Автоматическое встречающее устройство

В эту поделку для слегка продвинутых радиолюбителей воплощены три оригинальных решения:

1). Полевой транзистор в роли защитника схемы от переполярности.

2). Бестумблерное управление питанием.

3). Скрепление двух половинок корпуса цветными силовыми кнопками – гвоздиками PUSH PINS фирмы BRAUBERG.

 

Автоматическое встречающее устройство (далее просто АВУ) представляет собой осветитель локального действия, устанавливаемый в прихожей около входной двери и включающий освещение при открывании входной двери. АВУ включает свет на фиксированный промежуток времени, достаточный для закрывания входной двери, снятия обуви и включения основного освещения, работающего от сети ~ 230 Вольт. АВУ имеет автономное питание и может быть запущено повторно кнопкой «Пуск» (после запуска от открывшейся двери), если в квартире отсутствует сетевое напряжение.

АВУ отличается от ранее опубликованных функциональных аналогов высокоэкономичным «OFF» - режимом, выключается бесконтактно и не требует дополнительного механического выключателя питания (тумблера). Другими словами, АВУ переходит в высокоэкономичный «OFF» - режим (режим «Выключено») после отработки заданной выдержки. 

Другая важная отличительная особенность АВУ указана в ребусе (смотрите рисунок 6 в конце статьи).

Ток, потребляемый собственно АВУ (без нагрузки) не превышает 3 ... 4 мкА в режиме «Включено» и 0 мкА в режиме «Выключено» (ток менее 0,1 мкА мультиметр не измеряет).

 

Состав АВУ

АВУ (рисунок 1) состоит из:

1. цепи стартовой предустановки С1 R2;
2. кнопки SB1 «Пуск» с НЗ (нормально разомкнутыми) контактами и подавителя дребезга R3 C3;
3. логического элемента «2ИЛИ», собранного на дискретных элементах VD1 VD2;
4. логического элемента «2ИЛИ», собранного на дискретных элементах VD3 VD5;
5. одновибратора, собранного на элементах С4 R4 DD1 VD2, VD4;
6. токового ключа-коммутатора VT1 со стоковой нагрузкой EL1 R1;
7. батареи питания GB1 с конденсатором фильтра C2.

Вместо осветительного светодиода EL1 и его токоограничительного резистора R1 можно включить другую нагрузку, потребляющую ток до 500 мА.

 

Принцип работы АВУ

При установке батареи GB1, цепь «минус» батареи GB1 оказывается разорванной высоким сопротивлением канала сток-исток полевого транзистора VT2. Возникающий при установке GB1 «дребезг» контактов может кратковременно приоткрыть VT2 и для того, чтобы при этом не запустился триггер DD1, в АВУ введена цепь предустановки С1 R2. Пока конденсатор С1 не до конца зарядился через резистор R2, на его нижней (по схеме) обкладке присутствует высокий потенциал, являющийся исполнительным уровнем для входа R («Сброс») (вывода 4) DD1. Этот потенциал через диод VD1 поступает на вход R (вывод 4) DD1. Триггер DD1 удерживается в «нулевом» состоянии (на его прямом выходе - выводе 1 - установлен лог.0) в течение всего времени установки батареи GB1 в батарейный отсек. 

В исходном состоянии (когда дверь закрыта) контакты геркона SF1 под воздействием постоянного магнита находятся в сработанном (нижнем по схеме) положении.

