Текст книги "Занимательная электроника. Нешаблонная энциклопедия полезных схем"

Автор книги: Андрей Кашкаров

сообщить о нарушении

Текущая страница: 9 (всего у книги 12 страниц) [доступный отрывок для чтения: 5 страниц]

2.5. Бесконтактный сигнализатор для двери типа «купе»

Для контроля открывания двери шкафа-купе, установленного в квартире, я использовал несложную электрическую схему устройства, позволяющего контролировать состояние охраняемого объекта на расстоянии до 1 м посредством отраженного инфракрасного (далее – ИК) луча (схема представлена на рисунке 2.22).

2.5.1. Принцип действия устройства

Принцип действия устройства прост. Когда световой поток, излучаемый светодиодом HL1, отражается от объекта и попадает на фотоприемник, электронный узел, реализованный на 2 микросхемах – компараторе КР1401СА1 и таймере КР1006ВИ1, вырабатывает управляющий сигнал. Он открывает транзистор VT1, включенный в режиме усилителя тока; параллельно шунтирующему резистору R9 подключается устройство сигнализации (на схеме не показано, поскольку им может быть почти любое устройство сигнализации).

Рис. 2.22. Электрическая схема устройства

Мощность зависит от электрических характеристик транзистора VT1; к примеру, слаботочное электромагнитное реле, звуковой капсюль с встроенным генератором НЧ.

Источник ИК-излучения – диоды HL1, HL2, соединены параллельно для усиления светового потока, и ИК-приемник – 2 параллельно соединенных фотодиода ФД263-01 (последние смонтированы в одной плоскости, рядом друг с другом на расстоянии 4–5 см).

Фоточувствительные (рабочие) поверхности расположены в одном направлении и на одной линии. Напротив них на подвижной двери (дверь открывается горизонтально, как купе) на расстоянии до 1 м от стены с ИК-датчиками надежно закрепляется плоский участок зеркальной поверхности (обрезанное бытовое зеркало размерами 10x10 см).

ИК-диоды HL1, HL2 подключены к источнику питания и включены постоянно. Совмещение зеркала и плоскости приемника-передатчика происходит не всегда, а только в момент перемещения двери в горизонтальной плоскости, когда ее смещают при открывании-закрывании; таким образом, зеркальная поверхность в определенный момент отражает (возвращает) посланный ИК-пере-датчиком луч.

Важно понимать, что только в момент перемещения (открывания-закрывания) двери охраняемого объекта зеркало отражает луч излучателя и возвращает его.

Два фотоприемника (фотодиода) подключены параллельно также для обеспечения высокой чувствительности узла к световому потоку.

Рабочие поверхности диодов ФД263 прикрыты изолированными от света трубками, чтобы защитить чувствительные поверхности от воздействия естественного света и электрического освещения (в зоне действия устройства). Чувствительность узла в широких пределах регулируется переменным резистором R4.

При отсутствии отраженного светового потока (обычное состояние – дверь купе или открыта, или закрыта) сопротивление фотодиодов VD1 и VD2 велико, и напряжение на неинвертирующем входе (вывод 6 компаратора D1) имеет низкий потенциал.

Одновременно с этим на выходе компаратора (вывод 1 D1) будет присутствовать высокий уровень напряжения.

Таймер D2 находится в состоянии ожидания: на выходе (вывод 3 D2) напряжение близко к нулю. Транзистор VT1 закрыт; его переход эмиттер – коллектор имеет большое сопротивление, и напряжение питания не поступает на (предполагаемое на схеме рис. 2.22) устройство сигнализации.

Когда дверь-купе в движении, фотодиоды в определенный момент времени принимают отраженный световой сигнал. Длительность этого момента не принципиальна, так как для запуска таймера, реализованного на микросхеме КР1006ВИ1, достаточно импульса длительностью даже в 1 мс.

