CC BY
19
DOI: 10.6084/m9.figshare.5073418
РОЗРОБКА ПРИСТРОЮ АВТОМАТИЧНОГО УПРАВЛ1ННЯ ОСВ1ТЛЕННЯМ
Козирь А.П., Литвиненко В.М.
Херсонський нащональний технiчний унiверситет
DEVELOPMENT ATTACH AUTOMATIC MANAGEMENT OSWIN
Kosir A. P., Litvinenko V. M.
Kherson National Technical University
Розроблено пристрш автоматичного управлшня освтленням в nid "i3Ói, який характеризуется nорiвняно невисокою варт^тю та високою надшшстю. За рахунок оnтимiзацii схеми аналога збмъшено надтшстъ розробленого пристрою та розширено температурний дiаnазон його використання у nорiвняннi з аналогом.
Представлеш практичш рекомендацП по виготовленню розробленого пристрою.
Ключовi слова: освтлення, схема, транзистор, дюд, резистор, фотодюд.
Developed an automatic control device for lighting in the stairwell, which is characterized by relatively low cost and high reliability. Due to the optimization of the analogue increased reliability of the developed device and extended temperature range of use compared to analog. Presents practical recommendations for the production of the developed device.
Keywords: lighting, circuit, transistor, diode, resistor, photodiode.
1. Вступ. Витрата електроенерги на цш освтлення може бути помгтно знижена досягненням оптимально! роботи освгтлювально! установки в кожен момент часу. Домогтися найбшьш повного i точного облжу наявност денного свгтла, так само як i облшу присутност людей в примщенш, можна, застосовуючи засоби автоматичного управлшня освтленням. Управлшня
освплювальним навантаженням здшснюеться при цьому двома основними способами: вщключенням всiх або частини свгтильниюв (дискретне управлiння) i плавною змiною потужностi свiтильникiв (однаковою для всiх або iндивiдуальною). До системам дискретного управлшня освiтленням в першу чергу вщносяться рiзнi фотореле (фотоавтомати) i таймери. Принцип дй перших заснований на включеннi i вiдключеннi навантаження за сигналами датчика зовшшньо! природно! освiтленостi. Iншi здшснюють комутацiю освiтлювального навантаження залежно вщ часу доби за попередньо складеною програмою. До систем дискретного управлшня освпленням вiдносяться також автомати, оснащеш датчиками присутностi. Вони вiдключають св^ильники в примiщеннi через заданий промiжок часу пiсля того, як з нього виходить остання людина. Це найбшьш економiчний вид систем дискретного управлшня, проте до побiчних ефеклв !х використання вiдноситься можливе скорочення термшу служби ламп за рахунок частих включень i виключень. Системи плавного регулювання потужностi освiтлення за своею будовою дещо складнiшi.
Останшм часом багатьма зарубiжними фiрмами освоено виробництво обладнання для автоматизацй управлшня внутршшм освiтленням.
Сучаснi системи управлшня освггленням поеднують в собi значш можливостi економй електроенергй з максимальною зручнютю для користувачiв.
Автоматизованi системи управлшня освпленням, призначенi для використання в громадських будiвлях, виконують таю типовi для цього виду виробiв функцй:
1) Точна пiдтримка штучно! осв^леност в примiщеннi на заданому рiвнi; досягаеться це введенням в систему управлшня освпленням фотоелемента, що знаходиться всерединi примiщення, i пристрою, контролюючого освiтленiсть, створювану освiтлювальною установкою. Вже тшьки одна ця функщя дозволяе економити енергiю за рахунок вщЫчення так званого надлишку освпленост^
2) Облш природно! освiтленостi в примщеннях. Незважаючи на наявнiсть у переважнш бiльшостi примiщень природного освiтлення в свплий час доби, потужнiсть освплювально! установки розраховуеться без його облшу. Якщо пiдтримувати освiтленiсть, створювану спшьно освiтлювальною установкою i природним освпленням, на заданому рiвнi, то можна ще сильнiше знизити потужнiсть освплювально! установки в кожен момент часу. У певний час року i години доби можливо навiть використання одного природного освгшення. Ця функщя може здшснюватися тим же фотоелементом, що i в попередньому випадку, за умови, що вш вщстежуе повну (природну плюс шштучну) освплешсть. При цьому економiя енерги може становити 20 - 40%.
