Схема. Автомат управления дворовым освещением

      Автомат предназначен для управления освещением двора или подъезда включая свет ночью, и выключая его днем. В отличие от большинства подобных конструкций эта имеет преимущество, выражающееся в защите от ложных срабатываний при колебаниях освещенности вблизи порогового значения при переходе от «ночи» к «дню» и обратно.

      При включении питания (рис.1.) триггер на элементах D1.3-D1.4 произвольно устанавливается в любое положение. Принудительно установить его в положение «единица на выходе D14» можно кнопкой S1.
      Когда триггер D1.3-D1.4 находится в состоянии «единица на выходе D1.4» транзистор VT1 открывается и подает постоянный пульсирующий ток на осветительную лампу Н1.
В конечном итоге состояние триггера D1.3-D1.4 зависит от уровня внешней освещенности. То есть, от времени суток.
      Оптическим датчиком является цепь из фотодиода FD1, включенного как фоторезистор, и резистора R1. Окончательную настройку порога переключения «день/ ночь» устанавливают подбором сопротивления резистора R1.

      Днем фотодиод FD1 освещен достаточно сильно и его сопротивление значительно ниже сопротивления R1. Поэтому на входе элемента D1.1 имеется напряжение соответствующее логической единице На его выходе будет ноль, а на выходе элемента D1.2 — единица. Поэтому счетчик D3, заведующий включением света будет заблокирован, а счетчик D4, заведующий выключением света будет усердно считать импульсы с периодичностью в одну минуту, поступающие на него от микросхемы D2. Через 4 минуты на выводе 10 D4 появится логическая единица, которая поступит на вывод 13 D1.4 и переключит триггер D1.3-D1.4 в состояние «ноль на выходе D1.4». Транзистор VT1 закрывается и выключает свет.

      Ночью ситуация противоположная. Освещенность светочувствительной поверхности фотодиода FD1 мала и его сопротивление значительно больше сопротивления резистора R1. В этом случае напряжение на R1 будет низким, — на уровне логического нуля. Это приведет к тому что на выходе D1.1 будет единица и счетчик D4, отвечающий за выключение будет заблокирован в нулевом состоянии. Но на выходе D1.2 будет ноль, и счетчик D3, отвечающий за включение света будет работать, — считать импульсы с периодичностью в одну минуту, поступающие на него от микросхемы D2. Через 4 минуты на выводе 10 D3 появится логическая единица, которая поступит на вывод 9 D1.3 и переключит триггер D1.3-D1.4 в состояние «единица на выходе D1.4» Транзистор VT1 открывается и включает свет. Лампой управляет ключевой каскад на мощном МДП-транзисторе VT1 Так как он может работать только с положительным напряжением, напряжение сети поступает сначала на мостовой выпрямитель на диодах VD5-VD8, а потом уже на лампу, включенную в цепи стока транзистора. Максимальная мощность лампы при работе транзистора без радиатора не должно превышать 200W. При установке транзистора на радиатор мощность нагрузки может достигать 2000W.

      Схема питания — безтрансформаторная с гальванической связью с электросетью Это необходимо учитывать в смысле электробезопасности. Она представляет собой параметрический стабилизатор на резисторах R6-R7 и стабилитроне VD2.
      В схеме на рисунке 1 используется микросхема К176ИЕ12, которая уже давно не выпускается, и не имеет зарубежных аналогов. Поэтому была разработана и испытана вторая схема аналогичного по действию устройства, собранного на более современных микросхемах. Эта схема представлена на рисунке 2.

      Как видно по рисунку 2 схема стала проще. На одну микросхему меньше, нет кварцевого резонатора. В первом варианте для отсчета выдержки в 4 минуты использовалась схема из двух десятичных счетчиков и генератор импульсов периодом в одну минуту. Здесь используются два счетчика со встроенными генераторами импульсов. Частота каждого из генераторов определяется параметрами цепей R2-C4 и R8-C5, соответственно Частота выбрана 17 Гц. При такой частоте, при счете начиная с нуля, логическая единица на выводе 2 счетчика появляется через 4 минуты.

