Πώς να φτιάξετε ένα ρελαί χρονοδιακόπτη

Τι είναι ένα χρονικό ρελέ; Αλγόριθμος δράσης ρελέ χρόνου αρκετά απλό, αλλά μερικές φορές μπορεί να προκαλέσει θαυμασμό. Αν θυμηθούμε τα παλιά πλυντήρια, τα οποία ονομάζονταν «κουβά με κινητήρα», τότε η δράση του ρελαί χρόνου ήταν πολύ ξεκάθαρη: γύρισαν το κουμπί με μερικά τσιμπούρια, κάτι άρχισε να τρεμοπαίζει και ο κινητήρας ξεκίνησε.

Μόλις ο δείκτης της λαβής φθάσει στο μηδέν, η πλύση τελείωσε. Αργότερα, εμφανίστηκαν αυτοκίνητα με δύο χρονόμετρα - πλύσιμο και περιστροφή. Σε τέτοιες μηχανές, τα ρελέ ώρας έγιναν με τη μορφή ενός μεταλλικού κυλίνδρου, στον οποίο ο μηχανισμός ρολογιού ήταν κρυμμένος και έξω εκεί υπήρχαν μόνο ηλεκτρικές επαφές και ένα κουμπί ελέγχου.

Τα σύγχρονα πλυντήρια ρούχων - αυτόματες μηχανές (με ηλεκτρονικό έλεγχο) έχουν επίσης ρελαί χρόνου και κατέστη αδύνατο να το καταστήσουν ξεχωριστό στοιχείο ή τμήμα του πίνακα ελέγχου. Όλες οι καθυστερήσεις χρόνου επιτυγχάνονται προγραμματιστικά χρησιμοποιώντας τον μικροελεγκτή ελέγχου. Εάν κοιτάξετε προσεκτικά τον κύκλο του αυτόματου πλυντηρίου, ο αριθμός των χρονικών καθυστερήσεων απλά δεν μπορεί να μετρηθεί. Εάν όλες αυτές οι χρονικές καθυστερήσεις πραγματοποιήθηκαν υπό τη μορφή μηχανισμού ρολογιού των προαναφερθέντων, τότε απλώς δεν θα υπήρχε αρκετός χώρος στο σώμα του πλυντηρίου.

Ρελέ χρόνου χρησιμοποιούνται όχι μόνο σε πλυντήρια ρούχων, για παράδειγμα, σε φούρνους μικροκυμάτων, με τη βοήθεια χρονικών καθυστερήσεων δεν ρυθμίζεται μόνο ο χρόνος λειτουργίας, αλλά και η ισχύς θέρμανσης. Αυτό γίνεται ως εξής: η τάση RF ανάβει για 5 δευτερόλεπτα και σβήνει για 5 δευτερόλεπτα. Η μέση θερμαντική ισχύς στην περίπτωση αυτή είναι 50%. Για να έχετε ισχύ 30%, η ενεργοποίηση του RF για 3 δευτερόλεπτα είναι αρκετή. Κατά συνέπεια, στην κατάσταση εκτός λειτουργίας, η λυχνία υψηλής συχνότητας βρίσκεται για 7 δευτερόλεπτα. Φυσικά, αυτοί οι αριθμοί μπορεί να είναι διαφορετικοί, για παράδειγμα 50 και 50 ή 30 και 70, εδώ εμφανίζεται ο λόγος του χρόνου απενεργοποίησης του HF.

Αναφέρονται τα παλιά πλυντήρια ρούχων για κάποιο λόγο. Είναι εδώ, σε αυτό το παράδειγμα, μπορείτε να δείτε, ακόμα και να αισθανθείτε με τα χέρια σας, πώς λειτουργεί ο ρελέ χρόνου.