3) Облш часу доби i дня тижня. Додаткова економiя енерги в освпленш може бути досягнута вщключенням освплювально! установки в певнi години доби, а також у вихщш та святковi днi. Цей захщ дозволяе ефективно боротися з забудькуватютю людей, що не вiдключають освгшення на робочих мюцях перед сво!м вiдходом. Для И реалiзацil автоматизована система управлшня освпленням повинна бути обладнана власними годинами реального часу.
4) Облш присутност людей в примщенш. При обладнаннi системи управлшня освпленням датчиком присутност можна включати i вiдключати свiтильники в залежност вiд того, чи е люди в даному примщенш. Ця функщя дозволяе витрачати енергш найбiльш оптимально, однак И застосування виправдане далеко не у в^х примщеннях. В окремих випадках вона може навпь скорочувати термш служби освплювального устаткування i справляти неприемне враження при робот^ Отримана за рахунок вщключення свiтильникiв за сигналами таймера i датчикiв присутностi економiя електроенергil становить 10 - 25%.
Багато iз розроблених сучасних пристро1в автоматичного управлшня освпленням мають високу вартють, невисоку надшнють, нестабiльнi в роботi.
У зв'язку з цим з'явилася необхщнють продовження робп з удосконалення юнуючих пристро!в автоматичного управлiння освiтленням.
2. Мета i задачi дослiдження. Дана стаття присвячена створенню
автомата керування свгтлом в шд'!зд^ який мае невелику вартють, високу надшнють i широкий дiапазон робочих температур. Для разробки автомата був вибраний аналог [1]. Основною задачею работи являеться удосконалення принципово! схеми приладу - аналога для покращання стабшьност работи розроблюваного приладу та тдвищення його надiйностi в умовах значно! змiни температури навколишнього середовища.
3. Матерiали i методи дослiдження. Пристрш призначений для керування освггленням тд'!зду чи сходово! клiтки. Робота схеми залежить вщ двох датчикiв, — оптичного, що визначае необхiднiсть штучного освгтлення, i акустичного, що визначае наявнють людей у примiщеннi. Плюс, простий RC -таймер, що затримуе вимкнення свiтла на одну хвилину.
Схема виконана на вщносно доступнш елементнiй базi. Застосування МОП-потужних польових транзисторiв у вихщному каскадi дозволяе зменшити розмiри блоку в цшому через вiдсутнiсть радiаторiв i при цьому керувати лампою будь-яко! потужностi вiд 0 до 200 Вт [2-4]. На рис. 1 приведена принципова схема розроблюваного пристрою.
Датчиком свгтла е фотодюд ФД320. Таю фотодюди застосовувалися в системах дистанцшного управлшня вгтчизняних телевiзорiв 80-90-х роюв. Незважаючи на те що цей фотодюд призначався для ГЧ-випромшювання, вш з тим же устхом реагуе i на видиме свгтло. Тут фотодiод включений як фоторезистор. Тобто, вш повернутий у зворотному напрямку i його зворотний отр разом з опором резистора R6 утворюе дiльник напруги. Схема ушверсальна, i замiсть фотодiода ФД320 тут можна використовувати шший фотодюд, фототранзистор або фоторезистор. Сдина складнють в тому що це може викликати необхiднiсть замiни резистора R6 резистором iншого опору.
Опiр резистора R6 повинен бути в максимальному сташ рiвним або на 2030% менше опору фотодатчика в темрявь Дiльник R6-FD1 повинен працювати так, щоб в темрявi напруга на FD1 була в зош логiчно! одиницi для елемента D1.2, а на свiтлi знижувалася до лопчного нуля. Таким чином, якщо ще не стемнiло (тобто, немае необхщнос^ в додатковому освiтленнi) на виводi 13
D1.2 е логiчний нуль. Так як це елемент «I-НЕ», на його виходi при цьому буде лопчна одиниця незалежно вiд рiвня на його другому вход^ На виходах паралельно включених елементiв D1.3 i D1.4 при цьому буде лопчний нуль. Напруга на затворi транзисторiв VT1 i VT2 низька i тому вони закрить Струм на лампу Н1 не надходить.
