Устройство предупреждения и отключения

К устройствам повышенной опасности относятся утюги, электроплитки, обогреватели, паяльники и прочие приборы, несвоевременное отключение которых может привести к печальным последствиям. Принцип работы предлагаемого УСТРОЙСТВА ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ И ОТКЛЮЧЕНИЯ (здесь и далее - УПО) достаточно прост: эксплуатируемое бытовое электроустройство (здесь и далее – БЭУ) через цепи коммутации (реле, транзисторы, тиристоры и т.п.), управляемые УПО, подключается к электропитающей сети или к автономному источнику питания. С подачей питания на УПО, устройство приводится в готовность. Нажатием единственной кнопки "Пуск" происходит активация УПО и начинается отсчет установленного времени в течении которого бытовое БЭУ включается и нормально функционирует. По истечении установленного времени УПО начинает подавать звуковой (световой) сигнал. Если за время подачи сигнала не происходит нажатие кнопки "Пуск", происходит отключение БЭУ от источника электропитания. Если за время подачи сигнала кнопка "Пуск" будет нажата, БЭУ не будет отключено и его работа будет продолжена. В случае, если отключение все же произошло (пусковая кнопка не была нажата до окончания сигнала предупреждения), то повторное включение БЭУ с теми же временными параметрами, либо оперативно измененными на новые временные значения, можно осуществить нажатием все той же кнопки "Пуск". Такой, вот, достаточно простой алгоритм работы. За несколько лет было собрано несколько разных модификаций УПО для работы с различными устройствами. Все модификации были собраны на популярной не дорогой и не дефицитной логической серии 40ХХ (К561), а устройства не представляют сложностей в сборке и налаживании. Все модификации УПО выполнены в виде отдельных модулей и не содержат силовой части. Добавление силовых модулей или отдельных компонентов не представляется сложным, т.к. выход каждого УПО снабжен транзисторным ключом с достаточно большой нагрузочной способностью и способен управлять обмоткой реле, оптроном или управляющим входом симисторов (тиристоров).  

Несмотря на простоту и небольшое количество деталей, УПО 1 (см. схему) содержит 4 генератора и пару двоично-шестнацатиричных счетчиков, установочный триггер. Работа УПО активируется нажатием на кнопку "Пуск" S1. До нажатия на S1 установочный RS-триггер на элементах U3.3 и U3.4 c зарядом конденсатора C3 в момент подачи питания на схему, переводится в состояние, когда на выходе U3.4 появляется лог "1", открывающая транзистор Q1, который блокирует работу генераторов (U1.1, U1.2) и запирает транзистор Q2, предотвращая случайное включение БЭУ. Нажатие на кнопку S1 приводит к кратковременному появлению положительного потенциала на входах CLR обоих счетчиков и входе инвертора U1.4. При этом лог. "0" на выходе этого инвертора переводит RS-триггер в противоположное состояние ("0" на выходе элемента U3.4), транзистор Q1 запирается, выходы счетчиков "обнуляются". Инвертор U1.3 высоким уровнем разрешает работу генераторов (U1.1, U1.2) и отпирает транзистор Q2.

Можно считать, что БЭУ - в работе, о чем сигнализирует светодиод HL1. Генератор, собранный на элементе 2И-НЕ (U1.1) с «триггерошмиттовскими» входами, и счетчик U2.1 определяют временной интервал c момента запуска УПО (открытие выходного ключа Q2) до подачи звукового сигнала. Этот самый промежуток времени будет зависеть от тактовой частоты генератора U1.1 и установок джампера на выходах Q0-Q3 счетчика U2.1. Как только на общем проводе джамперной гребенки (соединенным с входом EN счетчика U2.2) с одного из выходов счетчика U2.1 появится высокий логический уровень, счетчик (работа которого находилась до этого момента под запретом из-за наличия логического «0» на входе EN) активируется и начинает счет импульсов генератора (логический элемент U1.2). Через промежуток времени, определяемый частотой генератора U1.2 и количеством импульсов, поступивших на вход CLK счетчика U2.2, появление лог «1» на выходе Q2 счетчика U2.2 активирует генератор, собранный на логическом элементе U3.1, который в свою очередь разрешит работу генератора, собранного на логическом элементе U3.2 и обеспечит либо прерывания работы последнего, либо модуляцию второй звуковой частотой (в зависимости от выбора номиналов C4/R8). Как только на выходе Q3 счетчика U2.2 появится логическая «1», инвертор U1.3 заблокирует работу генераторов U1.1 и U1.2 подачей лог. «0» через резистор R6 и этим же потенциалом запрет транзистор Q2, обесточив его затвор. С уходом лог. «1» с выхода Q2 U2.2, работа звукового сигнала будет прекращена (одновременно с закрытием Q2). Подразумевается при этом, что работа любого БЭУ, подключенного через коммутатор, управляемый УПО, - прекратится. Однако, если нажатие на кнопку "Пуск"а произойдет в момент работы звукового сигнала, счетный цикл восстановится и БЭУ не будет отключено. Частота генераторов на элементах U1.1, U1.2, U3.1, U3.2 определяется соответственно номиналами элементов C1, R1, R3; C2, R2, R4; C4, R8; C5, R11. В качестве звукового излучателя можно применить любой динамический излучатель с сопротивлением катушки от 16Ом и выше. Допустимое напряжение питания от 3-х до 15-ти Вольт. Печатная плата с односторонней разводкой выглядит так

Была разработана плата и с двухсторонней разводкой.

