wersja mobilna | kontakt z nami

Programowany wyłącznik czasowy zasilania

Numer: Lipiec/2015

Niejednokrotnie zachodzi potrzeba kontrolowania czasu pracy urządzenia zasilanego napięciem sieciowym. W handlu dostępne są różne wyłączniki czasowe, jednak większość z nich wymaga czasochłonnego konfigurowania. W szczególności, gdy kontrola ogranicza się do samoczynnego wyłączenia po zadanym czasie, takie rozwiązania stają się nieefektywne. W tym celu powstał opisywany projekt. Rekomendacje: głównym przeznaczeniem wyłącznika jest ograniczenie zużycia energii elektrycznej, ale przyda się on też "zapominalskim", którzy nie pamiętają o odłączeniu urządzeń od zasilania.

Pobierz PDFMateriały dodatkowe

Obsługa urządzenia jest bardzo prosta. Jeśli chcemy włączyć zasilanie odbiornika energii, przyciskamy na krótki czas przycisk znajdujący się na krawędzi. W wyniku tego czas, przez który będzie podawane napięcie 230 V AC na wyjście zostanie wydłużony o 10 minut. Przy czym czas maksymalny, przez który będzie zasilany odbiornik został określony na 90 minut.

Rysunek 1. Schemat ideowy wyłącznika zasilania

Aktualny czas pozostający do wyłączenia zasilania jest wyświetlany na dwóch wyświetlaczach 7-segmentowych. Jeśli zajdzie potrzeba natychmiastowego wyłączenia zasilania odbiornika, można to wykonać poprzez dłuższe przytrzymanie przycisku, do momentu wyświetlenie dwóch poziomych linii na wyświetlaczu. Funkcja ta działa również podczas włączania zasilania - dłuższe przytrzymanie przycisku spowoduje natychmiastowe wyłączenie zasilania.

Głównym zadaniem urządzenia jest ograniczenie zużycia energii. W związku z tym dążono do tego, aby samo urządzenie sterujące pobierało jak najmniejszy prąd. Zadanie to zostało zrealizowane poprzez wprowadzenie dwóch źródeł zasilania, pierwszym z nich jest transformator sieciowy. Zasilanie za pomocą tego źródła jest realizowane, gdy urządzenia jest dołączone do sieci oraz jest włączone zasilanie do odbiornika energii. Wraz z wyłączeniem urządzenia automatycznie jest odłączane zasilanie transformatora.

Drugim źródłem zasilania jest bateria CR2032. Źródło to jest używane do przełączenia urządzenia ze stanu wyłączenia do stanu włączenia odbiornika energii. W celu wydłużenia czasu działania z zasilaniem bateryjnym wprowadzono szereg funkcji ograniczających całkowity pobór energii. Najważniejsze z nich to automatyczne przejście mikrokontrolera do trybu Power-Down w trybie zasilania z baterii CR2032 oraz ograniczenie czasu ustawienia poziomu wysokiego na linii sterującej triakiem. Dodatkowo, w celu zapewnienia niskiego poboru energii, gdy zasilanie urządzenia nie jest pobierane z transformatora sieciowego, urządzenie ma wyłączone wyświetlacze 7-segmentowe.

Budowa

Rysunek 2. Schemat montażowy wyłącznika zasilania

Schemat ideowy wyłącznika pokazano na rysunku 1. Sercem urządzenia jest mikrokontroler ATtiny2313. Jak zostało wspomniane, urządzenie jest zasilane z dwóch źródeł - pierwszym z nich jest transformator sieciowy oraz stabilizator zbudowany z mostka Graetza i układu scalonego LM1117-5.0 z dołączonymi równolegle kondensatorami (C3...C6). Drugim źródłem zasilania jest bateria CR2032. Przełączanie źródeł jest realizowane za pomocą podwójnej diody BAV70.

