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Come realizzare un relè orario fai-da-te
Che cos'è un relè orario? Algoritmo di azione relè di tempo abbastanza semplice, ma a volte può causare ammirazione. Se ricordiamo le vecchie lavatrici, che erano affettuosamente chiamate il "secchio con un motore", allora l'azione del timer era molto chiara: girarono la manopola di alcuni tick, qualcosa iniziò a battere dentro e il motore si accese.
Non appena il puntatore della maniglia ha raggiunto la divisione della scala zero, il lavaggio è terminato. Più tardi, apparvero macchine con due timer: lavaggio e rotazione. In tali macchine, i relè temporali erano realizzati sotto forma di un cilindro di metallo, in cui era nascosto il meccanismo dell'orologio, e all'esterno c'erano solo contatti elettrici e una manopola di controllo.
Lavatrici moderne: anche le macchine automatiche (con controllo elettronico) dispongono di un temporizzatore e diventa impossibile distinguerlo come elemento separato o parte sulla scheda di controllo. Tutti i ritardi vengono ottenuti a livello di codice utilizzando il microcontrollore di controllo. Se osservi attentamente il ciclo della lavatrice automatica, il numero di ritardi non può essere conteggiato. Se tutti questi ritardi temporali venissero eseguiti sotto forma di un meccanismo a orologio del suddetto, semplicemente non ci sarebbe abbastanza spazio nel corpo della lavatrice.
Relè a tempo Sono utilizzati non solo nelle lavatrici, ad esempio nei forni a microonde, con l'aiuto di ritardi, non solo il tempo di funzionamento è regolato, ma anche la potenza di riscaldamento. Questo viene fatto come segue: la tensione RF si accende per 5 secondi e si spegne per 5. La potenza di riscaldamento media in questo caso è del 50%. Per ottenere il 30% di potenza, è sufficiente accendere la RF per 3 secondi. Di conseguenza, nello stato spento, la lampada ad alta frequenza si trova per 7 secondi. Naturalmente, questi numeri possono essere diversi, ad esempio 50 e 50 o 30 e 70, proprio qui viene mostrato il rapporto del tempo di accensione / spegnimento dell'HF.
La menzione di vecchie lavatrici è data per un motivo. È qui, in questo esempio, che puoi vedere, persino sentire con le mani, come funziona il relè orario.
Ruotare la manovella in senso orario non è altro che una velocità dell'otturatore. L'attuatore (motore elettrico) viene immediatamente acceso. La velocità dell'otturatore, in questo caso in minuti, determina l'angolo di rotazione della maniglia. Pertanto, vengono eseguite due azioni contemporaneamente: caricamento del tempo di esposizione e avvio effettivo del ritardo stesso. Trascorso il tempo impostato, l'attuatore viene spento. Tutti i relè temporizzati o i timer funzionano anche in modo approssimativo, anche quelli nascosti all'interno microcontrollori (MK).
Dall'orologeria all'elettronica
Come ottenere un ritardo utilizzando MK
La velocità della moderna MK è molto alta, fino a diverse decine di mips (milioni di operazioni al secondo). Sembra che non molto tempo fa ci sia stata una lotta per 1 mips sui personal computer. Ora anche MK obsoleti, ad esempio la famiglia 8051, soddisfano facilmente questo 1 mips. Pertanto, occorrerà esattamente un secondo per completare 1.000.000 di operazioni.
Ecco una soluzione apparentemente pronta, come ottenere un ritardo. Esegui la stessa operazione un milione di volte. Questo può essere fatto semplicemente se questa operazione è ripetuta nel programma. Ma il problema è che oltre a questa operazione, MK per un secondo non può fare altro. Qui hai il successo dell'ingegneria, qui hai i mips! E se hai bisogno di una velocità dell'otturatore di diverse decine di secondi o minuti?
Timer: un dispositivo per il conteggio del tempo
Per evitare un tale imbarazzo, il processore non si è semplicemente riscaldato, eseguendo un comando non necessario che non avrebbe fatto nulla di utile, i timer sono stati integrati nel MK, di regola, molti di loro.Se non si entra nei dettagli, il timer è un contatore binario che conta gli impulsi generati da un circuito speciale all'interno del MK.
Ad esempio, nella famiglia MK 8051, un impulso di conteggio viene generato quando viene eseguito ciascun comando, ad es. il timer conta semplicemente il numero di istruzioni macchina eseguite. Nel frattempo, l'unità centrale di elaborazione (CPU) è silenziosamente impegnata nell'esecuzione del programma principale.
Supponiamo che il timer inizi il conteggio (esiste un comando di avvio del contatore per questo) da zero. Ogni impulso aumenta il contenuto del contatore di uno e, alla fine, raggiunge il valore massimo. Successivamente, i contenuti del contatore vengono ripristinati. Questo momento è chiamato "overflow del contatore". Questa è precisamente la fine del ritardo (ricorda la lavatrice).