При открывании входной двери или кратковременном нажатии на кнопку SB1 «Пуск» напряжение положительной полярности с батареи GB1 (через замкнувшиеся контакты и диод VD5) поступает на затвор транзистора VT2 и открывает транзистор. Цепь «минус» батареи GB1 замыкается низким (почти нулевым) сопротивлением канала сток-исток полевого транзистора VT2 и напряжение питания батареи GB1 с истока VT2 подаётся на всю схему. Одновременно «+» питания с общего контакта геркона SF1 (или кнопки SB1 «Пуск») поступает на вход S (Set – «Установка») (вывод 6) триггера DD1 и взводит триггер: на прямом выходе (выводе 1) DD1 устанавливается логическая 1. Эта лог.1 открывает диод VD3 и высокий потенциал с катода VD3 поступает на затвор VT2. Теперь (спустя даже доли секунды после замыкания контактов SF1) дверь можно закрыть, а АВУ останется включённым, так как взведённый триггер DD1 подтверждает открытое состояние VT2. Кроме того, взведённый триггер логической 1 на прямом выходе (выводе 1) DD1 открывает токовый ключ-коммутатор VT1. Сопротивление канала сток – исток VT1 резко (до единиц Ом) уменьшается и всё напряжение батареи прикладывается к стоковой нагрузке VT1 – цепи EL1 R1. Светодиод EL1 начинает ярко светиться. Тем временем лог.1 на прямом выходе (выводе 1) DD1 через резистор R4 начинает заряжать конденсатор С4. Через установленное сопротивлением резистора R4 время, конденсатор С4 зарядится до напряжения, равного половине напряжения питания (плюс 0,5…0,7 Вольт на прямо смещённом кремниевом диоде VD2), и одновибратор С4 R4 DD1 VD2 VD4 по входу «Reset» (выводу 4) возвращается в исходное (нулевое) состояние. То есть, на прямом выходе (выводе 1) DD1 снова появляется лог.0, а конденсатор С4 быстро разряжается через диод VD4. В результате стоковая нагрузка EL1 R1 обесточивается транзистором VT1, а цепь «минус» GB1 разрывается транзистором VT2: АВУ переходит в высокоэкономичный режим «OFF». При этом потребление тока от GB1 практически отсутствует. Во всяком случае, ток утечки закрытого канала VT2 на несколько порядков меньше тока саморазряда батареи GB1, поэтому специального тумблера, выключающего питания, в АВУ не требуется.

Длительность импульса, сформированного одновибратором С4 R4 DD1 VD2 VD4, определяется номиналами времязадающей цепи C4, R4 и приближённо рассчитывается (в секундах) по формуле: 

t ≈ 0,7∙RC,

где С – ёмкость конденсатора С4 в микрофарадах, а R – сопротивление резистора R4 в мегомах.

При номинале резистора R4 = 10 кОм выдержка составляет 1,5 секунды, а при номинале R4 = 560 кОм - 90 секунд. Для увеличения выдержки АВУ допустимо увеличивать сопротивление резистора R4 до 2,2 МОм. (Увеличение ёмкости конденсатора С4 для этой же цели более 1000 мкФ не проверялось). При номинале резистора времязадающей цепи более 1 МОм, конденсатор С4 следует использовать с малым током утечки.

Одновибратор АВУ запускается при открывании входной двери и замыкании контактов геркона SF1 или кратковременном нажатии на кнопку SB1 «Пуск». В принципе, кнопку можно удерживать сколь угодно долго, при этом нагрузка АВУ остаётся включённой. Если на момент отпускания кнопки одновибратор отработал установленную резистором R4 выдержку, то нагрузка обесточится сразу после отпускания кнопки. Повторный запуск одновибратора кнопкой «Пуск», при необходимости, возможен сразу же после окончания работы одновибратора (или после отпускания кнопки, если длительность удержания кнопки SB1 нажатой превысила время работы одновибратора).

Резистор R3 устанавливает уровень лог.0 на входе S (Set – «Установка») (выводе 6) триггера DD1 после размыкания SF1 (или отпускания кнопки SB1). Диод VD1 запрещает разряд С4 через резистор R2, а диод VD2 препятствует подаче предустановочного импульса на вход «R» (вывод 4) DD1. Диод VD3 устраняет подачу высокого логического уровня («+» напряжения GB1) на прямой выход одновибратора при замкнутых контактах геркона SF1 и нажатой кнопке SB1. Диод VD5 препятствует повторному запуску взведённого одновибратора подачей логической 1 с прямого выхода (вывода 1) на вход S (вывод 6) триггера DD1. Полевой транзистор VT2 открывается при напряжении более +1,6 Вольта, поданном на затвор VT2 относительно истока, и не требует включения токоограничительного резистора в цепь затвора. 

 

Настройка АВУ.

Настройки АВУ обычно не требуется. Подборным резистором R1 при необходимости уточняется рабочий ток светодиода EL1 (50 … 80 мА). В случае применения красного EL1 типа TLCR5100 (D = 5 мм, 11 cd, 20 мА), сопротивление R1 следует увеличить до 130 … 150 Ом. В принципе, вместо EL1 допустимо включить любую нагрузку (мигающий светодиод, микропередатчик, зуммер, …) с током потребления до 500 мА. В последних двух случаях резистор R1 исключается. Ток дежурного режима АВУ (когда АВУ включён, но в цепи стока VT1 нет нагрузки) не превышает 4 мкА. Устройство работоспособно при напряжении питания более 3 Вольт. В принципе АВУ может работать при напряжении питания до +9 Вольт. Для этого достаточно увеличить номинал (и мощность рассеивания) резистора R1, установив требуемый рабочий ток нагрузки (EL1).

 

Детали АВУ.

