядом легко перебивает низкий потенциал на затворе Т1. Там кратковременно получается напряжение питания. Транзистор Т1 закрывается.
Тут же теряет питание и затвор транзистора Т2, он тоже закрывается, отрезая возможность затвору Т1 дотянуться до живительного нуля. С1 тем временем даже не разряжается. Транзистор Т2 закрылся, а R1 действует на заряд конденсатора С1, набивая его до питания. Что только закрывает Т1.
Отпускаем кнопку. Конденсатор оказывается отрезан от R1. Но транзисторы все закрыты и заряд с С1 через R3 усосется в нагрузку. С1 разрядится. Схема готова к повторному включению.
Вот такая простая, но прикольная схема. Вот тут еще полно реализаций похожих схем. На сходном принципе действия.
easyelectronics.ru
Одна кнопка — две нагрузки. Сборка и проверка устройства — DRIVE2
Изготовил плату для включения (выключения) двух нагрузок с одной кнопки.
Спасибо Палычу CAMOKAT-BETEPAHA и Ваcилию76 vasilii76.
Для чего это?
В случае, если у вас заняты все кнопки в авто, а вам необходима еще одна кнопка.
Делаем управление двумя нагрузками (потребителями) с одной нефиксируемой кнопки.
Короткое нажатие — срабатывает первая нагрузка. Повторное нажатие — выключает эту первую нагрузку.
Длительное нажатие (более 1 секунды) — включается вторая нагрузка. Выключение при повторном длительном зажатии.
Включение\выключение сопровождается звуковым сигналом.
Опирался на этот материал:
1) Одна кнопка — два выхода
2) Еще про обогрев зеркал. и Одна кнопка для двух нагрузок
Сделал печатную плату по картинке, срисовал у Василия76
Схему позже нарисовал
Изготовил печатную плату.
плата в процессе, только что после травления
Запаял необходимые элементы. Проверил работопособность на столе.
Цвета проводов и назначение:
1) красный — питание схемы (+12В)
2) черный — минус
3) белый с голубой полоской — выход №1 (их два провода, один к кнопке, другой к реле1)
4) белый с черной полоской — выход №2 (их два провода, один к кнопке, другой к реле2)
5) коричневый (его не видно) — к кнопке. Будет переключать нагрузки
Позже соорудил еще чуток печаток, буду кнопки в авто переделывать на 2-е нагрузки. Их у меня всего 5 шт.
Собрал еще парочку, сделаю из одного устройства кнопку обогрева заднего стекла и обогрева зеркал. А вторую знакомый попросил для помпы и еще чего-то там.
ПС: Для подключения не хватает еще кусочка проводка, чтоб удлинить про
www.drive2.ru
Сообщества › Электронные Поделки › Блог › Управление нагрузкой с помощью нефиксируемой кнопки
Мадамы и жонтлемены) Хочу представить вашему вниманию триггерную схему, управляемую не фиксируемой кнопкой на базе микросхем 555тл1 и 561тм2.
Микросхема ТЛ1 содержит четыре двухвходовых логических элемента И-НЕ с порогом Шмитта.
Суть всего этого чтобы при нажатии на кнопку схема запускалась, при повторном нажатии отключалась.
Многие ранее уже говорили, зачем замарачиваться, поставь фиксируемую кнопку и готово.
Но мы не ищем легких путей, это раз) И к тому же, не хочется портить внешний вид некоторых купленных элементов.
И так распишу половину схемы т.к. вторая идентична, смотрите рисунок.
Для тех кто не в курсе нумерация ножек на микросхеме идет против часовой стрелки. Начало отсчета идет с крайней левой снизу ножку. Положение микросхемы определяется выемкой в виде полукруга с левой стороны. Обычно совпадает с надписями.
