Один хороший инженер – электронщик говорил, что если, мол, в схеме есть реле, то она нуждается в доработке. И с этим нельзя не согласиться: ресурс срабатывания контактов реле всего несколько сотен, может тысяч раз, в то время, как транзистор, работающий на частоте хотя бы 1КГц делает каждую секунду 1000 переключений.

Схема на полевых транзисторах

Эта схема была предложена в журнале «Радио» №9 2006 г. Она показана на рисунке 1.

Алгоритм работы схемы такой же, как и у предыдущих двух: при каждом кратковременном щелчке выключателем подключается новая группа ламп. Только в тех схемах одна группа, а в этой целых две.

Нетрудно видеть, что основой схемы является двухразрядный счетчик, выполненный на микросхеме К561ТМ2, содержащий в одном корпусе 2 D – триггера. На этих триггерах собран обычный двухразрядный двоичный счетчик, который может считать по алгоритму 00b, 01b, 10b, 11b, и опять в том же порядке 00b, 01b, 10b, 11b … Буква «b» говорит о том, что числа указаны в двоичной системе счисления. Младший разряд в этих числах соответствует прямому выходу триггера DD2.1, а старший прямому выходу DD2.2. Каждая единичка в этих числах говорит о том, что открыт соответствующий транзистор и подключена соответствующая группа ламп.

Таким образом получается следующий алгоритм включения ламп. Лампа EL1 светит как только замкнется выключатель SA1. При кратковременных щелчках выключателем лампы будут зажигаться в следующих сочетаниях: EL1; (EL1 & EL2); (EL1 & EL3 & EL4); (EL1 & EL2 & EL3 & EL4).

Для того, чтобы осуществить переключение по указанному алгоритму, следует на вход C младшего разряда счетчика DD2.1 подавать счетные импульсы в момент каждого щелчка выключателя SA1.

Рисунок 1. Схема управления люстрой на полевых транзисторах

Управление счетчиком

Осуществляется двумя импульсами. Первый из них — это импульс сброса счетчика, а второй – счетный импульс, переключающий лампы.

Импульс сброса счетчика

При включении устройства после продолжительного отключения (не менее 15 секунд) электролитический конденсатор C1 полностью разряжен. При замыкании выключателя SA1 пульсирующее напряжение с выпрямительного моста VD2 частотой 100Гц через резистор R1 формирует импульсы напряжения, ограниченные стабилитроном VD1 на уровне 12В. Этими импульсами через развязывающий диод VD4 начинает заряжаться электролитический конденсатор C1. В этот момент дифцепочка C3, R4 формирует импульс высокого уровня на R – входах триггеров DD2.1, DD2.2, и счетчик сбрасывается в состояние 00. Транзисторы VT1, VT2 закрыты, поэтому при первом включении люстры лампы EL2…EL4 не горят. Включенной остается только лампа EL, поскольку включается непосредственно выключателем.

Формирование счетных импульсов

Через диод VD3 импульсы сформированные стабилитроном VD1 заряжают конденсатор C2 и поддерживают его в заряженном состоянии. Поэтому на выходе логического элемента DD1.3 поддерживается низкий логический уровень.

При непродолжительном размыкании выключателя SA1 пульсирующее напряжение с выпрямителя прекращается. Поэтому конденсатор C2 успевает разрядиться, для чего потребуется около 30ms, и на выходе элемента DD1.3 устанавливается высокий логический уровень, — формируется перепад напряжения от низкого уровня к высокому, или как его часто называют восходящий фронт импульса. Именно этот восходящий фронт устанавливает в единичное состояние триггер DD2.1, подготавливая включение лампы.

Если внимательно всмотреться в изображение на схеме D – триггера, можно заметить, что его тактирующий вход C начинается наклонным отрезком идущим слева – вверх – направо. Этот отрезок говорит о том, что срабатывание триггера по входу C происходит по восходящему фронту импульса.

Вот тут самое время вспомнить про электролитический конденсатор C1. Подключенный через развязывающий диод VD4, от может разряжаться только через микросхемы DD1 и DD2, другими словами поддерживать их в рабочем состоянии некоторое время. Вопрос в том, насколько долго?

Микросхемы серии К561 могут работать в диапазоне питающего напряжения 3…15В, а в статическом режиме потребляемый ими ток исчисляется единицами микроампер. Поэтому в данной конструкции полный разряд конденсатора происходит не ранее, чем через 15 секунд и то, благодаря резистору R3.

