Схемы фотореле для управления освещением

Одной из задач, выполняемых при помощи фотодатчиков, является управление освещением. Такие схемы называются фотореле, чаще всего это простое включение освещения в темное время суток. С этой целью радиолюбителями было разработано немало схем, вот некоторые из них.

Наверное, самая простая схема показана на рисунке 1. Количество деталей в ней, невелико, меньше уже не получится, а эффективность, читай чувствительность, достаточно высокая.

Это достигнуто тем, что транзисторы VT1 и VT2 включены по схеме составного транзистора, называемой также схемой Дарлингтона. При таком включении коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления составляющих транзисторов. Кроме того, такая схема обеспечивает высокий входной импеданс, что позволяет подключать высокоомные источники сигнала, как показанный на схеме фоторезистор PR1.

Рисунок 1. Схема простого фотореле

Работа схемы достаточно проста. Сопротивление фоторезистора PR1 с увеличением освещенности уменьшается до нескольких КОм (темновое сопротивление несколько МОм), что приведет к открыванию транзистора VT1. Его коллекторный ток откроет транзистор VT2, который включит реле K1, которое своим контактом включит нагрузку.

Диод VD1 защищает схему от ЭДС самоиндукции, возникающей в момент выключения реле K1. Таким образом, очень маломощный сигнал фоторезистора преобразуется в сигнал достаточный для включения обмотки реле.

Чувствительность этой простой схемы достаточно высока, иногда просто избыточна. Чтобы ее уменьшить, и регулировать в необходимых пределах можно добавить с схему переменный резистор R1, показанный на схеме пунктиром.

Напряжение питания указано в пределах 5…15В, — зависит от рабочего напряжения реле. Для напряжения 6В подойдут реле РЭС9, РЭС47, а для напряжения 12В РЭС49, РЭС15. При указанных на схеме транзисторах ток обмотки реле не должен превышать 50мА.

Если вместо транзистора VT2 поставить, например, КТ815, то выходной ток может быть больше, что позволит применить более мощные реле. А вообще, чем выше напряжение питания, тем выше и чувствительность фотореле.

Схема фотореле с фотодиодом

Схема этого фотореле показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема фотореле с фотодиодом

Как и предыдущая, она также содержит минимальное количество деталей, благодаря применению операционного усилителя (ОУ). В данной схеме ОУ включен по схеме компаратора (сравнивающего устройства). Нетрудно видеть, что фотодиод LED1 включен в фотодиодном режиме, — питание подано так, что фотодиод смещен в обратном направлении.

Поэтому, при снижении уровня освещенности сопротивление светодиода Led1 возрастает, что приводит к уменьшению падения напряжения на резисторе R1, а следовательно и на инвертирующем входе компаратора OP1.

Напряжение на неинвертирующем входе ОУ устанавливается при помощи переменного резистора R2, и является пороговым — задает порог срабатывания. Как только напряжение на инвертирующем входе станет меньше, чем пороговое, на выходе компаратора появится высокий уровень напряжения, который откроет транзистор T1, который включит реле K1.

Реле и транзистор в этой схеме можно подобрать, руководствуясь рекомендациями к схеме, показанной на рисунке 6. В качестве компаратора можно использовать ОУ типа К140УД6, К140УД7 или подобные. Источник питания для схемы подойдет любой, можно даже бестрансформаторный, без гальванической развязки от сети. В этом случае при наладке следует быть внимательным, соблюдать правила техники безопасности. Идеальным вариантом следует считать использование для настройки схемы разделительного трансформатора или, как его иногда называют трансформатора безопасности.

Настройка устройства сводится к установке порогового напряжения таким образом, чтобы включение происходило уже при наступлении сумерек. Чтобы не дожидаться этого природного момента, можно в затемненной комнате засвечивать фотодиод лампой накаливания, включенной через тиристорный регулятор мощности. Эта же методика пригодна для настройки и других схем фотореле.

Возможно, что при срабатывании фотореле релюшка будет дребезжать. Избавиться от этого явления можно присоединив параллельно катушке электролитический конденсатор на несколько сотен микрофарад.