В АВУ применены резисторы ОМЛТ 0,125 Вт или другие: МЛТ, ОМЛТ, С2-29, С2-33. Конденсаторы С1 … С3 – керамические безындукционные типа КМ, С4 – К50-35 или малогабаритный оксидный зарубежного производства. Диоды VD1 … VD5 – кремниевые, например, КД103, КД104, КД503, КД510, КД513, КД520 -  КД522 с любым буквенным индексом. Транзисторы VT1 и VT2 (при токе нагрузки до 0,1 А) могут быть заменены КП501, КП504 с любым буквенным индексом. Кнопка SB1 – КМ-1 или другая малогабаритная с двумя НР контактами. Геркон – «тройник» любого типа с парой переключающихся контактов (или двумя НЗ контактами). ИМС DD1 с корпусом DIP можно заменить микросхемой 564ТМ2, К564ТМ2 с планарным корпусом (при соответствующей доработке печатной платы). Сопротивление резистора R3 может иметь большой разброс и лежать в пределах 75…120 кОм. Ёмкость конденсатора С3 также не критична и может быть от 3300 пФ до 0,022 мкФ.

Батарея GB1 составлена из трёх одноразовых алкалиновых элементов с рабочим напряжением 1,5 Вольта или аккумуляторов типоразмера AAA-size (мизинчиковые). Допустим вариант питания АВУ и от малогабаритных сетевых «адаптеров» с выходным напряжением + 4 … 9 Вольт. (При соответствующем увеличении номинала и мощности рассеивания резистора R1). 

Пайку радиоэлектронных компонентов следует вести заземлённым жалом паяльника. Обойтись без заземления можно, применив для ИМС и транзисторов специальные розетки, и установив в них полевые структуры по окончании пайки остальных деталей. 

Печатная плата АВУ выполнена из односторонне фольгированного стеклотекстолита размерами 43 х 24 х 1,5 мм (см. рисунки 2 и 3).

 Диаметр отверстий на печатной плате под микросхему 0,7 … 0,8 мм, под остальные радиоэлектронные компоненты – 0,8 … 1 мм, под соединительные проводники - 1…1,3 мм, под крепёжные отверстия – 2,6 мм. 

Рисунок печати – «трассировка печатной платы» – (см. рисунок 3) может быть перенесён на медную фольгу методом термопереноса. О методе термопереноса рисунка трассировки ПП (печатной платы) подробно можно прочитать в файле MTR_TO (3444 кБ), пройдя по ссылке:

Ссылка.

О методе ускоренного травления ПП подробно можно прочитать в файле «ПП_водная_баня» на Яндекс.Диске, пройдя по ссылке:

Ссылка.

Схему АВУ можно встраивать в поделки и изделия с автономным питанием, в которых продолжительное невыключение питания (например, по забывчивости) может привести к бесполезному разряду батареи или глубокому (необратимому разряду аккумуляторов). Полезен АВУ будет и в выставочных поделках, которые должны включаться по первому «мановению» посетителей и демонстрировать свои возможности. Часто восхищённые посетители по окончании просмотра поделки забывают выключить питание. АВУ, встроенный в поделку, исключит бесполезный неконтролируемый разряд источников питания и освободит участников выставки от постоянного дежурства около поделки или написания малоэффективных табличек с просьбами выключить питание по окончании проверки работоспособности поделки.

Конструктивно компоненты АВУ устанавливаются в пластмассовом корпусе подходящих размеров. Авторский вариант АВУ установлен в верхней крышке пластиковой мыльницы прямоугольной формы размерами 100 х 60 х 30 мм. На передней стороне корпуса приклеена клеем ПВА и защищена от влаги широкой полоской скотча бумажная фальшпанель (рисунок 4А). 

Фальшпанель распечатана на цветном принтере, приклеена к зачищенной мелкой шкуркой передней панели корпуса и высушена под прессом в течение 24 часов под прессом. Для удаления влаги между приклеенной фальшпанелью и прессом прокладывается 5-10 слоёв газетной бумаги, которая впитывает влагу. Элементы питания установлены в специальном держателе, рассчитанном на 3 элемента типоразмера AAA-size, в левой части корпуса. Печатная плата крепится в правой верхней части корпуса потайными винтами М2,5 или М3 с гайками и шайбами. Светодиод EL1 закрепляется на трении в отверстии диаметром на 0,5 мм меньшем, чем диаметр EL1. Во избежание порчи слоя скотча, кнопка крепится гайкой с пружинной шайбой, установленной с внутренней стороны корпуса. Пружинную шайбу желательно заключить между двумя простыми. Возможны и другие варианты фальшпанели АВУ (см. рисунки 4 Б-Е).