Поскольку конденсатор C1 почти не разряжен, то при замыкании выключателя SA1 импульс сброса цепочкой C3, R4 не формируется, поэтому счетчик остается в том состоянии, какое получил после очередного счетного импульса. В свою очередь счетный импульс формируется в момент размыкания SA1, каждый раз увеличивая состояние счетчика на единицу. После замыкания SA1 на схему подается напряжение сети и зажигается лампа EL1 и лампы EL2… EL4 в соответствии состоянию счетчика.

При современном развитии полупроводниковых технологий ключевые (переключающие) каскады выполняются на полевых транзисторах (MOSFET). Делать такие ключи на биполярных транзисторах теперь считается просто неприличным. В рассматриваемой схеме это транзисторы типа BUZ90A, которые позволяют управлять лампами накаливания мощностью до 60 Вт, а при использовании энергосберегающих ламп такой мощности более, чем достаточно.

Еще один вариант схемы

На рисунке 2 показан возможный вариант только что рассмотренной схемы.

Рисунок 2. Схема управления 5 (3)-х ламповой люстрой

Вместо счетчика на D-триггерах в схеме применен сдвиговый регистр К561ИР2. В одном корпусе микросхемы содержится 2 таких регистра. В схеме используется только один, его выводы на схеме показаны в скобках. Такая замена позволила несколько уменьшить число печатных проводников на плате, либо просто не было у автора другой микросхемы. А в целом, внешне в работе схемы ничего не изменилось.

Логика работы сдвигового регистра очень проста. Каждый импульс, поступающий на вход C, передает содержимое входа D на выход 1, а также производит сдвиг информации по алгоритму 1-2-4-8.

Поскольку в данной схеме вход D просто запаян на + источника питания микросхемы (константа «лог. Единица») при каждом сдвиговом импульсе на входе С на выходах будут появляться единицы. Таким образом, зажигание ламп происходит в последовательности: 0000, 0001, 0011, 0000. Если не забывать про лампу EL1, то вместе с ней последовательность включения будет следующая: EL1; (EL1 & EL2); (EL1 & EL2 & EL3).

Первое сочетание 0000 будет появляться при первоначальном включении люстры под действием импульса сброса, формируемого дифцепочкой C3, R4, как в предыдущей схеме. Последнее нулевое сочетание появится также за счет сброса регистра, но только на этот раз сигнал сброса придет через диод VD4, как только на выходе 4 появится сигнал логической 1, т.е. при четвертом щелчке выключателем.

Остальные элементы схемы нам уже знакомы по описанию предыдущей. На микросхеме К561ЛА7 (до нее была трехвходовая ЛА9, также включенная инвертором) собран формирователь сдвиговых импульсов, а электролитический конденсатор C1 выполняет роль источника питания микросхем во время короткого щелчка выключателем. Выходными ключами являются все те же MOSFET, правда другого типа IRF740, что в целом ничего не меняет.

Схема управления люстрой на тиристорах

Предыдущие схемы почему-то коммутировали лампы при помощи полевых транзисторов, хотя для этих целей больше подходят тиристоры и симисторы. Схема с использованием тиристора показана на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема управления люстрой на тиристорах

Как и в предыдущих схемах одна лампа EL3 включается просто при замыкании выключателя SA1. Группа ламп EL1, EL2 включается при повторном щелчке выключателя SA1. Работает схема следующим образом.

При первом замыкании SA1 загорается лампа EL3, и одновременно с этим пульсирующее напряжение с выпрямительного моста через резистор R4 подается на стабилизатор напряжения, выполненный на стабилитроне VD1 и конденсаторе C1, который быстро заряжается до напряжения стабилизации стабилитрона. Это напряжение используется для питания микросхемы DD1.

Одновременно с этим через резистор R2 начинает, причем не очень быстро, заряжаться электролитический конденсатор C2. В это время на выходе элемента DD1.1 высокий уровень, который заряжает конденсатор C3, таким образом, что на его правой по схеме обкладке плюс.

Как только заряд конденсатора C3 достигнет уровня логической единицы на выходе элемента DD1.1 появится низкий уровень, но на входах элементов DD1.2 DD1.3, благодаря заряженному конденсатору C3 и развязывающему диоду VD4, сохранится высокий уровень. Поэтому на выходах 4 и 10 элемента DD1 удерживается низкий уровень, который удерживает в закрытом состоянии транзистор VT1. Тиристор VS1 также закрыт, поэтому лампы не горят.

При непродолжительном щелчке выключателем SA1 конденсатор C1 разряжается достаточно быстро, тем самым обесточивая микросхему. Постоянная разряда конденсатора C2 намного выше, при указанных на схеме номиналах не менее 1 секунды. Поэтому конденсатор C3 быстро перезарядится в обратном направлении – плюс будет на его левой по схеме обкладке.