И так сразу скажу 7й контакт микросхем это « — » постоянный, 14й это постояный « + »
С постоянного « + » через кнопку приходит +12 вольт на резистор, который посажен на землю, в эту же точку, подсоединен ограничивающий резистор на 100кОм, который приводит уровень напряжения до оптимального входного значения микросхемы. После него идет на конденсатор на 0.22мФ. Из этой точки мы идем на контакты 1 и 2 микросхемы 555тл1. С 3й ноши мы идем на 3ю ножку микросхемы 561тм2. В обязательном порядке 4й и 6й контакт садим на «-». 2й и 5й контакт объединяем перемычкой, если нужен сигнализатор выключенного состояния, то, как раз в это место мы соединяем с микросхемой 555тл1. Если же нам нужна функция инверсии сигнала, то есть при включении, у нас сразу же должны гореть, например ходовые огни, а при первом нажатии на кнопку отключаться, то перемычкой соединяем не 2й и 5й контакт, а 1й и 5й. Одну часть схемы для ходовых огней, я как раз сделал на инверсном выходе (На видео еще были прямые выходы). И так потом с первого выхода 561тм2 через ограничивающий резистор идем на базу транзистора. Эмиттер садим на «-», коллектор идет на управляющие контакты реле. Параллельно реле я подключил светодиод индикации включения реле. Собственно на реле и сажаем иже любую нагрузку, какую потребует ваша душа)
Подводя итог вся схема (2а контура) кроме реле у меня уместилась в корпусе от фломастера с кучей проводов, которые я не укорачивал после монтажа.
P.S. извините за качество фотографий снимал на веб-камеры компьютера)
Заходите в гости, может найдете чего интересного)
www.drive2.ru
СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ РЕЛЕ
Многие современные радиоэлектронные устройства оснащаются небольшими реле, которые, в свою очередь, коммутируют другие, в том числе и сетевые узлы и приборы. А вот как управлять самими реле — мы и разберёмся на примере трёх схем. Все они довольно просты — меньше десяти деталей.
Схема драйвера управления для реле
Технические характеристики:
- Питание драйвера — 12 В на 40 мА
- Выход реле — 5 A на 230 В
- Управление входа — 2-15 В постоянного тока
- Светодиодный индикатор показывает состояние реле
- Габариты платы 27 x 70 мм
Это одноканальный релейный драйвер, подходящий для разнообразных проектов. Очень простой и удобный способ взаимодействия реле для переключения мощных потребителей, которое само управляется слабым током и напряжением.
Схема управления реле одной кнопкой
Данная электрическая схема управления реле выполняется всего одной кнопкой с одной контактной группой на замыкание и без фиксации. Работает схема следующим образом: при подаче питания конденсатор С1 через резистор R1 и замкнутые контакты К1.1 заряжается практически до напряжения питания. При нажатии на кнопку S1 через её замкнувшиеся контакты, через замкнутые контакты K1.1 и резистор R1 напряжение питания подается на катушку реле К1, что приводит к включению реле. Контактная группа К1.1 переключается и теперь питание на реле поступает через резистор R1 и замкнувшиеся контакты К1.1. На время пролёта контактов реле при переключении питание катушки осуществляется за счёт накопленного заряда конденсатора С1.
После замыкания контактов реле конденсатор С1 разряжается через резистор R2. При следующем нажатии на кнопку S1, происходит заряд конденсатора С1 из-за чего напряжение на катушке реле падает и происходит размыкание её контактов. Схема возвращается в исходное состояние. Элементы R1 и C1 образуют цепь с постоянной времени в 150 миллисекунд, что достаточно для срабатывания большинства типов электромагнитных реле.
Обратите внимание, что резистор R1 является подстроечным, и следует подбирать под каждое реле индивидуально.
Схема реле с управлением одной кнопкой
Эта схема представляет собой аналог кнопки с фиксацией. Вся конструкция очень проста и реализована на самом реле и одном транзисторе. При первом нажатии на кнопку транзистор открывается током разряда конденсатора, реле замыкается и блокируется по базовой цепи транзистора своими же контактами. Конденсатор при этом отключается от питания и, если отпустить кнопку, быстро разряжается через диод и резистор. Если теперь нажать на кнопку вторично, то транзистор запрется и отключит реле. Естественно, реле должно иметь вторую пару контактов.