Якщо темно опiр FD1 високий, вище встановленого опору R6, то напруга на FD1 знаходиться в зош лопчного нуля. Тепер стан виходу елемента D1.2 може змшюватися тд дiею логiчного рiвня на його другому вход^ Тобто, за сигналом вщ схеми акустичного датчика.
Рис. 1. Принципова схема автомата управлшня свплом в mд'lздi
Одне уточнення з приводу оптичного датчика, вш призначений для випадку встановлення схеми в примщенш з вжнами або вжном для надходження свiтла з вулищ (природного освiтлення). I його призначення у визначенш часу доби, дня чи ноч^ а не в контролi за освiтленням примщення. Датчик повинен встановлюватися так, щоб вiн «бачив» тiльки свiтло з вулищ, а не свпло, яке надходить з примщення. Фотодюд потрiбно помiстити в трубку, що обмежуе кут попадання свiтла на нього, i прикле1ти цю трубку прозорим клеем до шибки так, щоб датчик «дивився» на вулицю. Якщо датчик буде «дивитися» в примщення, то вш буде реагувати на включення штучного освiтлення i схема буде помилятися.
У тому випадку, коли схема повинна працювати в примщенш без вшон, тобто, необхщнють в штучному осв^ленш е в будь-який час доби, фотодатчик не потрiбен. В цьому випадку детаи R6.FD1.C4 не встановлюються, а вивод 13 D1 потрiбно з'еднати з !! виводом 12.
Акустичний датчик побудований на основi електретного мiкрофона М1. Живлення на його вбудований шдсилювач надходить через отр R1, цей же резистор служить i навантаженням. Зазвичай в таких схемах тдсилювач-детектор роблять на операцшних пiдсилювачах або транзисторах [3]. Але юнують iндикаторнi мшросхеми для свгтлодюдно! шдикаци рiвня 34 сигналу на шкалi з декшькох свiтлодiодiв. Така мiкросхема в даному випадку бшьш зручна, так як вже мютить i пiдсилювальнi каскади i детектор i пiдсилювачi постшного струму. До того ж у не! е п'ять виходiв рiзно!' чутливостi. Це можна використовувати для схщчастого регулювання чутливостi акустичного датчика, шляхом перестановки перемички.
Сигнал з мшрофона надходить на вхщ мiкросхеми А1. Мiкросхема ЛК6884 призначена для роботи в схемi шдикатора «свгтний стовп». На !! п'яти виходах е транзисторш ключi з вщкритими колекторами, якi вiдкриваються в залежност вiд рiвня сигналу. Ключi мають обмежувачi струму, щоб можна було працювати зi свiтлодiодами без додаткових резисторiв [5]. Цi обмежувачi струму в схемi трохи заважають, оскiльки вiд !х роботи залежить напруга логiчного нуля. Резистор R4 встановлено щоб пiдтягнути вихiд А1 до одиницi, але пiдтягнути не занадто сильно, так щоб i рiвень логiчного нуля залишався на прийнятному для КМОН лопки рiвню напруги. В процесi налагодження отр R4 потрiбно пiдiбрати так, щоб напруга на виходi мiкросхеми А1 змiнювалася вiд логiчного нуля до лопчно! одиницi, тобто, не менше дiапазону 1,5...5В.
Схема затримки вимкнення зроблена на конденсаторi СЗ i резисторi R5. При достатньому рiвнi звукового сигналу напруга на шдключеному виходi А1 падае до лопчного нуля. При цьому вiдкриваеться дюд VD1 i через нього розряджаеться конденсатор СЗ до напруги лопчного нуля. На виходi елемента
D1.1 з'являеться лопчна одиниця. Якщо на виводi 13 D1.2 теж лопчна одиниця (або виводи 12 i 13 з'еднанi разом), то на виходах D1.3 i D1.4 буде одиниця. Ця напруга надходить на затвори VT1 i VT2 i вiдкривае !х. Струм надходить на лампу Н1. Дюди VD3, У04 i резистор R7 служать для зменшення впливу емностi затворiв польових транзисторiв.