Фотореле на микросхеме

Специализированная микросхема КР1182ПМ1 представляет собой фазовый регулятор мощности, то же самое, что обычный тиристорный. Весьма важным и ценным свойством такого регулятора мощности является то, что он включается в схему как двухполюсник, не требуя для себя дополнительного провода питания: просто включил параллельно выключателю и все уже работает! На рисунке 4 показано, как на этой микросхеме можно построить несложное фотореле.

Рис. 3. Микросхема КР1182ПМ1

Рисунок 4 . Схема фотореле на микросхеме КР1182ПМ1

Управляющие выводы микросхемы 3 и 6. Если между ними подключить просто обычный однополюсный выключатель, то при его замыкании нагрузка будет отключаться! Если его разомкнуть, то нагрузка подключится. Кстати, без дополнительных внешних тиристоров или симистора, и даже без радиатора, микросхема выдерживает нагрузку до 150Вт. Это в случае, если при включении нагрузки нет бросков тока, как у ламп накаливания. Лампу накаливания в таком варианте можно включать мощностью не более 75Вт.

Просто выключатель к этим выводам подключать как бы ни к чему, если только в комплексе с другими деталями. Если не обращать внимания на фототранзистор и электролитический конденсатор, мысленно оставить только переменный резистор R1, то получается просто фазовый регулятор мощности: при перемещении его движка вверх по схеме выводы 3 и 6 замыкаются накоротко, тем самым отключая нагрузку, как упомянутым выше контактом. При перемещении движка вниз по схеме мощность в нагрузке изменяется от 0…100%. Тут все понятно и просто.

Если к этим выводам подключить электролитический конденсатор (считаем, что фототранзистора в схеме пока нет), то получится просто плавное включение нагрузки. Каким образом?

Сопротивление разряженного конденсатора невелико, поэтому поначалу управляющие выводы микросхемы 3 и 6 практически замкнуты накоротко и нагрузка отключена. По мере заряда сопротивление конденсатора возрастает (достаточно вспомнить проверку конденсаторов омметром), напряжение на нем тоже растет, мощность в нагрузке плавно увеличивается. Получается устройство плавного включения нагрузки. Причем мощность в нагрузку будет подана на столько, насколько введен движок переменного резистора R1. При отключении устройства от сети конденсатор разряжается через резистор R1, подготавливая устройство к следующему включению. Если конденсатор разрядиться не успеет, то плавного включения не будет.

Вот теперь и добрались до самого главного, до фотореле. Если теперь к управляющим выводам 3 и 6 подключить фототранзистор, то получится фотореле. Работает оно следующим образом. Днем при высокой освещенности фототранзистор открыт, поэтому сопротивление его участка коллектор – эмиттер невелико, выводы 3 и 6 замкнуты между собой, нагрузка отключена.

При плавном уменьшении освещенности в вечерние часы фототранзистор плавненько будет открываться, постепенно увеличивая мощность в нагрузке, то есть в лампе. Никаких пороговых элементов в этой схеме нет, поэтому лампа будет зажигаться и гаснуть постепенно.

Чтобы фотореле не сработало в тот момент, когда включится своя же лампа, фототранзистор желательно защитить от такой подсветки. Проще всего это сделать с помощью пластиковой трубки.

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте сеть умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-университет от GeekBrains:

Изучить C, механизмы отладки и программирования микроконтроллеров;

Получить опыт работы с реальными проектами, в команде и самостоятельно;

Получить удостоверение и сертификат, подтверждающие полученные знания.

Starter box для первых экспериментов в подарок!

После прохождения курса в вашем портфолио будет: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная сеть устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-регулятор), устройство контроля влажности воздуха, система умного полива растений, устройство контроля протечки воды.

Вы получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный сертификат, которые можно добавить в портфолио и показать работодателю.