Supponiamo che il timer sia a 8 bit, quindi può essere utilizzato per calcolare un valore nell'intervallo 0 ... 255, oppure il contatore traboccerà ogni 256 impulsi. Per ridurre la velocità dell'otturatore, è sufficiente iniziare il conteggio non da zero, ma da un valore diverso. Per ottenerlo, è sufficiente caricare prima questo valore nel contatore, quindi avviare il contatore (ancora una volta, ricordare la lavatrice). Questo numero precaricato è l'angolo di rotazione del relè temporale.
Un tale timer con una frequenza di operazioni di 1 mips ti consentirà di ottenere una velocità dell'otturatore di un massimo di 255 microsecondi, ma hai bisogno di pochi secondi o addirittura minuti, cosa dovresti fare?
Si scopre che tutto è abbastanza semplice. Ogni overflow del timer è un evento che provoca l'interruzione del programma principale. Di conseguenza, la CPU passa alla subroutine corrispondente, che di questi piccoli estratti può aggiungere qualsiasi, almeno fino a diverse ore e persino giorni.
La routine del servizio di interruzione è in genere breve, non più di alcune dozzine di comandi, dopodiché si verifica nuovamente il ritorno al programma principale, che continua a essere eseguito dallo stesso posto. Prova questo estratto con una semplice ripetizione dei comandi su cui è stato detto sopra! Anche se, in alcuni casi, devi fare proprio questo.
Per fare questo, c'è un comando NOP nei sistemi di comando del processore, che non fa nulla, richiede solo tempo di macchina. Può essere utilizzato per riservare la memoria e, durante la creazione di ritardi, solo molto brevi, nell'ordine di alcuni microsecondi.
Sì, il lettore dirà come ha sofferto! Dalle lavatrici direttamente ai microcontrollori. E cosa c'era tra questi punti estremi?
Cosa sono i relè temporizzati?
Come già accennato, Il compito principale del relè di tempo è quello di ottenere un ritardo tra il segnale di ingresso e il segnale di uscita. Questo ritardo può essere generato in diversi modi. I relè temporali erano meccanici (già descritti all'inizio dell'articolo), elettromeccanici (anch'essi basati su un orologio, solo la molla è avvolta da un elettromagnete), nonché con vari dispositivi di smorzamento. Un esempio di tale relè è l'interruttore orario pneumatico mostrato in Figura 1.
immagine 1. Relè temporizzato pneumatico.
Il relè è costituito da un azionamento elettromagnetico e un attacco pneumatico. La bobina del relè è disponibile per tensioni di funzionamento di 12 ... 660 V CA (16 valori nominali totali) con una frequenza di 50 ... 60 Hz. A seconda della versione del relè, la velocità dell'otturatore può iniziare quando viene attivata o quando viene rilasciato il comando elettromagnetico.
Il tempo è fissato da una vite che regola la sezione trasversale del foro affinché l'aria esca dalla camera. I relè temporali descritti differiscono in parametri non molto stabili, pertanto, ove possibile, vengono sempre utilizzati i relè temporali elettronici. Allo stato attuale, tali relè, sia meccanici che pneumatici, possono forse essere trovati solo in apparecchiature antiche, che non sono ancora state sostituite da apparecchiature moderne, e persino in un museo.
Relè orari elettronici
Forse uno dei più comuni era la serie di relè VL-60 ... 64 e alcuni altri, ad esempio i relè VL-100 ... 140.Tutti questi timer sono stati costruiti su un chip specializzato KR512PS10. L'aspetto del relè della linea aerea è mostrato nella Figura 2.
Figura 2. Relè temporizzati serie VL.
Il circuito del relè VL - 64 è mostrato nella Figura 3.
Figura 3 Schema del timer VL - 64
Quando viene fornita una tensione all'ingresso attraverso il ponte raddrizzatore VD1 ... VD4, la tensione attraverso lo stabilizzatore sul transistor KT315A viene fornita al chip DD1, il cui generatore interno inizia a generare impulsi. La frequenza degli impulsi è regolata da un resistore variabile PPB-3B (è quello che viene visualizzato sul pannello frontale del relè), collegato in serie con un condensatore di temporizzazione 5100 pF, che ha una tolleranza dell'1% e un TKE molto piccolo.
Gli impulsi ricevuti sono contati da un contatore con un coefficiente di divisione variabile, che viene impostato commutando i terminali del microcircuito M01 ... M05. Nel relè serie VL, questa commutazione è stata eseguita in fabbrica. Il coefficiente di divisione massimo dell'intero contatore raggiunge 235.929.600. Secondo la documentazione per il microcircuito, a una frequenza dell'oscillatore principale 1 Hz, la velocità dell'otturatore può raggiungere più di 9 mesi! Secondo gli sviluppatori, questo è abbastanza per qualsiasi applicazione.
Il pin 10 del chip END è la fine della velocità dell'otturatore, collegato all'ingresso 3 - ST start - stop. Non appena viene visualizzata una tensione di alto livello sull'uscita END, il conteggio degli impulsi si interrompe e una tensione di alto livello appare sulla nona uscita di Q1, che aprirà il transistor KT605 e il relè collegato al collettore KT605 scatterà.