Если за время менее одной секунды успеть включить люстру вновь, то на входе элемента DD1.1 благодаря не успевшему разрядиться конденсатору C1 будет уже присутствовать высокий уровень напряжения, а на входах элементов DD1.2, DD1.3 низкий, заданный направлением заряда конденсатора C3. На выходах 4 и 10 элемента DD1 устанавливается высокий уровень, который открывает транзистор VT1, а тот в свою очередь тиристор VS1, зажигая лампы EL1, EL2. В дальнейшем такое состояние элемента DD1 поддерживается за счет обратной связи через резистор R3.

Микроконтроллерное управление люстрой

Схемы на микроконтроллерах неспроста считаются достаточно простыми по схемотехнике. Добавив незначительное количество навесных деталей можно получить очень функциональное устройство. Правда, расплатой за такую схемную простоту является написание программ, без которых микроконтроллер, даже очень мощный, просто кусок железа. Но при хорошей программе этот кусок железа превращается в некоторых случаях в произведение искусства.

Схема управления люстрой на микроконтроллере показана на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема управления люстрой на микроконтроллере

Как и все предыдущие, схема управляется лишь одним только сетевым выключателем SW1. Щелчки выключателем позволяют не только выбирать количество включенных ламп, но осуществлять их плавное включение, устанавливать желаемую яркость свечения. Кроме того, позволяет имитировать присутствие людей в доме, — включать и выключать освещение по определенному алгоритму. Такое вот простенькое охранное устройство.

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте сеть умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-университет от GeekBrains:

Изучить C, механизмы отладки и программирования микроконтроллеров;

Получить опыт работы с реальными проектами, в команде и самостоятельно;

Получить удостоверение и сертификат, подтверждающие полученные знания.

Starter box для первых экспериментов в подарок!

После прохождения курса в вашем портфолио будет: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная сеть устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-регулятор), устройство контроля влажности воздуха, система умного полива растений, устройство контроля протечки воды.

Вы получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный сертификат, которые можно добавить в портфолио и показать работодателю.

Источник

Обзор схем для управления люстрой по двум проводам

Для успешного подключения любого осветительного прибора требуется не менее двух проводов – нулевой и фазный. Если будет использоваться светильник на несколько лампочек, то нередко возникает желание настроить разные режимы работы (со свечением одного, двух или всех источников света).

В этих целях пригодятся парные выключатели или несколько отдельных устройств, подключенных к разным группам ламп. В таком случае требуется дополнительная проводка и коммутация отдельной фазы к каждому выключателю. Все это актуально на этапе проектирования, но если в квартире уже сделан ремонт и появилась необходимость заменить обычный светильник на многофункциональный, то придется действовать одним из двух методов.

Первый вариант – купить «умную» люстру с пультом дистанционного управления. В ее блок-схеме уже заложена поддержка разных режимов. Второй вариант – воспользоваться определенными схемами, обеспечивающими управление люстрой по двум проводам.

Схемы подключения

Существует сразу несколько вариантов подключения люстры для управления по двум проводам. Во всех случаях нет необходимости штробить стены или портить потолок для прокладки нового кабеля.

Релейная система подключения

Такой вариант прост в реализации, но его существенным недостатком является быстрый износ деталей. После тысячекратных включений и выключений света схема выйдет из строя. Элементы спрятаны под декоративным колпачком, расположенным у потолка. Приблизительно раз в год придется «потрошить» содержимое и заменять перегоревшие детали.

На картинке ниже вы можете увидеть схему релейного подключения и управления осветительным прибором:

Главные элементы здесь — два терморезистора, один конденсатор, реле К1 и диодный мост.

Когда включается лампа, то холодный терморезистор R2 увеличивает свое сопротивление. Напряжение поступает на реле K1, что приводит к размыканию контактов и включению трех ламп в цепи. Спустя пару секунд происходит нагрев терморезистора, благодаря чему сопротивление в цепи понижается и стабилизируется.

При выключении питания на полсекунды терморезистор не успевает остыть, контакты остаются замкнутыми. Загораются все шесть имеющихся ламп. Чтобы заставить светильник работать в первом режиме (три лампы), потребуется отключить напряжение на несколько секунд. Как видите, данный вариант недоработанный, но все же может быть реализован в домашних условиях.

Способы использования полупроводников в управлении освещением люстры

Наиболее распространенным методом является применение транзисторов в схемах подключения люстры по двум проводам. Электротехнические элементы долговечны, допускаются частые переключения. На выбор дается несколько видов управления.