На входе 6 компаратора D1 разность потенциалов увеличивается (сопротивление фотодиодов резко уменьшается), а на выходе компаратора (вывод 1) на время действия момента прохождения отраженного ИК-излу-чения устанавливается напряжение низкого уровня. Этот отрицательный фронт импульса через конденсатор С1 (отсекающий постоянную составляющую напряжения) попадает на вход запуска таймера (вывод 2). Таймер D2 запускается и вырабатывает выходной импульс положительной полярности и определенной длительности на выводе 3 D2. Этот импульс, в свою очередь, транзистор VT1, включенный как усилитель тока – токовый ключ, и в электрической цепи, подключенной параллельно резистору R9 электронной сигнализации, течет ток. Звучит сирена или включается реле.

Длительность выходного импульса зависит от сопротивления переменного резистора R5 и может варьироваться от нуля до нескольких минут при постоянной емкости конденсатора С2 (его емкость – 1 мкФ).

Время задержки выключения можно продлить, увеличив емкость конденсатора С2 до 100 мкФ. Более этого значения увеличивать емкость не следует, так как на практике узел теряет стабильность во временных интервалах.

По окончании времени действия таймера микросхема D2 переходит в исходный режим ожидания и снова запустит таймер при поступлении отрицательного фронта импульса на вход запуска – вывод 2 D2.

2.5.2. О налаживании

При правильном монтаже и исправных элементах устройство начинает работать сразу после сборки. Перед первым включением узла установите движки переменных резисторов в среднее положение. Незначительная настройка заключается в установке чувствительности (изменение порога срабатывания) компаратора D1. Это достигается изменением сопротивления переменного резистора R4. Данный процесс регулировки выполняется при закрепленных в корпусе устройства ИК-датчиках, установке устройства на стену помещения и отражательного зеркала – в месте соответственно его установки – на подвижной двери купе.

Чувствительность устройства необходимо увеличить перемещением движка переменного резистора R4.

Определенные трудности на практике могут возникнуть, только если при появлении отраженного сигнала (при перемещении двери-купе) сигнализация не включается или включается нестабильно. Это говорит об удаленности двери с участком зеркала от фотодатчиков (распылении ИК-излучения в пространстве).

При ложных срабатываниях, вызванных включением электрического освещения в месте установки датчиков или при воздействии прямых солнечных лучей, чувствительность прибора придется уменьшить.

Ложные срабатывания могут иметь место, если в помещениях не предусмотрены шторы на окнах. Однако данные предупреждения актуальны только при очень ярком постороннем свете. В интерьерах обычной городской квартиры с окнами, зашторенными на 1/4, в которых устройство испытано в марте 2013 года, устройство показало хорошую работоспособность.

Переменным резистором R5 регулируется длительность звучания сигнализации (установка времени действия таймера). При необходимости установки максимальной длительности в несколько минут этот резистор заменяется постоянным – сопротивлением 91-150 кОм.

2.5.3. О деталях

Электролитические (оксидные) конденсаторы типа К50-29, К50-35 или аналогичные, рассчитанные на рабочее напряжение не менее 16 В. Конденсатор С1 любой неполярный; с его емкостью можно экспериментировать в пределах 0,1–1 мкФ.

Переменные резисторы типа СП5-1ВБ – с линейной характеристикой.

Все постоянные резисторы, кроме R1, типа МЛТ-0,125.

R1 мощностью выше 0,5 Вт. Вместо транзистора VT1 применяются приборы КТ815, КТ817, КТ819 с любым буквенным индексом.

Если в качестве устройства сигнализации предполагается относительно мощная нагрузка, то между эмиттером VT1 и общим проводом включают электромагнитное реле, рассчитанное на напряжение питания устройства. Контакты реле в этом случае будут коммутировать более мощную нагрузку.

Напряжение питания схемы стабилизированное в диапазоне 10–13 В (в более широких диапазонах не испытано).

В качестве сигнализации резонно применять любые подходящие электронные устройства – с током потребления до 0,5 А. Это ограничение обусловлено электрическими параметрами транзистора VT1. В авторском варианте данный транзистор применяется без теплоотвода.