Правда если надо таким образом управлять включением сетевого питания, то возникает проблема, заключающаяся в том, что в начале схема обесточена. В телевизорах при включении их от пульта или в компьютерах с корпусами АТХ это решается тем, что при подключении шнура питания подобная схема сразу получает питание, а уж включать основное питание будем позже. Что касается твердотельных реле — информация по ним находится в этой статье.
Форум по автоматике
Схемы автоматикиelwo.ru
cxema.org — Управление нагрузкой одной кнопкой без фиксации
Управление нагрузкой одной кнопкой без фиксации
Иногда возникает необходимость управлять той или иной нагрузкой всего одной кнопкой. Кнопки бывают двух типов с фиксацией и без. Если использовать кнопки без фиксации, например для включения светодиода, то при нажатии светодиод засветится, а при отпускании потухнет.
Приведенная схема проста до безобразия и состоит из трех транзисторов, две из которых обратной проводимости. Работает она по следующему принципу — при первом нажатии светодиод засветится, при повторном — потухнет.
Областей применения такой простой электронной кнопки очень много, от простых фонариков до мощных систем коммутации.
Как это работает
В начальный момент, когда на схему подается питание, все три транзистора закрыты, одновременно через цепочку резисторов R1 и R2 заряжается электролитический конденсатор C1, напряжение на нем равно напряжению питания. При нажатии на кнопку положительный сигнал с конденсатора поступает на базу транзистора VT3 отпирая его, по открытому переходу этого транзистора напряжение поступает на базу транзистора VT2, в следствии чего он также открывается. Нагрузка, в нашем случае светодиод, тоже активируется, еще во время срабатывания транзистора VT3.
Эта часть схемы представляет из себя триггерную защелку. Транзистор VT3 открывает VT2, а тот открываясь подает напряжение на базу транзистора VT3 удерживая его в открытом состоянии.
В таком состоянии схема может находится бесконечно долгое время. Притом кнопку можно просто нажать и отпустить, а не удерживать в нажатом состоянии.
Открывающийся транзистор VT2 открывает также и транзистор VT1. В этом состоянии у нас все три транзистора открыты. Когда VT1 открыт, через его открытый переход и резистор R2, конденсатор C1 будет разряжаться, отсюда можно сделать вывод, что когда транзисторы открыты, конденсатор разряжен.
При повторном нажатии кнопки база транзистора VT3 оказывается подключенной к минусовой обкладке конденсатора C1, на базе ключа напряжение в районе 0,7 вольт, и в следствии заряда конденсатора оно просаживается и он запирается. С запиранием транзистора VT3, конденсатор опять начинает заряжаться в штатном режиме, через ранее указанные резисторы.
Коммутацию нагрузки осуществляет транзистор VT3, его можно взять помощней, например bd139, в этом случае у нас появится возможность подключать к схеме более мощные нагрузки, ну или можно усилить сигнал с выхода нашей кнопки дополнительным транзистором.
Использованные в схеме транзисторы не критичны, можно взять любые малой и средней мощности соответствующей проводимости. Номиналы других компонентов схемы можно отклонять в ту или иную сторону на 30%.
Схема не прожорливая, от источника питания в 5 вольт ток потребления без нагрузки всего 850 микроАмпер, так, что смело можно задействовать в качестве выключателя ну скажем в карманном фонарике.
Печатные платы тут:
- < Назад
- Вперёд >
vip-cxema.org
РадиоКот :: Электронная сетевая кнопка
РадиоКот >Схемы >Аналоговые схемы >Бытовая техника >Электронная сетевая кнопка
Казалось бы, нет ничего проще, чем сетевая кнопка! Но иногда хочется чего-то такого… чего-то другого… чего-то такого, как не у всех. И если во всем остальном мы горазды, то сетевая кнопка всех ровняет. Шутки шутками, но иногда сетевая кнопка действительно доставляет массу хлопот. Например, когда ее надо разместить на передней панели устройства, и сетевые провода тащатся через весь корпус, наполняя его фоном 50 Герц. Или брутальный щелкающий тумблер не вписывается в концепцию дизайна устройства. Может возникнуть ситуация когда сетевой кнопке будет недоставать интеллектуальности. Например, при сопряжении какого-либо устройства или старого советского измерительного прибора с компьютером. В этом случае нас может выручить электронная сетевая кнопка.
