Датчик света 220 своими руками

Делаем фотореле своими руками

Одним из многочисленных автоматов, в общем смысле слова, является фотореле. Оно визуально незаметно, малофункционально и применяется во многих нишах. Устройство обладает единственной реакцией на внешний фактор наличия или отсутствия света — соединение или разрыв линии, по которой идет ток. Последнее используется как напрямую для отключения или активации потребителей, так и в качестве сигнального импульса. Встретить фотореле можно во многих сферах жизни, от контрольных линий производства или турникетов метро, до их присутствия в роли элементов выключателей освещения различного плана.

Турникеты в метро:

Многие не раз попадали в ситуации, когда в темноте не видно расположения предметов. Причем это мешает не только процессу личного перемещения, но и создает неудобство, когда нужно что-то найти в темноте. Вопрос вполне решаем установкой лампы. Вот только сразу выявляется проблема с ее включением в темноте. Здесь в роли автомата может применятся фотореле, включающее освещение именно в те моменты, когда наступает темнота.

Упомянутая ниша использования не единственная. На основе реакции датчика на видимое излучение, построены и считающие единицы товара приборы, и охранные устройства. Оба названых типа определяют пересечение луча света объектом. На том же принципе бывают выполнены системы автоматического открытия дверей, ворот или шлагбаумов.

Простота конструкции позволяет легко изготовить комплекс из реагирующей части и фотореле своими руками, о чем и пойдет речь в статье. Будут рассмотрены виды соединения готовых сборок, выпускаемых промышленностью и их схемы, раскрывающие сущность названых частей, от самых элементарных, до использующих в своей основе микроконтроллер.

Схема простого фотореле

Начнем с простого устройства наподобие ночника. Когда светло, он выключен, но чем темнее становится, тем ярче горит лампа. Сразу маленькое напоминание — питание устройства 220 В, так что нужно быть аккуратнее и внимательнее при его сборке и проверке.

Чем меньше освещенность фоторезистора, тем сильнее открыт семисторный ключ Q6004LT. Соответственно, больше тока предоставляется нагрузке, в роли которой выступает маломощная лампа накаливания.

Есть вариант описанной схемы, использующий уже 5 элементов. В ней лампа просто загорается в темноте на максимальную яркость и гаснет в моменты попадания света на фоторезистор.

Простая схема фотореле:

Настройка чувствительности выполняется подбором значения R1. Изменять в какую-либо сторону его нужно в относительно небольших пределах. Мощность резистора выбирается для всех случаев равной 1 Вт. Семистор КУ208Г можно сменить на КУ601Г без потери функциональности конечного устройства, но в любом случае, на названый элемент схемы нужно ставить теплоотвод — при использовании указанной нагрузки, он сильно греется.

Другой несложной конструкцией можно назвать использование фотореле в связке с несколькими транзисторами. Приведенная схема изначально рассчитана на подключение потребителей через линию размыкания электромагнитного реле.

Фоторезистор PR1 с подстроечником R1 выступают в роли делителя напряжения, управляющего состоянием транзистора VT1, который в свою очередь открывает или закрывает VT2. Последний, и производит пропуск тока на реле K1, размыкающее или соединяющее линию питания нагрузки. Диод VD1 шунтирует скачки тока в моменты срабатывания электромагнитного элемента, защищая транзисторы.

Обратите внимание! Указанное устройство питается уже не от сети 220 В, а имеет свой токовый ввод от 5 до 15 В. Что касается функций подстроечника R1 — он нужен для установки чувствительности к потоку света, приводящего к срабатыванию самого устройства.

Повторяемый промышленный вариант

В качестве своеобразного эталона рассмотрим схему фотореле ФР-602 от компании EIK. Большая часть представленных на рынке устройств аналогичного плана конструктивно похожи, отличаясь лишь в мелочах.