Działanie programu mikrokontrolera jest zależne od tego, z którego źródła jest zasilany. W związku z powyższym należy zapewnić mikrokontrolerowi odpowiedni sygnał informujący o tym fakcie. Odpowiada za to blok składający się z rezystorów R14, R15 i R16 oraz tranzystora T4. Działanie bloku funkcyjnego polega na podawaniu napięcia zasilania VCC, jeśli urządzenie jest zasilane z baterii. W przypadku zasilania z transformatora sieciowego, w wyniku przełączenia tranzystora, na linii występuje potencjał masy.

Kolejnym blokiem, na który należy zwrócić uwagę jest blok włączania i wyłączania zasilania. W przedstawionym projekcie do sterowania zasilaniem zastosowano triak BTA16600B. Jak można zauważyć na schemacie ideowym triak kontroluje zasilanie nie tylko na złączach do odbiornika energii, ale także na wyprowadzeniach transformatora sieciowego. Triak jest sterowany przy użyciu optotriaka MOC3062. Zastosowano układ z detekcją zera, dzięki czemu zminimalizowano zakłócenia wprowadzane do sieci energetycznej. Zasilanie mikrokontrolera z dwóch różnych źródeł wymusiło, aby włączenie optotriaka realizowane było poprzez poziom wysoki.

W skład, ostatniego bloku wchodzą złącza JP1 i JP2, do których jest przyłączany podwójny wyświetlacz 7-segmentowy, tranzystory T1, T2 i rezystory R12 i R13 oraz rezystory R1...R7 ograniczające prąd poszczególnych segmentów wyświetlacza. Tranzystory są używane do wyboru aktualnie kontrolowanego znaku wyświetlacza.

Wykaz elementów

Rezystory: (SMD 0805):
R1...R7: 240 Ω
R8, R9: 330 Ω
R10: 300 Ω
R11: 43 kΩ
R12...R15: 1,5 kΩ
R16: 4,7 kΩ

Kondensatory:
C1...C4: 100 nF (SMD 0805)

Półprzewodniki:
IC1: ATtiny2313 (SMD)
D1: BAV70
T1, T2, T4: BC817
T3: BTA16/600B
OK1: MOC3062
B1: DB107S

Inne:
Transformator TSZZ 2/003MP (6 V/0,33 A)
Wyświetlacz 7-segmentowy Kingbright DA04-11EWA (2×7 seg.)
Podwójna listwa zaciskowa (5,08 mm) - 2 szt.
Podstawka pod baterię CR2032
Bateria CR2032
Gniazdo bezpiecznikowe + bezpiecznik 5×20 mm/5 A

Montaż i uruchomienie

Rysunek 3. Konfiguracja fusebitów

Mikrokontroler oraz większa część elementów biernych oraz półprzewodnikowych jest elementami SMD, mimo tego montaż nie powinien sprawić problemu nawet osobom z niewielkim doświadczeniem w lutowaniu elementów SMD. Na rysunku 2 pokazano schemat montażowy wyłącznika.

Montaż najlepiej rozpocząć od przylutowania elementów biernych SMD oraz tranzystorów i podwójnej diody od spodu płytki, w szczególności tych znajdujących się w niewielkiej odległości od mikrokontrolera. W następnej kolejności montujemy mikrokontroler ATtiny2313, mostek Graetza oraz stabilizator LM1117-5.0. Kolejność montażu pozostałych elementów (gniazda, złącza, triak, optotriak i transformator) nie wpływa, w dużym stopniu, na wygodę pracy.

Ze względu na występujące duże prądy jest wskazane, aby pocynować ścieżki obwodu wykonawczego grubszą warstwą cyny, co zapobiegnie ich uszkodzeniu.

Ze względu na wyżej wspomniane duży prąd oraz wysokie napięcie należy zachować szczególną uwagę podczas pierwszego uruchamiania oraz użytkowania przedstawionego projektu. Wskazane jest, aby ze względów bezpieczeństwa urządzenie umieścić w odpowiedniej obudowie z tworzywa sztucznego, np. ZL-27 lub podobnej.