 Плата АВУ соединяется с герконом двумя проводниками, выведенными снизу между двумя половинками корпуса. Задняя половинка корпуса АВУ обклеена самоклеящейся плёнкой (прямоугольным кусочком размерами 87 х 48 мм) под дерево. Поверх плёнки скотчем закреплена этикетка «РТО» (см. рисунок 5).

Для скрепления обеих половинок корпуса АВУ используются цветные кнопки-гвоздики, колющая часть которых имеет диаметр 1 мм.  

АВУ устанавливается («навешивается») на два шурупа с полукруглыми головками, вкрученные в верхний деревянный косяк двери, или другую вертикальную поверхность. В задней стенке корпуса пропиливаются петли типа «уши» - в форме отверстий, имеющихся в металлических петлях-накладках для подвески мебели к стене, в которые входят головки шурупов. Глубина вкручивания шурупов в стену определяется экспериментально так, чтобы АВУ навешивался на стену плотно, с некоторым трением.

 

Уважаемые читатели!

Предлагаем Вашему вниманию гуманитарный блок к статье АВУ. 

Первая часть блока - ребус АВУ №1 (см. рисунок 6). Он сообщает, какую дополнительную функцию в схеме АВУ выполняет полевой транзистор VT2. 

  Рисунок 6.

Полный ответ к ребусу АВУ №1:

 По полному ответу к ребусу несложно выделить ответ и заодно можно проследить почему так, а не иначе читаются рисунки, составляющие ребус. Большое пожелание - не заглядывать сразу в ответ, а попытаться разгадать ребус самостоятельно.

Ответ к ребусу АВУ №1:

 

Вторая часть гуманитарного блока является бонусной. В чём заключаются бонусы, вы узнаете чуть позже, а сейчас пытаемся разгадать загадки:

Мал светлячок – яркий мужичок;

тела нет, а обе ноги из головы растут.

Если загадка не поддаётся, прочитайте подсказку: 

Зелен светлячок, всё тело – колпачок,

 снизу две спички – ждут электрички.

И последняя, третья загадка:

Маленький гномик - светящийся домик. 

Ключом обладает, что открыть с ним - не знает.

 

Разгадав загадки, следует ввести ответ к загадкам в строку «Пароль» файла «AVU_4work». Тогда вы сможете, получить комплект КД для изготовления АВУ, и в качестве бонуса готовый к термопереносу (также в масштабе = 1:1) отражённый рисунок трассировки печатной платы. Также, (к тихой радости любителей разгадывать ребусы) Вы сможете в открытом виде прочитать ответ к ребусу №1. Архив файла «AVU_4work» можно скачать здесь:

avu_4work.zip [1.04 Mb] (скачиваний: 7)

  

ВИДЕО

Если у Вас есть желание посмотреть на поделку при демонстрации её внешнего вида, то откройте видео «AVU_4work» (81,5 МБ), пройдя по ссылке:

Ссылка.

 

Для того, чтобы посмотреть этот же файл на мобильном устройстве вы можете воспользоваться QR - кодом:

А вот, что хотела сказать об АВУ голосовой помощник от Яндекса, непревзойдённый диктор – бот Алиса:

 «Автоматическое встречающее устройство», пожалуй, одна из немногих конструкций, в которой воплощено сразу три оригинальных решения. При этом само устройство осталось лишь таймером, включающим автономное освещение при открывании входной двери.

 Сначала немного критики.

1). В устройстве нет стабилизатора питающего напряжения. А это «вредит» стабильности выдержки. Впрочем, плюс-минус несколько секунд в таком случае ничего не решают.

2). Нет разъёма для питания устройства от сетевых адаптеров (блоков питания). А батарейки-то иногда приходится заменять!

3). В устройстве применён малораспространённый геркон с НЗ контактами, а для его замены приходится брать более дорогостоящий «тройник» (геркон с парой переключающихся контактов).

 Теперь – о достоинствах поделки.

1). Геркон оригинально соединяется с платой неразрываемой двухпроводной линией связи. Торчащий из гнезда штекер увеличивал бы габаритные размеры и надёжность соединения.

2). Обе половинки корпуса устройства соединяются четырьмя цветными силовыми кнопками. Прочно, эстетично и миниатюрно! И внутри корпуса стало просторнее.

3). Компактность платы автоматического встречающего устройства, позволяет разместить в корпусе устройства дополнительные функциональные блоки.

4). Автоматическое встречающее устройство не занимает лишнего места на столе, полке или другой горизонтальной поверхности, так как надёжно навешивается на любую стенку с помощью двух «мебельных» ушек.