Все неиспользуемые выводы компаратора D1 в целях стабильной и помехоустойчивой работы соединяются с общим проводом.

Вместо микросхемы КР1401СА1 можно применить приборы К1401СА1, КР1101СА2, КБ1401СА1-4 без изменений в монтаже.

Зеркала для отражения сигнала взяты от детского набора.

Устройство нашло применение для сигнализации открывания двери шкафа-купе и имеет теперь большой смысл. Раньше в шкаф «беспардонно» заходило стадо хозяйских котов (состоящее из двух хитрых представителей свого рода), научившись «откормленными» мордами и лапами отодвигать двери шкафа, насыщенного одеждой. Делая так, коты преследовали определенный умысел: обильно покушав, они достигали затемненного и «теплого» места на полке шкафа, выбрасывая с нее белье и устраиваясь своими кошачьими телами с некоторым участием совести. Теперь звуковая сигнализация отпугивает их или хотя бы обозначает «тревогу», чтобы я или кто-нибудь из домашних вовремя выгнал котов, и обезопасил одежду в шкафу.

2.6. Устройство для фильтрации питьевой или аквариумной воды

В аквариумы необходимо периодически подавать воздух и осуществлять фильтрацию воды. На моей практике только самые живучие из семейства карповых – караси смогли жить три года в аквариуме, установленном в деревенском доме без фильтрации воды и принудительной подачи воздуха; они только «похудели». Все остальные, особенно декоративные теплолюбивые рыбы, привыкли жить в комфортных условиях, организованных пусть даже и в неволе. Однако нет необходимости в постоянной работе фильтров. Это устройство предназначено для автоматического управления фильтром-компрессором в аквариумах.

Полный цикл работы устройства составляет 3 световых дня.

Рассмотрим работу электрической схемы (рис. 2.23).

Рис. 2.23. Электрическая схема устройства

Солнечный свет попадает на фотодиоды VD1-VD3, обращенные к окну и защищенные от воздействия электрического света, исходящего из помещения. Формирователь импульсов на микросхеме D3 выдает на выходе (вывод 3) напряжение высокого логического уровня.

Этот положительный импульс длительностью один световой день поступает на вход схемы делителя на 3, реализованной на микросхеме D2. Таким образом, компрессор-фильтр (нагрузка) находится в активном (включенном) состоянии один световой день из трех. Это позволяет полностью автоматизировать функцию фильтрации и подачи воздуха в аквариум и экономить ресурс фильтра-компрессора.

На миросхеме D1 собран электронный узел автоматического обнуления делителя импульсов. При подаче питания на схему на выходе D1 формируется импульс сброса с большой длительностью и крутым фронтом (сигнал логической «1»), который после заряда оксидного конденсатора С1 перейдет в состояние «0».

На логической микросхеме D1 К176ЛП1 реализован триггер Шмитта. Пороги включения и отключения триггера соответственно +6 и +3 В.

Как только произойдет обнуление, счетчик на микросхеме D2 начнет считать импульсы, поступающие на входы С. Триггеры микросхемы К561ТМ2 переключаются по положительному перепаду на тактовом входе С.

В первый момент времени на выходе элемента D2.2 низкий логический уровень. Второй пришедший импульс перебрасывает выход триггера (вывод 12 D2) с «нулевого» логического состояния в «единицу».

После того как счетчик внутри микросхемы D2 досчитает до 3, на ее выходе (микросхемы D2) снова установится низкий логический уровень, и все повторяется снова циклически (см. диаграмму внизу рис. 2.23).

Выход делителя подключен к усилителю тока, реализованному на транзисторном ключе VT1. Этот ключ – усилитель тока управляет реле К1, которое срабатывает от приложенного напряжения 10–12 В. Реле коммутирует нагрузку – компрессор-фильтр в цепи осветительной сети 220 В.

О настройке, деталях и особенностях устройства.

Устройство, реализованное на цифровых микросхемах и популярном таймере, не требует настройки.