Схема следующей модификации несколько сложнее, но алгоритм работы все тот же. 

В модификации УПО2 используется счетчик с встроенным тактовым генератором CD4060. Эта микросхема используется для создания временного интервала работы до подачи сигнала предупреждения. Интервал для работы звуковых генераторов задается одновибратором на триггере U2.1. Активируется высоким логическим уровнем по входу CLK с выдачей положительного импульса по выходу Q (пин 1). Длительность этого импульса определяется номиналами PR1, R3, C2. На время присутствия импульса на выходе Q1 U2.1 ключ Q1 блокирует работу тактового генератора U1, а логический элемент U3.2 своим низким выходным логическим уровнем (на пине 5 его уже присутствует лог. "1") переводит выходной уровень инвертора U3.1 в состояние лог. "1", разрешающей работу генераторов на элементах U3.3 и U3.4. Появляющийся лог "0" на входе триггера CLK U2.2 подготавливает его к "опрокидыванию" (смене состояний на выходах на противоположные). Так происходит потому, что в счетном режиме смена состояний выходов триггера происходит по фронту (положительный перепад логического уровня, импульса) каждого следующего импульса. В момент подачи питания на тактовом входе триггера U2.2 уже наличествует лог "1" и для смены его состояния необходим еще один фронт. И в тот момент, когда происходит спад импульса на Q U2.1, U2.2 "опрокидывается" и на его выходе Q`(пин 12) появляется лог "0", запирающий ключ на транзисторе Q4. Одновременно на выходе Q U2.2 появляется лог. "1", переводящая U1 в "обнуленное" состояние до момента нажатия на кнопку S1. Транзистор Q2 с зарядом конденсатора C4 при подаче питания принудительно устанавливает триггер U2.1 в "0" (на выходе Q - низкий логический уровень). Конденсатор C6, заряженный при подаче питания, переводит триггер U2.2 в единичное состояние, предотвращая случайный запуск УПО при включении. Диод D1 обеспечивает быстрый заряд конденсатора C2 через нажатую кнопку S1 при повторном пуске. Джамперная гребенка в УПО2 уже на 10 положений, соответственно и выбор времени вариативнее. Для УПО2 разрабатывалась печатная плата только с двухсторонней разводкой.

Третья модификация УПО представляет собой компиляцию двух предыдущих схем, принципы и тонкости работы которых уже описаны выше.

В качестве тактового генератора использован интегральный таймер TLC555 (U1), оба счетчика микросхемы U2 работают на создание ДОПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНОГО временного промежутка, - вот, практически, и все отличие от предыдущих схем УПО.  Печатная плата для УПО3 здесь приводится только односторонняя, хотя разработан и двусторонний вариант платы.

Наладку устройства можно начать с любого из узлов схемы. Т.к. звуковая индикация устройства является значимой его частью и при наладке, прежде всего следует начать настройку звукового генератора. В УПО1 желаемая частота тона генератора подбирается с помощью резистора R11 и конденсатора С5. Настройку лучше производить при отключенном резисторе R9. По окончании настройки тона так же, при отключенном резисторе R9 следует выбрать желаемую частоту прерываний генератора на U3.1 с помощью резистора R8 и конденсатора С4. Для облегчения настройки этого генератора, на его выход можно подключить осциллограф или светодиод через сопротивление 3-5кОм. Современным светодиодам достаточно небольшого тока для вполне внятного свечения, слишком же малое значение сопротивления неизбежно повлияет на частоту генератора. В зависимости от сопротивления R9 тон генератора может быть прерывистым или двухчастотным. Аналогично настраиваются генераторы в остальных модификациях УПО, т.к. генераторы идентичны во всех описанных модификациях. Задающие тактовые генераторы в УПО1 собраны по такой же схеме, как и генератор звука, с той лишь разницей, что в схеме тактовых генераторов уже предусмотрена плавная регулировка частоты с помощью переменных резисторов R3, R4. Для визуализации логических уровней при наладке можно воспользоваться осциллографом, логическим пробником или просто светодиодами, подключая их к проверяемым точкам схемы через гасящие резисторы.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• DipTrace