В основе «электронной кнопки» (рис. 1), как это ни странно, лежит кнопка — S1. Обычный «микрик», без переключения (тройника), без фиксации, который можно комфортно разместить на передней панели устройства, снабдив элегантной клавишей. Можно встретить подобные кнопочные переключатели, совмещенные конструктивно с индикаторным светодиодом (рис. 2) и разных видов исполнения. Для «печатного» монтажа (рис. 2.а), и более солидные, антивандальные (рис. 2.б). У последних, кроме всего прочего, неплохой дизайн. В общем, выбрать есть из чего.
Ну а самым главным элементом «электронной кнопки» является легендарный таймер NE555. В нашей конструкции он выполняет функции триггера, компаратора уровня, силового ключа, для управления исполнительным реле. Управляет светодиодом двухрежимной индикации состояния «кнопки» (включено/ярко, выключено/тускло), а также выполняет ряд специфических для простой сетевой кнопки функций.
Теперь давайте по порядку. Компаратор уровня, точней два компаратора, интегрированы в сам таймер со всеми цепями обвязки необходимыми для задания порогов срабатывания. Типовые значения уровней срабатывания компараторов составляют — 1/3Uпит для компаратора нижнего порога переключения и 2/3Uпит для компаратора верхнего порога переключения. Каждый из компараторов управляет RS триггером, который тоже интегрирован в сам таймер. Компаратор, срабатывающий по нижнему уровню напряжения, переключает встроенный триггер в состояние Set (установлено), а компаратор срабатывающий по верхнему уровню, устанавливает триггер в состояние Reset (сброшено). Выходной сигнал таймера полностью соответствует состоянию внутреннегоRS триггера. Так, при состоянии Set на выходе таймера высокий уровень, при состоянии Reset низкий. Исполнительным реле управляет выходной драйверный каскад таймера. Выходной ток этого каскада может достигать 200 mA, чего вполне достаточно для включения небольшого реле. Высокий уровень напряжения на выходе драйвера, равен напряжению питания схемы, за минусом 1,7 Вольт (типовое значение). Низкий, порядка 0,3 Вольт. Стоит помнить, что напряжение низкого уровня зависит от втекающего тока.
Яркостью светодиода управляет тоже таймер. Для этого используется интегрированный в микросхему транзистор, предназначенный, в оригинальном включении, для разряда времязадающего конденсатора (Discharging). В нашем случае он используется как еще один выход таймера с открытым коллектором. В состоянииSet транзистор закрыт, а в состоянии Reset, сигналом логической единицы с инверсного выхода RS триггера, транзистор открыт.
В нашей схеме этот выход таймера, может выполнять и другую функцию — он может «сообщать» сторонним устройствам о том, что кнопка находится в состоянии «включено». Еще в нашей схеме может быть использован вход таймера Reset. Предназначен этот вход не только для сброса встроенного в таймер RS триггера. При удержании этого входа в нулевом состоянии, таймер вообще прекращает реагировать на внешние сигналы. Это свойство таймера, можно использовать, если необходимо запретить выключать «кнопку», подав на этот вход внешний сигнал логического ноля.