Переменный резистор R2 регулирует оптическую чувствительность.

Применение 3 фотодиодов, подключенных параллельно, обеспечивает стабильную работу устройства в любых (городских или сельских) условиях.

Вместо фотодиодов типа ФД8К можно применить один фоторезистор ФСК-1 или СФЗ-3. Со стороны жилого помещения необходимо оптически изолировать фотодатчики от искусственного освещения.

Глава 3
Электронные устройства-помощники из готовых конструкций

В главе приведены практические рекомендации простого ремонта и усовершенствования, некоторые готовых конструкций.

3.1. Как быстро восстановить аналоговые мультиметры 7001, 7002 и YX-360TRD после их типичной неисправности

Небольшие по размеру, компактные стрелочные (аналоговые) мультиметры, несмотря на распространенность цифровых мультиметров с 7-сегментным жидкокристаллическим индикатором (ЖКИ), до сих пор пользуются популярностью у радиолюбителей. Причем, набравшись смелости, можно сказать, что приверженцев радиотехнических измерений с помощью стрелочных тестеров становится все больше. Причины ясны и лежат, что называется, на поверхности явления: стрелочный прибор лучше подходит для визуального наблюдения изменения параметров, к примеру, меняющегося уровня напряжения, в то время как цифровой (в зависимости от модели и производителя) не может оперативно представлять относительно точно динамику изменения напряжения в цифрах на дисплее. Разумеется, есть очень качественные и профессиональные цифровые мультиметры или даже осциллографы в компактном исполнении, с помощью которых эта задача динамического контроля параметров вполне решаема. Но в книге речь пойдет не о них, а о доступных обычных радиолюбителю (по цене) мультиметров «бюджетного» диапазоне – до 1000 рублей.

Среди таких приборов сегодня, на мой взгляд, особой популярностью пользуются несколько: это стрелочные тестеры 7001 и 7002 и прибор YX-360TRD (все эти модели показаны на рисунках 3.1 и 3.2).

Рис. 3.1. Внешний вид мультиметра YX-360TRD

Рис. 3.2. Внешний вид аналоговых мультиметров 7001 и 7002

Все они обеспечивают сопоставимо один и тот же набор функций измерения параметров – постоянного и переменного тока, постоянного и переменного напряжения, сопротивлений электрическому току, имеют нейтральное положение переключателя «off», препятствующее самопроизвольному разряду элементов питания. Причем устройства YX-360TRD и 7001 имеют такую особенность: у щупов нет разъемов, то есть они постоянно подключены в корпусе прибора к измерительной схеме. 7001 и 7002 имеют один элемент питания типа АА, а YX-360TRD – два элемента, включенные последовательно; эквивалентное напряжение – 3 В.

Такая конструкция имеет как положительные, так и отрицательные качества (особенности). Также из различий можно отметить то, что тестер YX-360TRD рассчитан также и на измерение емкости в диапазоне 0– 10 мкФ (проверку конденсаторов), а аналоговые тестеры 7001 и 7002 имеют свою особенность в сравнении с YX-360TRD – они могут быстро индицировать по специальной шкале уровень заряда аккумулятора (1,2 В и 9 В) или «годность» элемента (батареи напряжением 1,5 В и 9 В – нижняя шкала на рисунке 3.2), что также является удобной функцией, когда надо быстро отбраковать вышедшие из строя элементы или установить на новый зарядной цикл аккумуляторы, нуждающиеся в оном. На рисунке 3.3 представлен вид с открытым корпусом тестера YX-360TRD. На рисунке 3.4 тот же вид для устройства 7001.

Рис. 3.3. Вид с открытым корпусом тестера YX-360TRD

Рис. 3.4. Вид с открытым корпусом тестера 7001

По целому ряду характеристик это непритязательные, портативные инструменты для использования дома, на производстве, в автомобиле и везде, где есть электричество (есть что измерить).