Принципиальная схема фотореле вместе с печатной платой:

Как видно, конструкция проста и может быть выполнена в домашних условиях. Элементарная база:

Обозначение на схеме	Модель/тип	Характеристики	Аналоги
С2	Конденсатор	0.7мкф, 400 В
C4	Электролитический конденсатор	100 мкф, 50 В
C5		47 мкф 25 В
R2	Резистор	1.5 МОм, 0.125 Вт
R3		220 Ом, 2 Вт
R4		1 МОм, 0.125 Вт
R5		560 кОм, 0.125 Вт
R6		200 кОм, 0.125 Вт
R7		100 кОм, 0.125 Вт
R8		75 кОм, 0.125 Вт
R9		33 кОм, 0.125 Вт
WL	Построечный резистор	2.2 мОм
ZD1	Стабилитрон 1N4749	24 В	3 последовательно соединенных Д814А, или 2 Д814Д
D1-D5	Выпрямительный диод 1N4007
VD1	Выпрямительный диод 1N4148
Q1, Q2	Биполярный транзистор BC857A	КТ3107Б
PH	Фотоэлемент (фоторезистор)	До 110 кОм
Rel	Реле SHA-24VDC-S-A (Rel1)

Схема подключения классических фотореле к линии потребления

Все виды выпускаемых промышленностью или сделанных самостоятельно реле, требуют отдельного питания. Соответственно, и два контакта устройства будут предназначены названым целям. Причем встречаются модели фотореле без встроенного преобразователя напряжения, что означает подачу питания к ним не от сети 220 В, а через отдельный понижающий блок. Линий, идущих к потребителям может быть несколько, в зависимости от количества внутренних электромагнитных переключателей. Причем ввод может быть и раздельным для каждого контакта, — объединенным между прочими — или вообще интегрированным с питанием самого фотореле.

Датчик света у большинства моделей встроен в корпус самого устройства, но существуют и раздельные варианты, позволяющие выносить его в сторону от самого аппарата. Последнее нужно для случаев исключения засветки фотоприемника от управляемых ламп, чтобы система не превращалась в стробоскоп. То есть, когда темно — аппарат включает лампы. Становится светло — он их отключает. Опять срабатывает на мрак. И так по кругу.

Одинарная

Описанная ранее модель ФР-602 и аналогичные ей подключаются к линии следующим образом:

На большое количество потребителей энергии

Для управления мощной нагрузкой, например, при подключении прожектора или многочисленных ламп, лучше использовать промежуточные реле. В роли последних выбираются соответствующие приборы, которые выдерживают прохождение большого тока, достаточного для питания. Примером могут стать РК-1p/2p (Un), МРП-2, IEK ORM-41F-1, DEKraft ПР-102 и им подобные. Обратите внимание, что часть из реле аналогичного плана рассчитаны на управление переменным током (AC), в то время как другие постоянным (DC). Кроме того, напряжения включения может отличаться в нижнюю сторону от номинала розетки. Последние два фактора важно учитывать при проектировании монтажной схемы. Если реле-посредник питается от постоянного тока, то фотореле должно управлять подачей электричества к блоку преобразования. Который уже включившись, приведет в действие электромагнитный контактор, активирующий основную линию питания клиентских устройств.

Использование иных моделей фотореле

Здесь представлена схема подключения фотореле для другого варианта исполнения конечного автомата — с выносным датчиком чувствительности к свету и раздельными контактными линиями. Изначально она подготовлена для ФР-7Е, но подходит и для аналогичных моделей иных производителей.

Обратите внимание, что представленное фотореле и упомянутое ранее, различаются корпусом, а в частности защитой устройства от внешних факторов. ФР-601/602 можно безболезненно размещать под открытым небом на улице, а у ФР-7Е для аналогичного действия требуется установка дополнительного кожуха. Но устройства подобного плана установки выпускаются со всеми необходимыми креплениями в стандартный электротехнический щиток, включая подготовленные места монтажа к DIN-рейке.