Η περιστροφή του στροφάλου δεξιόστροφα δεν είναι τίποτα περισσότερο από μια ταχύτητα κλείστρου. Ο ενεργοποιητής (ηλεκτροκινητήρας) ενεργοποιείται αμέσως. Η ταχύτητα κλείστρου, σε αυτή την περίπτωση σε λεπτά, καθορίζει τη γωνία περιστροφής της λαβής. Επομένως, εκτελούνται ταυτόχρονα δύο πράξεις: φόρτωση του χρόνου έκθεσης και έναρξη της ίδιας της χρονικής καθυστέρησης. Αφού περάσει ο καθορισμένος χρόνος, ο ενεργοποιητής είναι απενεργοποιημένος. Όλα τα ρελέ ώρας ή τα χρονοδιακόπτες λειτουργούν ακόμη και περίπου, ακόμα και εκείνα που είναι κρυμμένα μέσα μικροελεγκτές (MK).

Από το ρολόι στο ηλεκτρονικό

Πώς να πάρετε μια καθυστέρηση χρόνου χρησιμοποιώντας το MK

Η ταχύτητα του σύγχρονου MK είναι πολύ υψηλή, μέχρι και αρκετές δεκάδες mips (εκατομμύρια πράξεις ανά δευτερόλεπτο). Φαίνεται ότι πριν από λίγο καιρό υπήρξε ένας αγώνας για 1 mips σε προσωπικούς υπολογιστές. Τώρα, ακόμη και τα ξεπερασμένα MK, για παράδειγμα, η οικογένεια 8051, εκπληρώνουν εύκολα αυτό το 1 mips. Έτσι, θα χρειαστεί ακριβώς ένα δευτερόλεπτο για να ολοκληρωθούν 1.000.000 λειτουργίες.

Εδώ, μια φαινομενικά έτοιμη λύση, πώς να πάρετε μια καθυστέρηση χρόνου. Ακριβώς εκτελέστε την ίδια λειτουργία εκατομμύρια φορές. Αυτό μπορεί να γίνει με απλά λόγια εάν αυτή η λειτουργία βυθίζεται στο πρόγραμμα. Αλλά το πρόβλημα είναι ότι εκτός από αυτή τη λειτουργία, η MK για ένα δευτερόλεπτο δεν μπορεί να κάνει τίποτα άλλο. Εδώ έχετε το επίτευγμα της μηχανικής, εδώ έχετε mips! Και αν χρειάζεστε ταχύτητα κλείστρου αρκετών δεκάδων δευτερολέπτων ή λεπτών;

Χρονοδιακόπτης - συσκευή για τον υπολογισμό του χρόνου

Για να αποφευχθεί μια τέτοια αμηχανία, ο επεξεργαστής δεν ζεστάθηκε μόνο, εκτελώντας μια άχρηστη εντολή που δεν θα έκανε τίποτα χρήσιμο, χρονομετρητές ενσωματώθηκαν στο MK, κατά κανόνα, αρκετές από αυτές.Εάν δεν βρεθείτε σε λεπτομέρειες, τότε ο χρονομετρητής είναι ένας δυαδικός μετρητής που μετρά τους παλμούς που παράγονται από ένα ειδικό κύκλωμα μέσα στο MK.

Για παράδειγμα, στην οικογένεια ΜΚ 8051, παράγεται ένας παλμός μέτρησης όταν εκτελείται κάθε εντολή, δηλ. ο χρονομετρητής μετράει απλώς τον αριθμό των οδηγιών μηχανής που εκτελούνται. Εν τω μεταξύ, η κεντρική μονάδα επεξεργασίας (CPU) ασχολείται ήσυχα με την εκτέλεση του κύριου προγράμματος.

Ας υποθέσουμε ότι ο χρονομέτρης αρχίζει να μετράει (υπάρχει μια εντολή εκκίνησης για αυτό) από το μηδέν. Κάθε παλμός αυξάνει το περιεχόμενο του μετρητή κατά ένα και, τελικά, φτάνει στη μέγιστη τιμή. Στη συνέχεια, επαναφέρονται τα περιεχόμενα του μετρητή. Αυτή η στιγμή ονομάζεται "υπερχείλιση". Αυτό είναι ακριβώς το τέλος της καθυστέρησης (θυμηθείτε το πλυντήριο).