Отличительная особенность этих приборов – малый вес, безопасность от сотрясения (модели 7001 и YX-360TRD «спрятаны» в особый, дополнительный корпус, предохраняющий от возможных ударов, падений) и компактные размеры, благодаря которым их и окрестили карманными.

Вышеперечисленные приборы-помощники радиолюбителя разработаны однотипно; отличия между ними незначительные, поэтому, возможно, и причина выхода из строя одна и та же. Об этом – главном – направлении моей статьи и пойдет речь далее.

Такие простые устройства не содержат схемы защиты от перегрузок, и если пользователь по неосторожности замерит напряжение осветительной сети 220 В 50 Гц в режиме измерения постоянного напряжения с пределом 50 В, то тестер выходит из строя. То же касается и спровоцированной невнимательностью неисправности, когда большой уровень переменного напряжения замеряют в режиме контроля сопротивления постоянному току.

Рассмотрим предлагаемый мною вариант устранения неисправности мультиметров 7001 и 7002, которые (после простого ремонта) до сих пор работают надежно и без сбоев.

Итак, на «незатейливых» печатных платах имеется «набор» дискретных элементов и переключатель режимов работы. Но главное – все рассматриваемые аналоговые тестеры снабжены абсолютно бесполезным предохранителем, рассчитанным на ток 0,15 А. Бесполезным потому, что при перегрузках (о них речь шла выше) предохранитель сгорает позднее, чем один из дискретных элементов или вообще сам стрелочный прибор (проверено на практике).

Но поскольку самая распространенная в моей практике (и по отзывам специалистов – вообще) неисправность – выход тестера из строя при измерении переменных напряжений в режимах измерения постоянных напряжений, тока или сопротивления электрическому току, то практикой установлена и главная деталь, подверженная ^восстанавливающейся неисправности – полупроводниковый диод с обозначением на плате 7001 «2АР10» или совсем без обозначения, если речь идет о плате тестера YX-360TRD и его разновидностей (которых тоже хватает).

На рисунке 3.5 представлен вид на диод в аналоговых тестерах 7001 и 7002, подлежащий замене.

Рис. 3.5. Вид на диод в аналоговых тестерах, подлежащий замене

И в том, и в другом случае полупроводниковый диод на плате тестеров можно заменить на КД521-КД522 с любым буквенным индексом. После такой замены некорректности показаний тестера я не заметил, с учетом того, что со «штатным» диодом класс допуска отклонений показаний таких моделей невелик, поскольку предназначены они в первую очередь для удовлетворения простых надобностей в измерениях (не сравнишь даже с Ц4317, некогда популярным среди моих коллег). С учетом рекомендаций данной статьи практикующему радиолюбителю больше нет необходимости тратить время (которое сегодня ценнее всего) на анализ ситуации и поиск неисправностей, поскольку системная неисправность описанного модельного ряда тестеров (и метод ее устранения) выявлена практикой.

Из-за невысокой стоимости я приобрел (в разное время) все описываемые аналоговые тестеры и сегодня могу не только сравнивать их параметры и практическую эффективность, в том числе точность, на примере одних и тех же измерений, но и рекомендовать способ локализации простой неисправности тестера, без устранения которой прибор становится попросту бесполезен. И даже при стоимости 400–700 рублей жалко было хранить его без пользы.

Фантазия активно практикующего радиолюбителя может подсказать и другие варианты усовершенствований популярных стрелочных тестеров. В отличие от столь же дешевых, но цифровых «собратьев» модельного ряда М830 или 838, питающихся от батареи 6F22 типа «Крона», рассмотренные стрелочные служат намного дольше по времени (не прекращают работу от одного источника питания до его замены).

В схемах, где питание мультиметров организовано от батареи типа «Крона» (ее хватает ненадолго: 72–80 часов в непрерывном режиме индикации), при снижении энергоемкости элемента питания 6F22 показания заметно искажаются. В то время как рассмотренные 7001, 7002 и аналогичные работают по году и более даже в режиме активных (частых) измерений.