Расширение функциональности с добавлением реле времени

Планируя использовать фотореле для уличного освещения своими руками, можно слегка расширить его функциональность, добавив таймер отключающий свет через установленное время. Причина проста — не нужно тратить электричество на работу ламп всю ночь, когда они точно никому не нужны. С целью реализации можно использовать реле отключения, наподобие IEK ORT-A2-AC230V, THC-B1 или аналогичные.

Расширенная схема питания уличного освещения:

Микропроцессорное фотореле

Современные технологии коснулись и фотореле. Все чаще начинают применяться устройства на базе микроконтроллеров, которые позволяют не только производить определение наличия светового потока, но и совмещать множество других функций. Причем расширение не требует сильного изменения аппаратной составляющей, достаточно модифицировать внутреннюю программу.

Микроконтроллер — маленький компьютер, изначально ориентированный на управление устройствами в зависимости от внешних факторов и алгоритма. Кроме того, его возможностей вполне достаточно для присоединения к общей цифровой сети, объединяющей группы оборудования различного плана.

Также стоит упомянуть о промышленных образцах фотореле, оснащенных «умной» частью. Но их функциональность обычно ограничена производителем. Поэтому лучше рассмотреть другую систему. К примеру, Arduino. Его возможностей вполне достаточно для осуществления контроля света, отключения линии днем и ночью, отправки сообщений о текущем используемом режиме или сигнализации о нарушениях в работоспособности лампы.

На аппаратной стороне, все что непосредственно не касается функций контроля, возлагается на дополнительно подключаемые «шилды» к Arduino. В приведенной схеме последнее будет относиться к часам, датчику света и самому реле. Вопрос отправки статуса конечному владельцу решается за счет GSM модуля связи, который и будет отсылать SMS о текущем режиме работы системы.

Принципиальная схема конструкции достаточно проста:

Есть примечание, касающееся приведенной сборки. Обратите внимание, что релейный модуль имеет стороннее питание. Это сделано в целях избежания скачков тока, так как шилд берет много электричества из общей линии и может вызвать «просадку» напряжения при переключениях. Отдельное питание рекомендуется и SIM800L (на приведенной схеме он подключен напрямую к самому Arduino). Также модуль GSM-связи достаточно потребляющий элемент — ему нужно выработать определенную мощность для соединения с сотовой вышкой, а взять энергию с названой целью он может только из линии снабжения.

Что касается программной части, написать соответствующий алгоритм сможет любой, знакомый с программированием микроконтроллеров Arduino. Тем более, есть множество кодов в интернете.

Несмотря на функциональную простоту фотореле, ниш применения у него достаточно. Тем более, что малые возможности расширяются добавлением новых за счет небольшого усложнения схемы и использования микроконтроллеров.

Видео по теме

Источник

Фотореле для светодиодной кухонной подсветки своими руками

Пришёл в гости друг с вопросом – а можно ли сделать фотореле для светодиодной кухонной подсветки? Подсветка самодельная – метр обычной светодиодной ленты с потребляемым током 0,3 А. Напряжение питание будет не очень стабильное – что то около 11 В. Нужно чтобы при наступлении вечерних сумерек освещение включалось, а при окончании утренних выключалось. Контроль уровня освещённости должен иметь петлю гистерезиса для того, чтобы исключить мерцание при включении освещения.

Конечно же, сразу захотелось сказать «да не вопрос, чего там делать-то!». Но решил сказать «надо попробовать» — мало ли чего, вот например, совсем не помню, какие есть в наличии фоточувствительные приборы…

И, в общем, правильно сделал, что не стал торопиться. Оказалось, что есть только фотодиоды ФД-8К и два фоторезистора разных типов – один, похоже, импортный со стёртой маркировкой, второй – наш «советский» ФСД-1 (немного «покоцаный» за долгую жизнь) (рис.1). Во время экспериментов оказалось, что собирать простую схему намного проще на опторезисторе, так как фотодиод имеет большую чувствительность и, кроме того, что нужный порог срабатывания поймать достаточно трудно, так ещё и нужно качественное питание, без пульсаций и просадок, чтобы этот порог не менялся.