Теперь давайте разберемся, как это все работает. Начнем, пожалуй, с самого начала — с момента подачи напряжения питания на схему «кнопки». В этот момент, по логике, «кнопка» должна установится в состояние «выключено», и чтоб это происходило надежно, в схеме предусмотрен конденсатор С1. Давайте посмотрим, как это происходит. В момент подачи напряжения на схему, напряжение, на средних точка внутреннего делителя напряжения таймера, состоящего из резисторов Ra, Rb и Rc, практически сразу достигает своих типовых значений – 1/3Uпит и 2/3Uпит. Как мы узнали выше, условием переключения RS триггера таймера в состояние Set (оно и соответствует в нашей схеме состоянию «кнопка выключена»), является величина напряжения, на входеTrigger таймера, меньше 1/3Uпит. Напряжение на этот вход подается с делителя R1 и R2 и составляет 1/2Uпит, что не выполняет условий переключения внутреннего RS триггера в состояние Set. Как же быть? Неувязочка… — Да, неувязочка. Как раз для этой цели и служит конденсатор С1, он задерживает рост напряжения на входе Trigger. Фронт становится более пологим и когда опорное напряжение компаратора уже давно 1/3Uпит, напряжение на входе Trigger еще где-то тянется к своим заветным 1/2Uпит, и еще гораздо меньше чем 1/3Uпит. Тем самым, создаются условия для начальной установки таймера в состояние Set, а «кнопки» в состояние «выключено». Этот момент времени обозначен как Self OFF (смотрим Рис. 3).
Теперь о резисторах R1 и R2. Эти два резистора образуют делитель напряжения, которое поступает на входы таймера. Напряжение это составляет 1/2Uпит. Почему именно столько? Схематически этот уровень показан (смотрим Рис. 3) как уровень Middle (средний). Уровни Set level и Reset level соответствуют уровням переключения компараторов таймера. То есть в состоянии ожидания нажатия на кнопку, уровень сигнала на входах таймера занимает промежуточное значение, равноудаленное от верхнего и нижнего уровней срабатывания/переключения таймера. Помимо того, что, это необходимо для правильной работы устройства, это еще и выгодно тем, что величина импульсной помехи, наводимой в проводе которым подключена кнопка S1 может достигать +/- 2 Вольта. То есть, провода могут быть достаточно длинными и даже не экранированными (хотя экраном пренебрегать не стоит).
Резистор R5 и конденсатор С3 выполняют функцию обратной связи и являются элементами формирования импульсов. Обратная связь обладает постоянной времени равной 1 секунде, которая чудесным образом совпадает с «тау» RC цепи. Это означает, что кнопку нельзя переключать чаще одного раза в секунду. Можно сделать и больше. Как? Пересчитать постоянную времени или просто подобрать конденсатором С3. Резистор R5 для этих целей не подходит. Увеличивая конденсатор С3 это время можно увеличить, а уменьшая соответственно уменьшить. Эти интервалы времени обозначены как Relax ON и Relax OFF (смотрим рис. 3). Кроме того, после включения сетевой вилки в розетку, «кнопку» нельзя будет «включить» еще в течение 1 секунды. Это время на графике (рис. 3), обозначено как Lost time (потерянное время).
Теперь, — че за импульсы и откуда они берутся? Импульсы, генерируются при нажатии на кнопку. Причем каждый раз разные. При нажатии на кнопку S1 когда «кнопка выключена», генерируется импульс положительной полярности относительно уровня Middle, а при нажатии наS1 когда «кнопка включена», отрицательной (смотрим рис. 3). Происходит это благодаря обратной связи, состоящей из резистора R5 и конденсатора С3. Обратная связь, она на то и обратная, чтоб передать на вход устройства часть сигнала с выхода этого устройства. В состоянии «кнопка выключена» на выходе устройства высокий уровень сигнала, поскольку внутренний RS триггер находится в состоянии Set (мы об этом говорили раньше). Это означает, что напряжение на конденсаторе С3 составляет (в установившемся режиме) порядка 10 Вольт. Этот уровень отмечен как Timer OUT Hi (рис. 3). При замыкании контактов кнопки S1, конденсатор С3 начинает разряжаться на резистор делителя R2, что приводит к появлению на нем импульса амплитудой 4 Вольта, который и поступает на вход таймера. Таймер незамедлительно отреагирует срабатыванием компаратора верхнего уровня и переключением RS триггера в состояние Reset. На выходе таймера устанавливается низкий уровень напряжения, и конденсатор С3 продолжит свой разряд, только уже не на резистор R2, а на выход таймера через резистор R5. Спустя некоторое время заряд конденсатора будет равен напряжению на выходе таймера, порядка 1 Вольта. Этот уровень отмечен на графике как Timer OUT Lo (смотрим рис. 3). Теперь если опять замкнуть контакты кнопки S1, он будет заряжаться через резистор R1, что приведет к образованию на резисторе импульса напряжения, только в данном случае обратной полярности относительно уровня Middle (смотрим рис. 3). Появление этого импульса на входе таймера приведет к срабатыванию компаратора нижнего уровня и переключению внутреннего RS триггера в состояние Set. И наша кнопка перейдет в состояние «выключено».