Programowanie mikrokontrolera odbywa się przez złącze JP4. Wyprowadzenie linii sygnałowych na złączu zostało opisane poniżej tego złącza. Przy programowaniu należy pamiętać o odpowiedniej konfiguracji bitów opcji. Należy je ustawić w taki sposób, aby źródłem sygnału zegarowego mikrokontrolera był sygnał z wewnętrznego oscylatora 8 MHz podzielony przez 8 (rysunek 3).

Mariusz Dziębowski
m.dziebowski@gmail.com

Pozostałe artykuły

Moduły komunikacyjne IoT

Numer: Kwiecień/2016

W artykule przedstawiono projekt dwóch modułów do komunikacji radiowej umożliwiających transmisję danych w aplikacjach IoT i nie tylko. Pierwszy to popularny moduł ESP8266 umożliwiający łączność przez sieć Wi-Fi. Drugim jest Bluetooth BLE4 z komunikacją radiową w standardzie "niskomocowego" interfejsu Bluetooth, oparty o moduł RN4020. Rekomendacje: moduły są zgodne mechanicznie ze standardem XBee, co ułatwia ich zastosowanie ...

Termometr 2-kanałowy z interfejsem Bluetooth

Numer: Kwiecień/2016

Opisywany projekt jest dwukanałowym, precyzyjnym termometrem przesyłającym wynik pomiaru za pomocą Bluetooth. Dzięki temu może być umieszczony w dowolnym urządzeniu lub w pomieszczeniu, a temperatura może być odczytywana za pomocą komputera, smartfonu lub tabletu. Rekomendacje: termometr przyda się w systemie automatyki domowej.

Sterownik taśmy LED ze zdalnym sterowaniem

Numer: Kwiecień/2016

Oświetlenie diodowe zdobywa coraz większą popularność. Długi czas eksploatacji, niski pobór energii oraz malejące ceny to czynniki, które skłaniają coraz większą liczbę osób do jego stosowania. W artykule zostanie zaprezentowany regulator jasności dedykowany do taśmy LED, z pilotem bezprzewodowym i nietypowym sterowaniem. Rekomendacje: sterownik przyda się do oświetlenia obiektów i wnętrz.

MegaDSP+. Zestaw do nauki DSP

Numer: Kwiecień/2016

Opisany w Elektronice Praktycznej nr 12/2014 projekt SigmaDSP+ pozwalał na zapoznanie się z obsługą i podstawowymi funkcjami procesorów sygnałowych z rodziny Sigma DSP firmy Analog Devices. Nic nie stało też na przeszkodzie, aby zastosować tamten moduł we własnej aplikacji. Celem, który przyświecał opracowaniu MegaDSP+ było zachowanie cech poprzednika, ale przy znacząco zwiększonych możliwościach. Rekomendacje: zestaw przyda ...

DSPfactory. Profesjonalny efekt dźwiękowy dla muzyków. cz. 2

Numer: Kwiecień/2016

Odtworzenie brzmienia efektów opartych na celowym opóźnieniu sygnału (zwłaszcza typu: chorus, reverb i echo) jest dość łatwe w realizacji. A skoro tak, to zrodził się pomysł zbudowania profesjonalnego efektu muzycznego pozwalającego na symulowanie analogowych kamer pogłosowych oraz realizację innego rodzaju efektów muzycznych. W ten sposób powstał DSPfactory - cyfrowy procesor muzycznych efektów przestrzennych, który postawiony ...

Mobilna
Elektronika
Praktyczna

Elektronika Praktyczna

Kwiecień 2017

PrenumerataePrenumerataKup w kiosku wysyłkowym

Elektronika Praktyczna Plus

lipiec - grudzień 2012

Kup w kiosku wysyłkowym