Υποθέστε ότι ο χρονομετρητής είναι 8-bit, τότε μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να υπολογίσει μια τιμή στην περιοχή 0 ... 255, ή ο μετρητής θα υπερχειλίσει κάθε 256 παλμούς. Για να μειωθεί η ταχύτητα κλείστρου, αρκεί να ξεκινήσετε την καταμέτρηση όχι από το μηδέν, αλλά από μια διαφορετική τιμή. Για να το πάρετε, αρκεί να φορτώσετε πρώτα αυτή την τιμή στο μετρητή και, στη συνέχεια, ξεκινήστε τον μετρητή (για άλλη μια φορά, θυμηθείτε το πλυντήριο). Αυτός ο προφορτωμένος αριθμός είναι η γωνία περιστροφής του ρελαί χρόνου.

Ένας τέτοιος χρονομετρητής με συχνότητα λειτουργίας 1 mips θα σας επιτρέψει να έχετε ταχύτητα κλείστρου μέγιστου 255 μικροδευτερολέπτων, αλλά χρειάζεστε λίγα δευτερόλεπτα ή ακόμα και λεπτά, τι πρέπει να κάνετε;

Αποδεικνύεται ότι όλα είναι αρκετά απλά. Κάθε υπερχείλιση χρονομέτρου είναι ένα γεγονός που προκαλεί διακοπή του κύριου προγράμματος. Ως αποτέλεσμα, η CPU μεταβαίνει στην αντίστοιχη υπορουτίνα, ποιο από αυτά τα μικροσκοπικά αποσπάσματα μπορεί να προσθέσει οποιαδήποτε, τουλάχιστον μέχρι αρκετές ώρες και ακόμη ημέρες.

Η ρουτίνα υπηρεσιών διακοπής είναι συνήθως σύντομη, όχι περισσότερες από μερικές δωδεκάδες εντολές, μετά την οποία και πάλι υπάρχει επιστροφή στο κύριο πρόγραμμα, το οποίο συνεχίζει να τρέχει από τον ίδιο τόπο. Δοκιμάστε αυτό το απόσπασμα με μια απλή επανάληψη των εντολών για τις οποίες αναφέρθηκε παραπάνω! Αν και, σε ορισμένες περιπτώσεις, πρέπει να κάνετε ακριβώς αυτό.

Για να γίνει αυτό, υπάρχει μια εντολή NOP στα συστήματα εντολών επεξεργαστή, η οποία απλά δεν κάνει τίποτα, χρειάζεται μόνο χρόνο μηχανής. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κράτηση μνήμης, και όταν δημιουργεί χρονικές καθυστερήσεις, μόνο πολύ σύντομες, με τη σειρά μερικών μικροδευτερολέπτων.

Ναι, ο αναγνώστης θα πει πώς υπέφερε! Από τα πλυντήρια ρούχων απευθείας στους μικροελεγκτές. Και τι ήταν μεταξύ αυτών των ακραίων σημείων;

Τι είναι τα χρονικά ρελέ;

Όπως αναφέρθηκε ήδη, Το κύριο καθήκον του ρελέ χρόνου είναι να επιτευχθεί καθυστέρηση μεταξύ του σήματος εισόδου και του σήματος εξόδου. Αυτή η καθυστέρηση μπορεί να δημιουργηθεί με διάφορους τρόπους. Τα ρελέ χρόνου ήταν μηχανικά (ήδη περιγράφονται στην αρχή του αντικειμένου), ηλεκτρομηχανικά (βασίζονται επίσης σε ρολόι, μόνο το ελατήριο τυλίγεται από έναν ηλεκτρομαγνήτη), καθώς και με διάφορες διατάξεις απόσβεσης. Ένα παράδειγμα ενός τέτοιου ρελέ είναι ο πνευματικός χρονοδιακόπτης που φαίνεται στο σχήμα 1.

Σχέδιο 1. Ρεαλιστικό χρονικό ρελέ.