Можливi два випадки роботи схеми на включення. У першому випадку лунае один нетривалий звук, наприклад, звук вiдкривання дверей. Конденсатор СЗ розряджаеться, але потiм починае заряджатися через резистор R5. У цьому випадку лампа буде залишатися увiмкненою протягом одше! хвилини, поки конденсатор СЗ заряджаеться. Якщо в цей час лунае ще звук або звуки, наприклад, вщкрили дверi в квартиру, то витримка повторюеться.
У другому випадку звуки лунають або не безперервно або з перервами не бшьше 1 хвилини. Наприклад, в пiд'!здi розмовляють люди або проводиться якийсь ремонт. У цьому випадку конденсатор СЗ буде постшно шдтримуватися в розрядженому сташ i свгтло вимкнеться тшьки через хвилину тсля настання тишi.
Живиться «електрошка» вiд джерела на дiодi VD5, який гасить надлишок напруги на резисторi R8, стабiлiтронi VD2 i конденсаторi С5, який згладжуе пульсаци.
Бiльшiсть деталей розмiщено на друкованш платi з фольгованого склотекстолгта. На рис. 2 приведенi схеми розташування дорiжок i деталей. Рисунок на плату нанесено ручним способом за допомогою лшшки i маркера для письма на компакт-дисках. Спочатку фольгований шар знежирюють, по^м його потрiбно трохи зашлiфувати дрiбною шкуркою («нульовкою»). Пiсля цього заготовку потрiбно пiдкласти пiд паперову схему плати i тонким шилом трохи накернити мюця розташування отворiв. Далi, отвори необхiдно намалювати маркером, а по^м користуючись лiнiйкою i тим же маркером з'еднати щ отвори згiдно зi схемою розташування дорiжок. Проводять травлення в розчиш хлорного залiза.
Рис. 2. Тополопя друковано! плати та розмщення на нiй деталей
Змити з дорiжок фарбу маркера можна одеколоном або будь-яким розчинником для лаюв i фарб. Далi - просвердлити отвори i приступати до монтажу.
4. Експериментальш данi та 1х обробка. У порiвнянi зi схемою аналога в розробленш нами схемi було зроблено замiну стабiлiтрону КС168А (У02) на його аналог - стабштрон В7У85-С6У8. У порiвнянi зi стабiлiтроном КС168А (VD2) стабiлiтрон В7У85-С6У8 мае бiльшу потужнiсть розсiювання (1,3 Вт проти 0,3 Вт) бшьш високу максимальну робочу температуру (200оС проти 125оС) i бiльш низьку мтмальну робочу температуру (-65оС проти -60оС). Зроблена замiна за рахунок бшьшо! розсдавано! потужностi i бiльш високо! максимально! робочо! температури
стабштрону В7У85-С6У8 дала можливiсть збшьшити надiйнiсть розробленого пристрою та розширити температурний дiапазон його використання у порiвняннi з аналогом.
5. Висновки. Роблено автомат управлшня свiтлом в шд'!зд^ Проведена оптимiзацiя схеми аналога дала можливють збiльшити надiйнiсть розробленого пристрою та розширити температурний дiапазон його
використання. Розглянут практичш питання, пов'язанi з виготовленням розробленого пристрою.
Лггература
1. Горчук Н.В. Автомат управления светом в подъезде / Н.В. Горчук // Радиоконструктор. - №6, 2012. - С. 38 - 40.
2. Опадчий Ю.Ф. Аналоговая и цифровая электроника / Ю.Ф. Опадчий, О.П. Глудкин, А.И. Гуров. - М.: Гарячая линия - Телеком, 2002. - 768с.
3. Пряшников В.А. Электроника: Курс лекцш / В.А. Пряшников. -СПб: КОРОНА принт, 1998. - 400с.
4. Сисоев В.М. Основи радюелектрошки / В.М. Сисоев. - К.: Вища школа, 2004. - 279с.
5. Руденко В.С. Приборы и устройства промышленной электроники / В.С. Руденко, В.И. Сенько, В.В. Трифонюк.- К.: Тэхника, 1990.- 368с.