Relè a tempo moderno
Di regola, sono fatti su MK. È più facile programmare un microcircuito proprietario già pronto, aggiungere alcuni pulsanti, un indicatore digitale, piuttosto che inventare qualcosa di nuovo, e poi perfezionare il tempo. Tale relè è mostrato in Figura 4.
Figura 4 Relè temporizzato a microcontrollore
Perché un relè temporizzato fai-da-te?
E sebbene ci sia un numero così grande di interruttori orari, quasi per tutti i gusti, a volte a casa devi fare qualcosa di tuo, spesso molto semplice. Ma tali disegni spesso si giustificano completamente e completamente. Eccone alcuni.
Non appena abbiamo appena esaminato il funzionamento del microcircuito KR512PS10 come parte del relè della linea aerea, dovremo iniziare a considerare i circuiti amatoriali da esso. La Figura 5 mostra il circuito del timer.
Figura 5. Timer sul microcircuito KR524PS10.
Il microcircuito è alimentato dallo stabilizzatore parametrico R4, VD1 con una tensione di stabilizzazione di circa 5 V. Al momento dell'accensione, il circuito R1C1 genera un impulso di ripristino del microcircuito. Questo avvia il generatore interno, la cui frequenza è impostata dalla catena R2C2 e il contatore interno del microcircuito avvia il conteggio degli impulsi.
Il numero di questi impulsi (rapporto di contro divisione) viene impostato commutando i terminali del microcircuito M01 ... M05. Con la posizione indicata nel diagramma, questo coefficiente sarà 78643200. Questo numero di impulsi costituisce l'intero periodo del segnale sull'uscita END (pin 10). Il pin 10 è collegato al pin 3 ST (avvio / arresto).
Non appena l'uscita END è impostata su un livello alto (è stato contato mezzo periodo), il contatore si arresta. Allo stesso tempo, anche l'uscita Q1 (pin 9) imposta un livello alto, che apre il transistor VT1. Attraverso un transistor aperto, il relè K1 viene attivato, che controlla il carico con i suoi contatti.
Per avviare il ritardo, è sufficiente spegnere e riaccendere brevemente il relè. Lo schema di temporizzazione dei segnali END e Q1 è mostrato nella Figura 6.
Figura 6. Diagramma dei tempi dei segnali END e Q1.
Con i valori della catena di temporizzazione R2C2 indicati nel diagramma, la frequenza del generatore è di circa 1000 Hz. Pertanto, il ritardo per il collegamento indicato dei terminali M01 ... M05 sarà di circa dieci ore.
Per ottimizzare la velocità dell'otturatore, è necessario eseguire le seguenti operazioni. Collegare i terminali M01 ... M05 nella posizione "Seconds_10", come mostrato nella tabella in figura 7.
Figura 7. Tabella delle impostazioni del timer (clicca sull'immagine per ingrandire).
Con questa connessione, ruotare la resistenza variabile R2 per regolare la velocità dell'otturatore per 10 secondi. dal cronometro. Quindi collegare i terminali M01 ... M05, come mostrato nello schema.
Un altro diagramma su KR512PS10 è mostrato nella Figura 8.
Figura 8 Relè temporizzato KR512PS10
Un altro timer sul chip KR512PS10.
Per cominciare, prestiamo attenzione al KR512PS10, più precisamente, ai segnali END, che non sono affatto mostrati, e al segnale ST, che è semplicemente collegato a un filo comune, che corrisponde a un livello zero logico.
Con questa accensione, il contatore non si arresterà, come mostrato nella Figura 6. I segnali END e Q1 continueranno ciclicamente, senza arrestarsi. La forma di questi segnali sarà un classico meandro. Pertanto, si è scoperto solo un generatore di impulsi rettangolari, la cui frequenza può essere controllata da un resistore variabile R2, e il fattore di divisione del contatore può essere impostato secondo la tabella mostrata nella Figura 7.
Gli impulsi continui dall'uscita di Q1 vanno all'ingresso di conteggio del contatore decimale - decodificatore DD2 K561IE8. La catena R4C5, quando attivata, reimposta il contatore su zero. Di conseguenza, all'uscita del decodificatore “0” (pin 3) appare un livello elevato. Alle uscite 1 ... 9 livelli bassi. Con l'arrivo del primo impulso di conteggio, un livello alto si sposta sull'uscita "1", il secondo impulso imposta un livello alto sull'uscita "2" e così via, fino all'uscita "9". Quindi il contatore trabocca e il ciclo di conteggio ricomincia.
Il segnale di controllo risultante attraverso l'interruttore SA1 può essere inviato al generatore di suoni sugli elementi DD3.1 ... 4 o all'amplificatore di relè VT2. La quantità di ritardo dipende dalla posizione dell'interruttore SA1. Con i collegamenti terminali M01 ... M05 indicati nello schema e i parametri della catena di temporizzazione R2C2, è possibile ottenere ritardi che vanno da 30 secondi a 9 ore.
Boris Aladyshkin
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