Ο ηλεκτρονόμος αποτελείται από μια ηλεκτρομαγνητική κίνηση και ένα πνευματικό προσάρτημα. Το πηνίο ρελέ είναι διαθέσιμο σε λειτουργικές τάσεις 12 ... 660V AC (16 συνολικές διαβαθμίσεις) με συχνότητα 50 ... 60Hz. Ανάλογα με την έκδοση του ρελέ, η ταχύτητα κλείστρου μπορεί να ξεκινήσει είτε όταν ενεργοποιηθεί είτε όταν απελευθερωθεί η ηλεκτρομαγνητική κίνηση.

Ο χρόνος ρυθμίζεται από μια βίδα που ρυθμίζει την εγκάρσια τομή της οπής για να βγαίνει ο αέρας από τον θάλαμο. Οι περιγραφόμενοι χρονικοί ηλεκτρονόμοι διαφέρουν σε όχι πολύ σταθερές παραμέτρους, επομένως, όπου είναι δυνατόν, χρησιμοποιούνται πάντα ηλεκτρονικοί χρονοδιακόπτες. Επί του παρόντος, τέτοια ρελέ, τόσο μηχανικά όσο και πνευματικά, μπορούν να βρεθούν μόνο στον αρχαίο εξοπλισμό, ο οποίος δεν έχει αντικατασταθεί ακόμη από τον σύγχρονο εξοπλισμό, ακόμη και από ένα μουσείο.

Ηλεκτρονικά ρελέ ώρας

Ίσως ένα από τα πιο συνηθισμένα ήταν η σειρά ρελέ VL-60 ... 64 και μερικά άλλα, για παράδειγμα, ρελέ VL-100 ... 140.Όλα αυτά τα χρονόμετρα χτίστηκαν σε ένα εξειδικευμένο chip KR512PS10. Η εμφάνιση του ηλεκτρικού ρελέ γραμμής φαίνεται στο σχήμα 2.

Σχήμα 2. Σειρά ρελαί χρόνου VL.

Το κύκλωμα του ρελέ χρόνου VL-64 φαίνεται στο σχήμα 3.

Σχήμα 3 Σχέδιο του χρονοδιακόπτη VL - 64

Όταν παρέχεται τάση στην είσοδο μέσω της γέφυρας ανορθωτή VD1 ... VD4, η τάση μέσω του σταθεροποιητή στο τρανζίστορ KT315A τροφοδοτείται στο τσιπ DD1, η εσωτερική γεννήτρια του οποίου αρχίζει να παράγει παλμούς. Η συχνότητα των παλμών ρυθμίζεται από έναν μεταβλητό αντιστάτη PPB-3B (αυτός εμφανίζεται στον μπροστινό πίνακα του ρελέ), συνδεδεμένος σε σειρά με έναν πυκνωτή χρονισμού 5100 pF, ο οποίος έχει ανοχή 1% και πολύ μικρό TKE.

Οι λαμβανόμενοι παλμοί υπολογίζονται από έναν μετρητή με μεταβλητό συντελεστή διαίρεσης, ο οποίος τίθεται με την εναλλαγή των ακροδεκτών του μικροκυκλώματος M01 ... M05. Στον ρελέ της σειράς VL, αυτή η εναλλαγή πραγματοποιήθηκε στο εργοστάσιο. Ο μέγιστος συντελεστής διαίρεσης ολόκληρου του μετρητή ανέρχεται σε 235 929 600. Σύμφωνα με την τεκμηρίωση για τον μικροκυκλώνα, σε συχνότητα του κύριου ταλαντωτή 1 Hz, η ταχύτητα κλείστρου μπορεί να φτάσει περισσότερο από 9 μήνες! Σύμφωνα με τους προγραμματιστές, αυτό είναι αρκετό για οποιαδήποτε εφαρμογή.

Η ακίδα 10 του τσιπ END είναι το τέλος της ταχύτητας κλείστρου, που συνδέεται με την είσοδο 3 - ST. Μόλις εμφανιστεί υψηλή τάση στην έξοδο END, η μέτρηση των παλμών σταματά και στην 9η έξοδο του Q1 εμφανίζεται μια τάση υψηλής στάθμης, η οποία θα ανοίξει το τρανζίστορ KT605 και ο ηλεκτρονόμος που συνδέεται με τον συλλέκτη KT605 θα σβήσει.

