03.04.21

[Домашняя]

Для радиолюбителей, знакомых с началами программирования и схемотехники. На примере простейшего микроконтроллерного устройства показаны все стадии разработки: схема, конструктивное исполнение, программное обеспечение, прошивка, отладка. Описан принцип регулировки тока с помощью широтно-импульсной модуляции. Устройство может быть установлено в любой автомобиль или использоваться в быту. При замыкании контактов датчика лампы освещения плавно гаснут. При размыкании также медленно загораются. Вероятно, многие автолюбители знают о том, что даже в относительно недорогих автомобилях освещение салона при закрывании дверей гаснет плавно, чтобы подготовить глаза водителя к темноте. Эта небольшая, но довольно приятная опция может быть реализована в любом автомобиле без вмешательства в штатную проводку. Для этого служит описываемое здесь несложное устройство с микроконтроллером. На первый взгляд может оказаться, что использование микроконтроллера взамен обычного концевою выключателя является стрельбой из пушки по воробьям. Однако знакомство с некоторыми проектами аналогичных по назначению устройств, реализованных на дискретных элементах, рассеивает псе сомнения. Блочные схемы всех устройств одинаковы. Все они содержат силовой элемент, с помощью которого регулируется ток через нагрузку, устройство формирования временных интервалов и линейно изменяющегося напряжения, а также схему сопряжения контактов и логики работы. Пожалуй, самое простое из подобных устройств может быть реализовано па одном мощном транзисторе с изолированным затвором (рис. 1).

Если концевой выключатель на двери нормально замкнут, подойдет схема рис. 1. а. При замыкании контактов S1 происходит разряд конденсатора С1, и напряжение на затворе постепенно снижается. Ток через транзистор прекращается, и лампа гаснет. Передаточная характеристика транзистора Ic(U3) близка к линейной в интервале 1...5 В. Резисторами R1 и R2 напряжение питания приводится к этому участку. Однако чаще всего выключатель нормально разомкнут, и для реализации схемы нужен Р-канальный транзистор (рис. 1.б).

Обе схемы вполне работоспособны, но добиться равномерною снижения яркости довольно трудно (к тому же зимой и летом схема все равно будет работать по-разному). Для этого нужно добиться того, чтобы напряжение на конденсаторе изменялось линейно. А это можно сделать только путем заряда его от источника напряжения, значительно большего, чем требуемый интервал линейности. Возможны и другие схемотехнические ухищрения, продемонстрированные авторами схем, в достатке представленных в Интернете. Чем более высокие требования предъявляются к точности и стабильности параметров устройства, тем сложнее становится реализация, порой заходя за границы разумного. В качестве разумного компромисса можно предложить решение, основанное па применении широтно-импульсной модуляции (ШИМ) (рис. 2).

Ток через лампу коммутируется транзистором VT2 с высокой частотой. Среднее значение тока пропорционально скважности импульсов, т. е. отношению времени, в течение которою ток протекает через нагрузку к периоду импульса. Иногда скважностью называют обратную величину, большую единицы. Инерционность нити накаливания позволяет обойтись без дополнительного интегратора. Если частота коммутации превышает 50...60 Гц, мерцание незаметно. На практике частота ШИМ составляет десятки килогерц. В качестве модулятора с успехом может быть использована замечательная микросхема таймера NE555 (1006ВИ1), палочка-выручалочка целого поколения конструкторов. Таймер включен по схеме мультивибратора. Для модуляции использован вход опорного напряжения компараторов. В таком включении скважность выходных импульсов пропорциональна напряжению на выводе 5. Нужно только обеспечить диапазон изменения напряжения на этом выводе в нужных пределах. Когда к нему не подключены внешние элементы, опорное напряжение составляет 2/3 Uпит, так как оно образовано делителем из трех резисторов по 5 кОм. Этому напряжению соответствует скважность, чуть меньшая 0,5. Ток через нагрузку при этом равен половине максимально возможного. Заряд конденсатора С2 происходит через два резистора R4 и R5 и разряд через один — R5. Поэтому фаза разряда чуть короче фазы заряда. Когда опорное напряжение повышается, фаза заряда удлиняется, так как напряжение срабатывания верхнего компаратора равно опор­ному и нужно больше времени, чтобы напряжение на конденсаторе достигло этой величины. Время нахождения транзистора во включенном состоянии увеличивается, поэтому средний ток нагрузки также увеличивается. Когда входное напряжение приближается к Uпит, верхний компаратор перестает срабатывать и напряжение на выходе также становится равным Uпит. Выходной транзистор полностью включен, и ток через нагрузку максимален. Когда опорное напряжение ниже нормы, фаза разряда дольше фазы заряда. Выходное напряжение таймера почти всегда равно нулю, и средний ток нагрузки уменьшается. При напряжении на выводе 5, близком к нулю (точнее, напряжению насыщения выходного ключа таймера), нижний компаратор перестает срабатывать, и мультивибратор останавливается в фазе разряда. Напряжение на выводе 3 при этом равно нулю, и ток через транзистор не течет. Входное сопротивление таймера со стороны вывода 5 составляет 3...4 кОм, поэтому для согласования с времязадающей цепью R3C1 нужен транзистор VT1. Он же делает возможным использование нормально разомкнутого датчика открывания двери и в некоторой степени линеаризует изменение напряжения, прикладываемого к выводу 5.