Конденсатор С2, существенно важной роли не играет. Но, говорят — надо… Надо – значит – надо. Он является блокировочным, и защищает от импульсных помех. Подключен он к входу таймера Control, который в нашей схеме никак не используется.
Как и у любой сетевой кнопки, у нашей «электронной кнопки», тоже есть группа мощных контактов. Только это контакты исполнительного реле Р1. Как раньше упоминалось, исполнительным реле управляет встроенный в таймер драйвер. Когда на выходе высокое напряжение (10 Вольт) — реле выключено, а когда низкое — реле включено. Как это, как это… — А вот так это… Посмотрите, как включено реле — между плюсом питания схемы и выходом таймера. Это можно представить себе как инверсный выход логического элемента с подключенным светодиодом, когда на выходе ноль — светодиод горит, когда единица — нет. И тут так же, при высоком уровне напряжения на выходе таймера к обмотке реле прикладывается всего два вольта, и этого не достаточно, чтоб оно притянуло свой якорь. А при низком уровне на выходе таймера, на обмотке реле напряжение составит 11 Вольт и оно сработает. При выборе реле, для схемы «кнопки», следует учитывать ток, на который рассчитаны контакты реле. Сопротивление обмотки не должно быть менее 200 Ом, рабочее напряжение не более 12 Вольт.
Индикация состояния «электронной кнопки» осуществляется светодиодом HL1. Как один светодиод может отображать два состояния? А очень просто – яркостью свечения. Для этого используется вход таймера Discharging, и в нашем устройстве используется как дополнительный выход таймера с «открытым коллектором». Когда наша «кнопка» находится в выключенном состоянии, транзистор внутри таймера подключенный к этому выходу закрыт, и выход имеет высокое сопротивление. Ток, который «поджигает» светодиод протекает через два резистора, R3 и R4, и хватает этого тока только на свечение светодиода в полнакала. Когда «кнопка» находится в состоянии «включено» то транзистор открыт, вход имеет малое сопротивление и резистор R4 оказывается не у дел, а большая часть тока протекает через открытый транзистор. Суммарное сопротивление в цепи уменьшается, ток в цепи увеличивается, и светодиод светит ярко, сигнализируя о включенном состоянии «кнопки». Если иллюминации надо больше, то светодиодов можно установить два, и разных цветов. Как это сделать показано на рис. 5. При высоком уровне сигнала, на выходе таймера, будет гореть светодиод HL1, а при низком HL2. Включенное состояние наверно удобней индицировать зеленым светодиодом, а выключенное красным. Хотя можно и наоборот…
Обмотка реле зашунтирована защитным диодом VD2, и защищает он не обмотку реле, а выход таймера от этой обмотки. Диод включен в обратном направлении по отношению к полюсам источника питания схемы, и большую часть времени попросту закрыт. Открывается он только в момент выключения реле. В этот момент, момент разрыва тока, на обмотке реле, которую в данный момент времени правильней рассматривать как катушку индуктивности, возникает импульс напряжения. Если предоставить этому импульсу свободу выбора, то он поспешит натворить дел! Например, пробьет один из транзисторов выходного драйвера таймера. Для того чтоб этого не случилось и устанавливается этот диод. В момент возникновения импульса диод открывается, и импульс напряжения превращается в импульс тока, который протекает по цепи: обмотка – диод – обмотка. Все целы и довольны, а мнение импульса никого не волнует, он знаете ли тут и так лишний…
Теперь о питании кнопки. По логике вещей оно должно быть индивидуальным и появляться сразу, как только устройство включено в сеть. Я применил для этих целей бестрансформаторный, или как их еще называют — конденсаторный блок питания. Для маломощных нагрузок с малым потреблением тока их можно с успехом применять. Эти блоки более простые, так как не имеют намоточных изделий, однако имеют пару серьезных недостатков. Нет гальванической развязки с первичной сетью – это первое, второе – обладают практически нулевой помехозащищенностью. Поэтому, при работе с аппаратурой, питающейся от таких блоков, нужно быть очень осторожным.
