30.03.21

[Домашняя]

Включать освещение во дворе или на улице нужно с наступлением темноты и выключать утром. Способа устройства автоматического управления может быть два, - по таймеру и по фотореле. Второй способ мне кажется более подходящим, так как время рассвета и время заката изменяются в течение времени года, и таймер пришлось бы периодически поправлять, либо освещение включалось бы не в соответствии с природными явлениями. В общем-то, и фотореле проще таймера. На страницах радиотехнических журналов за последние два десятка лет напечатано много различных таймеров, самых разных схемных решений и принципов работы, поэтому, на оригинальность идеи не претендую. Схема сделана «по мотивам» журнала «Радиоконструктор», и все же, у этого фотореле есть особенность. В качестве датчика используется сдвоенный фототранзистор от старой компьютерной мышки с шариком. Данный представитель периферии не отличался большой надежностью и выходил из строя почти как расходник. Сейчас мыши оптические и даже лазерные, и работают многократно надежнее. Но те старые ломались так часто, что даже у не очень активного пользователя ПК их могло накопиться с десяток. Так вот в «шариковой» мыши есть два фотодатчика, отслеживающие положение шарика. В каждом фотодатчике есть сдвоенный фототранзистор, коллекторы которого выведены на средний вывод, а эмиттеры - на крайние. Преимущество такого датчика в качестве фотореле в том, что есть два фототранзистора, и порог срабатывания можно устанавливать индивидуально для каждого из них. Например, один фототранзистор может следить за потемнением и управлять включением искусственного освещение, а второй - за посветлением, и управлять выключением искусственного освещения. Принципиальная схема дана на рисунке.

F1 - это датчик света, тот самый сдвоенный фототранзистор. При увеличении освещения сопротивления его фототранзисторов уменьшаются. Верхняя, по схеме, часть датчика управляет выключением света, а нижняя - включением. Чувствительность (световой порог срабатывания) устанавливается переменными резисторами, соответственно, R1 и R2 раздельно для каждого из фототранзисторов. Алгоритм работы задан логикой RS-триггера, выполненного на микросхеме D1, которая заключается в устойчивости состояний триггера. И так, датчик нижний, по схеме, фототранзистор F1 управляет включением света. Пока естественная освещенность достаточна, его сопротивление значительно выше сопротивления R2 и на входах D1.3 есть напряжение логической единицы, а на его выходе, - логический ноль. При снижении освещения фототранзистор закрывается, и сопротивле­ние датчика растет, а это приводит к уменьшению напряжения на входах D1.3. В определенный момент напряжение на входах D1.3 становится ниже порогового значения, и воспринимается элементом D1.3 как низкий логический уровень. На его выходе возникает единица, которая переключает триггер на элементах D1.1 и D1.2 в состояние с логической единицей на выходе элемента D1.1. Это напряжение через резистор R7 поступает на ключевой узел, сделанный на двух мощных высоковольтных полевых транзисторах VT1 и VT2.  По переменному току транзисторы включены последовательно. А имеющиеся в них обратно включенные диоды между стоком и истоком практически коммутируют эти транзисторы в зависимости от фазы сетевого напряжения. В результате, переменный ток, проходящий через открытые транзисторы, претерпевает минимальные искажения. Это позволяет использовать данную схему для питания не только ламп накаливания, но ток же и энергосберегающих люминесцентных ламп, и, возможно светодиодных ламп, питающихся от сети переменного тока 220V. Диоды VD2 и VD3 служат для разрядки емкостей затворных цепей транзисторов. А резистор R7 снижает степень влияния этих емкостей на работу выходного каскада микросхемы D1. В момент включения светильника уровень освещенности F1 может увеличиться (за счет попадания на него отраженного света от светильника) и на выходе D1.3 единица сменится на ноль. Но это не изменит состояния триггера. Однако не стоит пренебрегать защитой F1 от прямого света светильника, так как это может привести к невозможности настройки датчика на выключение. Выключением света управляет верхний, по схеме, фототранзистор датчика F1. Утром, на рассвете, солнечная освещенность увеличивается и уровень естественного освещения (или суммарного, в зависимости от того попадает свет от светильника на F1 или нет) датчика F1 возрастает. Его сопротивление уменьшается и напряжение на выводе 1 D1.1 начинает расти. Достигнув порога высокого логического уровня, это напряжение переключает триггер в противоположное состояние и ключевая схема на транзисторах VT1 и VT2 закрывается, выключая светильник, подключенный к разъему «нагрузка». Даже если после выключения светильника уровень освещения F1 снизится и напряжение на выводе 1 D1.1 упадет ниже порогового значения, это не приведет к включению света, поскольку триггер установился в устойчивое состояние. Ситуацию может изменить (включить свет) только уменьшение освещенности нижнего, по схеме, транзистора датчика F1, ниже его порогового значения.  Для ручного управления светом служат кнопки S1 и S2. С их помощью можно включить или выключить свет независимо от уровня освещенности. Цепи R3-C2 и R6-C3 служат для защиты фотореле от помех, вызванных резким изменением уровня освещенности или наводками фона сети переменного тока. Источник питания микросхемы бестранс­форматорный с непосредственной связью с электросетью. Практически состоит из выпрямителя на диоде VD4, а так же, на диодах, входящих в состав транзисторов VT1 и VT2 и параметрического стабилизатора на резисторе R8 и стабилитроне VD1. Конденсатор С1 сглаживает пульсации полученного напряжения питания. Всю схему, вместе с фотодатчиком, желательно собрать в одном блоке. Фотодатчик прикрыть блендой в виде непрозрачной трубки, и направить её в другую сторону от светильника, так что свет от светильника не попадал на датчик. Во всяком случае, чтобы прямой свет светильника не попадал на датчик, а солнечный попадал. Налаживание заключается в выборе места расположения блока.    И в установке порогов срабатывания фотореле настройкой их переменными резисторами R1 и R2. Желательно чтобы мощность светильника не превышала 200 W, в противном случае нужно будет транзисторы установить на радиаторы.

Радиоконструктор №5 2011г стр. 20