      В остальном работает схема почти так же как первый вариант. При дневном освещении на выходе D1.2 — единица, поэтому счетчик D2 заблокирован в нулевом состоянии и не включает лампу. Но на выходе D1.1 — ноль, поэтому счетчик D3 работает. Через четыре минуты на его выводе 2 появляется логическая единица, которая переключает триггер D1.3-D1.4 в положение «ноль на выходе О1.4» и свет выключается.
      С наступлением темноты на выходе D1.1 будет единица, а на выходе D1.2 — ноль. Теперь счетчик 03 заблокирован и не может выключать свет, а счетчик D2 работает и через 4 минуты единица с его вывода 2 поступит на вывод 9 О1.3 и переключит триггер D1.3-D1.4 в положение «единица на выходе D1.4» и свет включается.

      Практически обе схемы работают одинаково. В схеме на рисунке 2 частоты генераторов задаются RC-цепями, что конечно же негативно сказывается на точности 4-х минутных временных интервалов. Но, с другой стороны какая разница свет включится через 4 минуты после наступления темноты или 3 минуты 40 секунд или 4 минуты 20 секунд? Хронометрической точности здесь не требуется. К тому же можно эти временные интервалы устанавливать любыми, «по вкусу», подбором сопротивления R2 или R8, соответственно.
Возможен и третий вариат схемы с использованием куда более доступных счетчиков CD4020 или CD4040, в которых нет встроенного генератора (рис.3). Отличие от схемы на рисунке 2 только в том, что используется дополнительный мультивибратор на микросхеме D4, общий для счетчиков D2 и D3, который вырабатывает импульсы частотой 8,5 Гц. При делении на 2048 это будут те же 4 минуты.

      Детали. Во всех трех схемах можно фотодиод заменить другим например, ФД263 или ФД155, либо фоторезистором номинальным сопротивлением в пределах 100кОм…. 1МОм. При любой замене фотодиода, а так же и при использовании указанного на схеме фотодиода необходимо налаживание фотодатчика подбором сопротивления резистора R1, так как даже одинаковые по маркировке фотодиоды могут существенно различаться по чувствительности.

      Стабилитрон Д814В можно заменить любым другим на напряжение в пределах 9-11V. Диоды КД521 можно заменить на КД522 или 1N4148. Диоды 1N4007 можно заменить любыми выпрямительными диодами на напряжение не ниже 400V и ток согласно мощности используемой нагрузки. Вполне подойдут КД209, КД243Г-Ж и другие аналогичные. Мост, собранный на отдельных диодах можно заменить интегральным мостом, соблюдая те же условия.

      Транзистор IRFDC40LC можно заменить на IRF840, BUZ90 или КП707В2.
      Во всех схемах ИМС К561ЛЕ5 можно заменить на К176ЛЕ5 или CD4001. Микросхемы К561ИЕ8 (рис.1) можно заменить на К176ИЕ8, CD4017, а так же счетчики К561ИЕ9, К176ИЕ9 с соответствующим изменением схемы согласно их цоколевке. Микросхема К176ИЕ12 единственная в своем роде, — зарубежных аналогов нет На рисунке 2 можно найти аналог только для К561ЛЕ5 (К176ЛЕ5, CD4001). Аналоги ИМС CD4060 мне не известны.
      На рисунке 3 — счетчики CD4040 можно заменить на CD4020, К561ИЕ20 К561ИЕ16 без изменений в нумерации выводов.

      Важное значение имеет пространственное расположение фотодиода. Фотодиод должен быть размещен так, чтобы он мог определять уровень естественной освещенности, но не оказывался под влиянием источника света, которым схема управляет. Фотодиод нужно поместить в непрозрачную прямую трубу и расположить так чтобы она смотрела выше светильника и в другую от него сторону. В противном случае возникнет оптическая обратная связь (лампа включилась, сопротивление светодиода упало, схема «думает» что настал день, и наоборот) и свет будет мигать с периодом в четыре минуты.
      Еще нужно учесть что все детали схемы находятся под потенциалом электросети, поэтому необходимо все надежно изолировать и не заниматься какими-то перепайками пока схема под напряжением.

Похожие статьи:
Блок управления шаговым двигателем
Устройство управления шаговым электродвигателем
Устройство управления вентилятором охлаждения УМЗЧ
Схема управления воротами с электроприводом
Блок управления микродрелью