Самым главным элементом, который лежит в основе идеи такого рода блоков питания это — омический балласт, на котором должно падать все лишнее напряжение источника питания подключенного к схеме. В нашем случае в роли балласта, выступает конденсатор С5. Как конденсатор!? – А вот так… Как известно из курса школьной физики, конденсаторы по мимо емкости обладают еще и сопротивлением. Только не, активным — как обычные резисторы, а реактивным. Активное сопротивление проявляет себя вне зависимости от того какой ток через него протекает — переменный или постоянный. А вот реактивное сопротивление, признает только переменный ток, как раз тот, который и живет в сетевой розетке. Зная величину тока, который потребляет «кнопка», и напряжение питания, на которое она рассчитана, можно рассчитать величину сопротивления, которое необходимо установить последовательно, в цепь питания, от сети переменного тока напряжением 220 Вольт. Ну и поскольку величина реактивного сопротивления напрямую связана с емкостью конденсатора и частотой переменного тока, нетрудно вычислить какой емкости конденсатор необходимо применить, чтоб погасить лишнее напряжение при заданном токе. Какой попало конденсатор тут не подойдет. Подойдут отечественные конденсаторы типа К73-17 или импортные Klass X2 или Klass X1 на рабочее напряжение не менее 400 Вольт.
Так, с главным «кондером» разобрались, посмотрим, что еще у нас есть в блоке питания. Параллельно конденсатору установлен резистор R6. Это необходимо для разряда конденсатора при отключении устройства от сети. Если этого не делать, то штОпсель может сильно биться током. Последовательно с конденсатором и диодным мостиком установлен ограничивающий ток резистор R7. Стоп топ стоп… — мы же уже поставили конденсатор – этого мало? – Не-не… в самый раз… А этот резистор служит для ограничения тока в момент включения устройства в сеть. Если его не поставить мы рискуем потерять пару диодов в выпрямительном мостике, так как по самому «важному» закону нашей жизни, включение устройства в сеть будет происходить всегда именно в момент амплитудного максимума сетевого напряжения, равного 311 Вольт. Величина сопротивления этого резистора зависит от чувствительности диодов выпрямительного моста к предельно допустимым, для них, импульсам тока. Зная этот параметр диода и амплитудное значение напряжения в розетке можно прикинуть величину необходимого сопротивления по закону Ома. Стабилитрону VD2 это угрожает в меньшей степени, так как в момент включения он зашунтирован разряженным конденсатором C4. Заодно, в сумме с эквивалентным сопротивлением нагрузки и емкостью «гасящего» конденсатора, этот резистор играет роль эдакого фильтра сетевых помех (правда очень хилого, примерно до одного килогерца).
Диодный мост VD3-VD6, служит для выпрямления переменного напряжения, в постоянное, пульсирующее напряжение. Диоды можно заменить на 1N4007. Конденсатор С4 для сглаживания этих пульсаций, а стабилитрон VD2 для ограничения уровня напряжения на конденсаторе и выходе блока питания. Да, именно для ограничения, о полноценном параметрическом стабилизаторе с выбором режима работы стабилитрона, тут и речи быть не может. Но нам и не к чему стабилизатор, схема работает в большом интервале напряжений и плюс минус вольт ее не смутит.
С применением «кнопки» я думаю затруднений не должно возникнуть. Ей можно оборудовать уже имеющееся устройство или применить в новоделе. Схема включения очень проста (смотрим рис. 4).
