Programowany wyłącznik czasowy zasilania

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.

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