И в заключение советы – пожелания изготовителям автоматического встречающего устройства.

1). Вместо «мизинчиковых» элементов, рекомендуется использовать пальчиковые (с большей ёмкостью).

2). Для увеличения свободного места в корпусе, я бы вдвое укоротила (на наждаке) десятимиллиметровые силовые кнопки. 

3). Я заставила бы «защитника схемы от переполярности» -  транзистор VT2, параллельно со светодиодом включать – выключать и FM-приёмник.

4). В устройство полезно будет ввести потенциометр «Выдержка». Его место - слева от кнопки «Пуск». А выдержку можно сделать от 10 секунд до 5 - 10 минут.

 На этом дозволенные речи прекращаю: улетаю на звёздный коллоквиум по защите начинающих радиолюбителей от простых, но не работоспособных схем, опубликованных в интернете. 

Пожелайте мне удачи! И почаще держите в руках ваши миролюбивые паяльники. 

  

Некоторые особенности изготовления АВУ

Рисунок 7.

Отрезать кусок стеклотекстолита для любой печатной платы можно самодельным резаком. Заготовка прорезается сначала с одной стороны (на половину толщины стеклотекстолита), а затем – с другой стороны (до проваливания резака). После этого заготовка разламывается по линии разреза и обрабатывается напильниками.

 

Рисунки 8 … 11.

Порядок снятия фольги с одной стороны двусторонне фольгированной ПП.

 Рисунок 12. 

Детали для сборки АВУ.

Рисунок 13.

Плата АВУ. Вид сверху. Осталось установить только полевые структуры (DD1, VT1, VT2).

 

Рисунок 14.

Проверка работы АВУ. Режим выключено. Постоянный магнит «влияет» на состояние геркона SF1. Контакты SF1 разомкнуты.

Рисунок 15.

Проверка работы АВУ. Режим включено. Постоянный магнит «не влияет» на состояние геркона SF1. Контакты SF1 замкнуты.

 Рисунок 16.

Эта мыльница послужит корпусом для АВУ.

 

Рисунок 17.

Тыльная сторона (задняя половинка корпуса) корпуса уже оформлена.

Рисунок 18.

Для прорезания ушек: а) центры отверстий намечают шилом; б) отверстия сверлят сверлом; в) отверстия доводят до нужной формы круглым и плоским надфилем. Диаметр больших (нижних) отверстий должен получиться на 0,2 … 0, 4 мм больше диаметра головок шурупов, на которые будет «навешиваться» корпус АВУ.

Рисунок 19.

Перед приклеиванием, рисунок ФП (фальшпанели) и верхняя крышка мыльницы слегка зашкуриваются. Клеем ПВА намазывается только крышка. Через 20 … 30 минут, когда клей подсохнет, рисунок ФП прижимают к крышке и через листок бумаги слегка разглаживают.

 Рисунок 20.

Сушка под грузом в течение 24 часов. Если под рисунок ФП положить 6-8 слоёв бумаги (для впитывания влаги), то время сушки сокращается до 2 … 4 часов. Но при такой ускоренной сушке, каждые полчаса один – два слоя бумаги, впитавшие влагу, следует удалять.

Рисунки 21, 22.

Для того, чтобы при «ламинировании» под скотчем не образовывались пузырьки воздуха, скотч следует плотно «прикатать» к ФП пальцами от одного края к другому. Удобнее «прикатывать» в четыре (а не в две) руки, так как при перекосе повторное прикатывание будет уже невозможным.

Рисунок 23.

Под силовые кнопки отверстия в собранной мыльнице делаются сверлом диаметром 1 мм. (Диаметр острой части силовой кнопки 1,1 мм.)

 Рисунок 24.

У геркона SF1 задействованы только НЗ и общий контакты.

 

Рисунок 25.

При закрытой двери осветительный LED EL1 выключен. (Но при необходимости его включить без открывания входной двери, следует нажать кнопку SB1 «Пуск»).

 

Рисунок 26.

При открытой двери осветительный LED EL1 будет постоянно включен. Выключить его можно закрыв входную дверь, но только после окончания работы таймера (через 90 секунд после включения). 

 

Рисунок 27.

Расстояние между магнитом и герконом (при закрытой двери) обычно не должно превышать 5 … 10 мм. При ненадёжном срабатывании геркона SF1, его следует повернуть, временно ослабив обхват SF1 резиновым держателем.

Примечание:

 В статье использованы ребус АВУ №1 и загадки ЗРТ № 013, 162 и ЗРТ2 № 010.