Теперь об интеллекте… Как повыситьIQ сетевой кнопки не вмешиваясь в мозг оператора, я не знаю. Но когда кнопка «электронная» — сам Бог велел… эээ… ну, то есть я… Для начала давайте разберемся зачем это надо. Очень может так случится, что вам когда-нибудь понадобится подключить какое-либо устройство к компьютеру по интерфейсу LPT или COM или даже USB. Как компьютер определит, а не забыли ли вы нажать кнопку «сеть» на устройстве, перед тем как начать обмен данными? Или как раз во время обмена данными вы, зазевавшись, нажмете кнопку и выключите прибор, подключенный к компьютеру? Данные потеряны! Да и фиг с ними, главное время, а время, как говорится — деньги, а деньги все любят, и терять их не любят… даа… Для того чтоб избежать подобных казусов, «кнопку» надо научить сообщать компьютеру что она включена, а еще научить «кнопку» не обращать внимание на оператора, то есть на вас, некоторое время. Разрешить компьютеру, разрешать это делать «кнопке». Именно эти две возможности и реализованы в схеме, показанной на рис. 5. Ну и поскольку в нашей «кнопке» используется источник питания без гальванической развязки с первичной сетью, то при реализации этих возможностей без оптопар не обойтись.
Пример реализации показан на рис. 6 для COM порта, и на рис. 7 дляLPT порта. И приведен исключительно в качестве примера использования «специфических функций» «кнопки», ну а как это будет реализовано в вашем случае… тем более что эти два «старичка», молодежь пугают только одним своим внешним видом… да и давно уже освоены FTDI и прочиеV-USB…
Начнем с первой – «сообщать, что все включено». Для того чтоб реализовать эту функцию придется пожертвовать индикацией на светодиоде HL1 и воспользоваться схемой индикации показанной на рис. 5. А к выходу таймера DIS (вывод 7), о котором уже много было рассказано, подключить светодиод оптопары U2. Но можно обойтись и без жертв, тогда, индикация остается прежней (как на рис. 1), а светодиод оптопары U2 перекочевывает на место светодиода HL1 (смотрим рис. 5). Фотодиод оптопары U2, совместно с подтягивающим резистором R19, подключен к необходимой линии порта (в моем случае это была линия RI – индикатор вызова). Напряжение, к которому подтягивается линия в свободном состоянии должно сниматься с одной из линий порта выставленной программно в единицу (поскольку в моем случае был реализован стандартный протокол обмена RS232, это была линия DTR – готовность выходных данных). При «включенной кнопке» линия RI будет прижата к нулевому потенциалу SG. При «выключенном» состоянии, линия порта подтянется к потенциалу логической единицы. Это все сказано дляCOM порта, а с LPT все гораздо проще и выставлять заранее там ничего не потребуется. Правда полной гальванической развязки устройства и компьютера не выйдет, но схема «кнопки» будет надежно развязана по питанию, с остальной схемой устройства в котором она будет применена.
Теперь об – «не обращать внимания на оператора, то есть на вас». Где-то выше мы вспоминали про один из входов таймера под названием Reset. Это было не случайно. Как раз именно этот вход и задействован для реализации этой функции «кнопки». Для этого, ко входу Reset (вывод 4), необходимо подключить фотодиод оптопары U1, через токоограничивающий резистор R3 (смотрим рис. 5). Этот резистор в данном случае будет еще являться и подтягивающим резистором для входа Reset таймера. Когда фотодиод оптопары не освещен, сопротивление фотодиода высокое и на входе Reset установится высокий логический уровень как раз через этот резистор. Теперь, после всех нововведений, для того чтоб запретить «кнопке» реагировать на необдуманные нажатия, на вход оптопары надо подать напряжение. Напряжение «логической единицы», не забыв при этом ограничить ток светодиода оптопары резистором R21. При этом вход Reset таймера прижмется к земле, и таймер перестанет реагировать на внешние сигналы. Кроме того при помощи этого входа кнопку можно принудительно включить сигналом с компьютера. Такой вот, своеобразный Master ON. Ну а выключать придется всегда вручную – пальцем…
Файлы:
Плата
Все вопросы в Форум.
Как вам эта статья? | Заработало ли это устройство у вас? |
www.radiokot.ru