Управление на базе счетчика

Для управления люстрой используются счетные импульсы. Первый сбрасывает счетчик, второй – приводит к последовательному включению лампочек. При каждом следующем щелчке выключателя вступает в действие или выключается новая группа источников света. Чтобы выполнить сброс импульсов, потребуется пауза на 15-20 секунд.

Сдвиговый регистр

В самом названии заложен принцип действия схемы. Попадающий на ее начало импульс передается по цепи на нужные выходы. В дальнейшем принцип работы идентичен варианту, описанному выше.

Тиристор

Для питания схемы управления используется диодный мост, выполняющий функции выпрямителя тока. При активации выключателя загорается первая лампочка в цепи. Происходит постепенная зарядка конденсаторов, при этом дополнительный мост удерживает транзистор и тиристор в закрытом положении. При смене положения выключателя конденсатор перезаряжается.

Микроконтролирование люстры

Для реализации схемы на микроконтроллере требуется небольшой процессор с программным обеспечением. С его помощью можно выбрать любой принцип работы с различными вариациями дополнительных функций. В качестве основы берется аналогичная схема.

Задействуем диоды

Другая идея управления люстрой по двум кабелям связана с применением диодной схемы. Выполняется подключение нескольких выключателей, соединенных параллельно друг другу. Для включения лампочек они используют диоды, которые размещаются и перед выключателями, и перед лампами. Полупроводник способен пропускать всего лишь одну полуволну синусоидального напряжения в промышленной сети. Поэтому происходит включение того источника света, который расположен непосредственно перед диодом.

Недостатком такого варианта является то, что для каждой группы светильников выполняется подача половины напряжения от сети питания. Это уместно для обычных ламп накаливания, но не подходит для светодиодных и люминесцентных источников света. Даже если они включатся, то в дальнейшем намного быстрее выйдут из строя.

Что касается ламп накаливания, они будут мерцать с частотой 50 Гц (аналогичная частота в бытовой электросети). Это негативно сказывается на самочувствии находящегося в помещении человека, поэтому в жилых домах такой свет использовать не рекомендуется.

При помощи диода можно обеспечить включение всех лампочек с разной мощностью. При щелчке по первому выключателю подается первая полуволна, по второму – все напряжение. Вариант уместен для ламп накаливания и светодиодных источников с диммерами. Дополнительно схема должна включать конденсаторы, обеспечивающие включение первой группы источников. Достаточно емкости на 1 мкФ и напряжения свыше 300 В. В качестве диодов можно взять отечественные КД202, КД203, КД206 или зарубежные 1n4007.

Схема на терморезисторе и реле

Другой вариант подключения и управления светильником подразумевает наличие в схеме реле и терморезистора. Когда происходит включение, то напряжение подается на первую часть схемы, и подключенные к ней лампы зажигаются. Еще одна группа ламп питается обычным замкнутым реле. При подаче питания контакты размыкаются.

Параллельно реле подключаются резистор и терморезистор. Когда ток проходит через второй элемент, то он постепенно нагревается. Повышение температуры приводит к снижению сопротивления.

Ток включения всегда больше тока удержания. Поэтому при уменьшенном сопротивлении терморезистора ток пройдет дальше, а на реле питания будет достаточно для того, чтобы удерживать его во включенном состоянии. Для включения всех ламп нужно выключить и включить схему повторно и без паузы. В таком случае терморезистор останется нагретым, ток продолжит следовать через него, а тока на катушке будет недостаточно для ее размыкания. Чтобы вновь включить первую группу лампочек, придется отключить свет, подождать 20-30 секунд и нажать на выключатель повторно.

Используем счетчик

Для реализации данной схемы нужно задействовать несколько логических элементов. При подаче импульсов на выходе возникают логические единицы и нули. Они необходимы для активации полупроводниковых транзисторов (или других подобных элементов).

Ниже можно ознакомиться с функциональной схемой:

Чтобы отключить первую группу и включить другую, следует быстро щелкнуть выключателем.

Алгоритм действия следующий:

Когда питающий сигнал попадает на вход R, то выполняется сброс счетчика. Чтобы это произошло, следует отключить SA1 на 15-20 секунд. Для формирования счетных импульсов используется элемент DD3.

Как видно, существует огромное количество различных схем для коммутации люстры, работающей от нулевого и фазного проводов. Выбирать тот или иной вариант следует в зависимости от знаний электротехники, опыта работы и наличия комплектующих. Чем дешевле схема подключения, тем ниже ее долговечность и функциональность.

Источник