Источник

Автомат включения освещения на основе PIR

Хочу поделиться своим опытом применения профессиональных пироэлектрических пассивных инфракрасных датчиков (PIR). Речь о датчиках, которые используются в системах охранной сигнализации. Именно эти датчики я давно использую для автоматического включения и отключения освещения. Вы спросите – к чему вся эта суета, если подобный датчик для бытового применения можно свободно приобрести в магазине? Причины, конечно, есть, и их даже несколько. Те, кто уже имел опыт использования подобных бытовых датчиков, прекрасно знают, что качество их работы, и качество того, как они сделаны, очень часто, как говорится – «ниже плинтуса». Не скажу, что они все такие, но при их покупке необходимо осознавать, что Вы покупаете «кота в мешке». В личной практике, был опыт покупки подобного бытового датчика…Я потом, был вынужден потратить ещё три дня, чтобы довести его работу «до ума». Второй серьёзный недостаток – из-за особенностей их схемотехники, большинство из них, не способны включать нагрузку мощностью менее 60 Вт. И это очень большой недостаток. Почему это так, поясню позже. Очень плохо и то, что они не имеют гальванической развязки от сети 220 Вольт, что – плохо, в любом случае.

Именно по этим причинам, я использую только профессиональные датчики. Следует особо отметить, что эти датчики есть в свободной продаже, и цены на них соизмеримы с бытовыми датчиками. Профессиональные датчики – надёжны, по определению, и качество их работы никогда не вызывает проблем.

Очевидно, что человек, который не дружит с электричеством, не сможет использовать этот датчик. Но имея даже небольшой опыт работы с паяльником, Вы сможете это сделать. О практической пользе автомата, который включает свет везде, где Вы появляетесь, пояснять особо – нечего, это и так понятно. Но положительные эмоции, которые он вызывает, просто словами не передать – после установки первого автомата, мне целый год хотелось поклониться в знак благодарности, когда при входе в прихожую, вдруг сам зажигался свет. Теперь уже давно, и подсветка столов кухонного гарнитура, свет в туалете, в ванной комнате, коридоре – включается сам. Получаешь этакий а-ля «умный дом», но, правда, без «мозгов» пока.

В рамках данной статьи, мы не будем вдаваться подробно в сам принцип работы датчика – об этом уже много написано. Пусть оно «булькает» там, как то там.… Нам важно другое – сделать так, чтобы датчик включал свет.

Будем потихоньку двигаться в цели, и к концу повествования, станет ясно, что теперь всё ясно.

Начнём с самого датчика, естественно. Как он выглядит, рассказывать не буду – все видели. Важно другое – внутри, мы найдём плату с клеммной колодкой с подписями — +\- 12 V и символами контактов нормально замкнутого реле. Сразу понятны две вещи – понадобится блок питания на 12 Вольт (о нём подробнее позже поговорим, каким он должен быть, зависит от того, что ещё вы будете им питать)…, и то, что сразу использовать штатные контакты реле мы не можем. Ну что же – датчик – он и в Африке – датчик, его работа – команды раздавать. А контакты его реле работают так – когда движения перед датчиком нет, его контакты – замкнуты, и они разрываются лишь на несколько секунд, в сам момент срабатывания датчика (когда он «увидит» движение).

Непосредственно включать и выключать свет, будет другой блок — назовём его – таймер . Принцип его работы станет понятен, если мы посмотрим его схему.

Сама схема таймера настолько проста, что я для неё даже плату никогда не делал, а монтировал все элементы навесным монтажом прямо на выводах реле. Логика работы таймера очень проста.

При отсутствии движения, контакты реле датчика движения – замкнуты. Потенциал анода VD1 равен нулю. Конденсатор С1 – разряжен (через резистор R2), полевой транзистор – закрыт, реле Р1 – выключено. При срабатывании датчика, контакты реле датчика кратковременно размыкаются, при этом, конденсатор С1 быстро заряжается по цепи — +12V_резистор R1_ диод VD1_ — 12V. При этом, транзистор Т1 включает реле Р1. Затем контакты реле датчика вновь замыкаются, и конденсатор С1 начинает медленно (около четырёх минут) разряжаться через резистор R2 (через замкнутые контакты реле датчика, С1 разряжаться не может – этому препятствует запертый диод VD1).