Σύγχρονα ρελέ χρόνου

Κατά κανόνα, γίνονται στο MK. Είναι πιο εύκολο να προγραμματίσετε ένα έτοιμο ιδιόκτητο μικροκυκλώνα, να προσθέσετε μερικά κουμπιά, έναν ψηφιακό δείκτη, από το να εφεύρουν κάτι καινούργιο και, στη συνέχεια, να τελειοποιήσετε το χρόνο. Ένας τέτοιος ηλεκτρονόμος παρουσιάζεται στο Σχήμα 4.

Σχήμα 4 Ρελέ χρόνου μικροελεγκτή

Γιατί κάνει ένα ρελαί χρόνου εκτέλεσης;

Και παρόλο που υπάρχει ένας τόσο μεγάλος αριθμός διακοπτών χρόνου, σχεδόν για κάθε γούστο, μερικές φορές στο σπίτι πρέπει να κάνετε κάτι δικό σας, συχνά πολύ απλό. Αλλά τέτοια σχέδια συχνά δικαιολογούνται πλήρως και εντελώς. Εδώ είναι μερικά από αυτά.

Μόλις εξετάσαμε τη λειτουργία του μικροκυκλώματος KR512PS10 ως μέρος του ρελέ γραμμής, θα πρέπει να αρχίσουμε να εξετάζουμε ερασιτεχνικά κυκλώματα από αυτό. Το σχήμα 5 δείχνει το κύκλωμα χρονοδιακόπτη.

Σχήμα 5. Χρονοδιακόπτης στο μικροκύκλωμα KR524PS10.

Ο μικροκυκλώνας τροφοδοτείται από τον παραμετρικό σταθεροποιητή R4, VD1 με τάση σταθεροποίησης περίπου 5 V. Κατά τη διάρκεια της ενεργοποίησης, το κύκλωμα R1C1 παράγει έναν παλμό επαναφοράς μικροκυκλωμάτων. Αυτό ξεκινά την εσωτερική γεννήτρια, η συχνότητα της οποίας ρυθμίζεται από την αλυσίδα R2C2 και ο εσωτερικός μετρητής του μικροκυκλώματος αρχίζει να μετρά παλμούς.

Ο αριθμός των παλμών αυτών (αναλογία διαιρέσεως μετρητή) ρυθμίζεται με την εναλλαγή των ακροδεκτών του μικροκυκλώματος M01 ... M05. Με τη θέση που υποδεικνύεται στο διάγραμμα, ο συντελεστής αυτός θα είναι 78643200. Αυτός ο αριθμός παλμών αντιπροσωπεύει την πλήρη περίοδο του σήματος στην έξοδο END (ακίδα 10). Η ακίδα 10 συνδέεται με τον ακροδέκτη 3 ST (έναρξη / διακοπή).

Μόλις η έξοδος END οριστεί σε υψηλό επίπεδο (μετρήθηκε η μισή περίοδος), ο μετρητής σταματά. Ταυτόχρονα, η έξοδος Q1 (ακροδέκτης 9) θέτει επίσης ένα υψηλό επίπεδο, το οποίο ανοίγει το τρανζίστορ VT1. Μέσω ενός ανοικτού τρανζίστορ, το ρελέ K1 είναι ενεργοποιημένο, το οποίο ελέγχει το φορτίο με τις επαφές του.

Για να ξεκινήσει η καθυστέρηση, αρκεί να απενεργοποιήσετε και να ενεργοποιήσετε ξανά το ρελέ. Το διάγραμμα χρονισμού των σημάτων END και Q1 φαίνεται στο σχήμα 6.

Εικόνα 6. Διάγραμμα χρονισμού των σημάτων END και Q1.

Με τις τιμές της αλυσίδας χρονισμού R2C2 που υποδεικνύεται στο διάγραμμα, η συχνότητα της γεννήτριας είναι περίπου 1000 Hz. Επομένως, η χρονική καθυστέρηση για την ενδεικνυόμενη σύνδεση των ακροδεκτών M01 ... M05 θα είναι περίπου δέκα ώρες.