В общем, после небольших экспериментов и макетирования «воздушным монтажом» (рис.2) родилась схема, показанная на рисунке 3.

Датчиком освещённости является фоторезистор R1, образующий совместно с подстроечным резистором R2 делитель напряжения с возможностью изменения уровня контролируемого напряжения. Цепочка R3С1 – фильтр низкой частоты с частотой среза около 9 Гц (по -3dB). На транзисторах VT1 и VT2 собран триггер Шмита, обладающий петлёй гистерезиса (принципиальная схема взята из [1], стр.301) с порогами срабатывания около 0,63 В и 1,7 В при напряжении питания 12 В (величина петли определяется сопротивлением резистора R6 – чем меньше сопротивление, тем меньше разница между порогами срабатывания). При питании 10 В границы смещаются вниз – 0,62 В и 1,5 В. Выходной сигнал триггера управляет транзистором VT3, нагрузкой которого является светодиодная лента LS603 длиной 1 метр (рис.4). Резистор R7 ограничивает ток базы VT3. Падение напряжения на этом транзисторе в открытом состоянии не превышает 140 мВ.

Было собрана два варианта плат – с обычными выводными деталями и с SMD монтажом. Первый вариант был оставлен себе, второй отдан другу. На рисунке 5 показаны этапы изготовления фотореле с SMD деталями – голая плата, плата с деталями, настройка и то, что в итоге получилось в корпусе и было отдано на установку (схема на рисунке 6.) Некоторые номиналы резисторов отличаются от указанных на рисунке 3, транзисторы применены PMSS3904 (маркировка р04) и FMMT2907A (маркировка 2F). В самый последний момент в схему был добавлен ещё один подстроечный резистор сопротивлением 4,7 кОм – он установлен параллельно R5. Это даёт возможность менять границы петли гистерезиса (на схеме не показан, тип резистора – СП3-4бМ).

Все детали взяты со старых компьютерных плат (рис.7) – материнок, видеокарт и сетевых карт. Замена элементов может быть разнообразной, главное – это чтобы ток через резистор R7 не превышал максимального значения для VT3 и чтобы ток потребления светодиодной ленты не превышал максимального значения тока коллектора VT3. Также следует учитывать соотношение сопротивлений резисторов R4R5R6, так как при «малой петле» гистерезиса возможно моргание ленты, а при очень «большой» есть вероятность, что освещение отключится только к полудню или даже не отключится вовсе в сумрачные дни.

Для питания фотореле подойдут любые блоки питания – импульсные или трансформаторные (рис.8), главное, чтобы они могли долговременно работать с тем током, что потребляет лента (не менее 0,3 А) и чтобы их выходное напряжение было выпрямлено и отфильтровано и находилось в нужных пределах (11 В…13 В).

В результате всех этих экспериментов в моём варианте подсветка получилась достаточно яркой (рис.9.), хотя ещё не полностью сделана над электрической плитой.

Выше была показана печатная плата с резанными дорожками, но в приложении к тексту находится файл разводки печатной платы в программе Sprint-Layout для варианта с SMD деталями (размер 10мм х 24мм). Вид сделан со стороны печати, при изготовлении по лазерно-утюжной технологии нужно включить режим «зеркально».

Естественно, автоматическое включение подсветки можно использовать не только на кухне — можно оформить компьютерный стол, можно применить в комнатах, коридоре, мастерской или гараже.

Литература.
1. Горошков Б.И., «Радиоэлектронные устройства», Москва, «Радио и связь», 1984.

Андрей Гольцов, r9o-11, г. Искитим, август 2018

Источник