3.2. Источники питания и разъемы для рабочего уголка универсального назначения

Многие автолюбители рано или поздно сталкиваются с тем, что количество девайсов, подключаемых в машине, растет как снежный ком и приводит к громоздкой конструкции из разных переходников и разветвителей. Неудобно, некрасиво, пожароопасно.

Со временем многие приходят к выводу, что идеальный вариант – это готовый преобразователь 12→5 В с несколькими клеммами, чтобы его можно было спрятать под торпедой, а провода развести куда нужно. И начинают искать варианты, как это сделать, разной степени трудоемкости, стоимости и мощности.

Действительно, кому же нужна «штука», которая втыкается в прикуриватель? И не нужна «штука» с несколькими USB портами; в большинстве случаев – для рабочей лаборатории, рабочего стола как места для экспериментов, ремонта электронной техники – наиболее удобны клеммы, чтобы можно было провода подключить напрямую – без дополнительных разъемов.

Самым оптимальным для меня оказался DC/DC преобразователь PW0530K с клеммой (рис. 3.6.).

Рис. 3.6. Внешний вид моего «уголка», отведенного под источники питания различной мощности, напряжения и предназначения

Данный импульсный источник питания снабжен светодиодным индикатором работы и имеет защиту от перегрузок по току.

Причем можно выбрать преобразователь нужной мощности, так как в широком доступе продаются изделия мощностью от 15 до 350 Вт. С теми же преимуществами удобен и другой имеющийся у меня в наличии преобразователь – DC/DC Mean Well SD-50A-5 (серия SD) и многие другие аналогичные.

Плюсы такого решения очевидны: готовое заводское изделие проверенного бренда (а не самоделка, спаянная на коленке), цена, широкий выбор по мощности, комплекс встроенных защит (от короткого замыкания, перегрузки, перенапряжения, защита от перегрева у моделей SD-350), а также встроенный фильтр помех (что весьма актуально для устройств предназначенных к использованию в автомобильной сети) – все это делает работу радиомастера наиболее удобной и эффективной.

«Обставив» такими источниками питания рабочий стол, можно работать с устройствами универсального назначения, питающимися от широкого диапазона напряжений (постоянного тока). Причем это не только мнение автора по наболевшей проблеме, но и довольно массовая позиция радиолюбителей, высказанная на форумах.

Один из альтернативных вариантов – применение импульсного источника питания Mean Well SD-50A-5 – в радиолюбительских разработках также позволяет реализовать принцип «приобрел и подключил».

Устройство рассчитано на переменное входное напряжение в диапазоне 85-265 В. Выходное напряжение – 5 В с возможностью регулировки. Максимально возможный выходной ток (до срабатывания внутренней защиты) – 3,2 А. КПД источника питания – 74 %.

В моей мастерской этот источник питания работает второй год, что позволяет сказать о нем как о надежном устройстве, обладающем к тому же малыми (79x51x28 мм – длина, ширина высота) размерами корпуса, минимальным числом внешних пассивных элементов «обвязки» и, что немаловажно, возможностью регулировки напряжения в широком диапазоне значений.

Так, на передней панели имеется доступ к движку подстроечного резистора с обозначением на корпусе ADJ. Регулировка выходного напряжения осуществляется в диапазоне 2,0–6,5 В, что весьма удобно для домашней лаборатории, в которой проводятся испытания самодельных конструкций с питанием 3,3; 3,7; 5 и 6 В.

Для наглядности скажу, что именно с помощью такого источника очень удобно проверять, настраивать и ремонтировать сотовые телефоны (номинальное напряжение аккумулятора 3,7 В) и сигнализации на основе GSM-модулей, к примеру, превышение напряжения питания которой свыше 5 В может привести к невосстанавливаемой потере довольно дорогостоящего устройства.

Что касается разъемных соединений вообще, то это отдельная, но не менее важная тема в современных реалиях. Дело в том, что редкий промышленный разъем, который сегодня можно приобрести в готовом виде, безусловно, удовлетворит требованиям радиолюбителя и тем более – мастера.