Για να ρυθμίσετε την ταχύτητα του κλείστρου, κάντε τα εξής. Συνδέστε τους ακροδέκτες M01 ... M05 στη θέση "Seconds_10", όπως φαίνεται στον πίνακα στην εικόνα 7.

Σχήμα 7. Πίνακας ρύθμισης χρονοδιακόπτη (κάντε κλικ στην εικόνα για μεγέθυνση).

Με αυτή τη σύνδεση, περιστρέψτε τη μεταβλητή αντίσταση R2 για να ρυθμίσετε την ταχύτητα κλείστρου για 10 δευτερόλεπτα. με χρονόμετρο. Στη συνέχεια συνδέστε τους ακροδέκτες M01 ... M05, όπως φαίνεται στο διάγραμμα.

Ένα άλλο διάγραμμα για το KR512PS10 παρουσιάζεται στο σχήμα 8.

Σχήμα 8 Χρονοδιακόπτης τσιπ KR512PS10

Ένας άλλος χρονοδιακόπτης στο τσιπ KR512PS10.

Αρχικά, δώστε προσοχή στο KR512PS10, πιο συγκεκριμένα, στα σήματα END, τα οποία δεν εμφανίζονται καθόλου, και το σήμα ST, το οποίο απλά συνδέεται σε ένα κοινό καλώδιο, το οποίο αντιστοιχεί σε ένα μηδενικό επίπεδο λογικής.

Με την ενεργοποίηση αυτή, ο μετρητής δεν θα σταματήσει, όπως φαίνεται στο Σχήμα 6. Τα σήματα END και Q1 θα συνεχίσουν, κυκλικά, χωρίς διακοπή. Το σχήμα αυτών των σημάτων θα είναι ένα κλασικό μαιάνδρος. Επομένως, αποδείχθηκε απλώς μια γεννήτρια ορθογωνικών παλμών, η συχνότητα των οποίων μπορεί να ελεγχθεί από μια μεταβλητή αντίσταση R2, και ο συντελεστής καταμερισμού μετρητή μπορεί να ρυθμιστεί σύμφωνα με τον πίνακα που φαίνεται στο σχήμα 7.

Συνεχείς παλμοί από την έξοδο του Q1 πηγαίνουν στην είσοδο μέτρησης του δεκαδικού μετρητή - αποκωδικοποιητή DD2 K561IE8. Η αλυσίδα R4C5, όταν είναι ενεργοποιημένη, επαναφέρει τον μετρητή στο μηδέν. Ως αποτέλεσμα, εμφανίζεται ένα υψηλό επίπεδο στην έξοδο του αποκωδικοποιητή "0" (ακίδα 3). Στις εξόδους 1 ... 9 χαμηλά επίπεδα. Με την άφιξη του πρώτου παλμού μέτρησης, ένα υψηλό επίπεδο μετακινείται στην έξοδο "1", ο δεύτερος παλμός θέτει ένα υψηλό επίπεδο στην έξοδο "2" και ούτω καθεξής, μέχρι την έξοδο "9". Κατόπιν, ο μετρητής υπερχειλίζει και ο κύκλος μέτρησης ξεκινά εκ νέου.

Το προκύπτον σήμα ελέγχου μέσω του διακόπτη SA1 μπορεί να τροφοδοτηθεί στη γεννήτρια ήχου των στοιχείων DD3.1 ... 4 ή στον ενισχυτή ρελέ VT2. Η χρονική καθυστέρηση εξαρτάται από τη θέση του διακόπτη SA1. Με τις συνδέσεις ακροδεκτών M01 ... M05 που υποδεικνύονται στο διάγραμμα και τις παραμέτρους της αλυσίδας χρονισμού R2C2, είναι δυνατόν να ληφθούν χρονικές καθυστερήσεις που κυμαίνονται από 30 δευτερόλεπτα έως 9 ώρες.

Μπόρις Αλαντίσκιν