Весь фокус в том, что если в течение этих четырёх минут, датчик заметит хоть малейшее движение, конденсатор С1 вновь зарядится до максимума, и отсчёт четырёхминутного периода времени начнётся заново. Иными словами – свет в помещении не погаснет до тех пор, пока датчик движения «видит», что в помещении есть движение. Свет погаснет лишь через четыре минуты после того, как все покинули это помещение. Время выдержки можно изменить, изменив номиналы С1 или R2, но практика показала, что четыре минуты – вполне достаточно – высидеть четыре минуты без движения, конечно можно, но это надо сильно постараться.

Про сам принцип работы, надеюсь, уже всё понятно. Осталось рассказать про всякие нюансы использования.

Рисунок ниже – схема включения нагрузки на 220 Вольт. Поясню назначение опции «дежурный свет». Практика использования автомата включения света, к примеру, в ванной комнате, показала, что входить в неё, гораздо комфортней, когда в ней полумрак, а не полная темнота. Эту дежурную подсветку и обеспечивает постоянно включенный светодиод HLдс (достаточно лишь одного светодиода). Он потребляет лишь 180 мВт, но значительно повышает комфорт.

Ниже – схема включения светодиодного светильника на 12 Вольт (как сделать светильник – поясню ниже).

Печатная плата таймера может выглядеть, например, так

Но её желательно будет подкорректировать под реле, которое Вы планируете использовать.

Подробности про блок питания на 12 Вольт. Его лучше использовать уже готовый, от какого-нибудь модема, к примеру. Мощность его должна быть, как правило, не велика. Давайте прикинем – сам датчик движения потребляет всего 20 мА, плюс таймер – 50-60 мА, то есть, без светодиодного светильника, достаточно совсем маломощного БП, рассчитанного на потребляемый ток 100-200 мА.

Если питать от блока питания и сам светодиодный светильник, то основной ток будет потреблять сам светодиодный светильник, в этом случае, блока питания на 12 Вольт, с максимальным током 1 Ампер, Вам должно хватить вполне. Такой блок питания легче использовать готовый, чем собирать самому. Но как Вам удобней – решайте сами.

Светодиодный светильник достаточно просто сделать самому, из отрезков светодиодной ленты. Подробно рассказывать, как это сделать я не буду – там всё очевидно на фотографии ниже. Его я использую для освещения разделочного стола в кухонном гарнитуре.

Подавать питание на подобный автомат, удобно в том месте, где ранее был подключен патрон лампочки. Это позволит использовать штатный выключатель. Уходя на работу, Вы, как обычно выключаете свет, и автомат полностью обесточивается.

Сделайте себе такой автомат, и он долгие годы будет обеспечивать комфорт Вам и Вашим близким. Уверяю, Вы ещё долго потом будете задавать себе вопрос – и почему же я не сделал это раньше?

Примечание

Некоторые из профессиональных датчиков, после подачи питания, производят самодиагностику, поэтому, первая команда может появляться с задержкой в 15-20 секунд. Это штатная работа датчика, и не следует воспринимать это, как признак ненормальной работы.

Напомню, так же – необходимо правильно выбрать место расположения самого датчика движения. Он, по возможности, должен всегда «видеть» Вас, где бы в данном помещении Вы ни находились.

И ещё маленький совет – если на кухонном гарнитуре Вы планируете разместить два светодиодных светильника, их желательно сделать в одно время, и из одной и той же светодиодной ленты. Причина проста – все светодиоды немного отличаются по спектру излучения, и если делать светильники в разное время и из разных светодиодных лент, то велик риск того, что оттенок белого света у них будет разный, что сильно бросается в глаза. И светодиодную ленту надо купить с «запасом», чтобы при выходе из строя отдельных светодиодов (что случается раз в год), было чем их заменить. Ленту для светильников, желательно испо льзовать без п ластикового покрытия. Это значительно облегчит последующий ремонт светильников.

Ещё, буквально два слова про полевой транзистор VT1 в схеме таймера — мой выбор указанный в перечне, может показаться странным, но причина проста — там можно ставить практически любой с N-каналом, который есть под рукой и который не жалко. Важно лишь, чтобы он имел реально большое сопротивление исток- затвор ( без встроенных резисторов и защитных стабилитронов).

Источник