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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Máquina de controle programável. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Relógios, temporizadores, relés, interruptores de carga Para controlar vários tipos de instalações elétricas na vida cotidiana e no trabalho, muitas vezes é necessário ligá-las e desligá-las repetidamente em determinados intervalos de tempo. Essa tarefa geralmente é resolvida com sucesso com a ajuda de temporizadores digitais com memória. No artigo publicado abaixo, os leitores recebem uma descrição de uma variante de um dispositivo para tal finalidade, que pode ser feita de forma independente. A máquina programável é projetada para controlar aparelhos elétricos de rede de baixa e média potência (até 1 kW). Na vida cotidiana, pode ser usado, por exemplo, para controlar um lustre Chizhevsky ou aquecedores elétricos em uma área residencial. O autor utilizou um autômato para controlar um computador que se comunica com o BBS à noite. A máquina contém dois canais programáveis independentes idênticos, cada um dos quais controla uma carga. O número de canais pode ser aumentado arbitrariamente sem modificações fundamentais nas unidades básicas do próprio dispositivo. Durante sua operação, o tempo real é contado e o valor atual é exibido em horas e minutos, assim como os números de série (de 1 a 7) dos dias da semana. A duração máxima do programa de controle em cada um dos canais é de um dia, porém, se necessário, o usuário pode habilitar ou desabilitar a execução do programa diário gravado na memória em qualquer um dos sete dias da semana. O intervalo mínimo programável entre dois eventos é de um minuto. Um evento aqui se refere à ativação ou desativação de uma carga controlada. Assim, o número máximo de eventos programáveis é igual ao número de minutos em um dia, ou seja, 1440. A qualquer momento, usando os controles, você pode alterar os estados atuais das cargas. A limpeza (zeragem) da memória antes da programação é realizada por enumeração automática de endereços ao comando do usuário em ambos os canais de uma só vez ou em cada um separadamente. Ao programar, é fornecida a possibilidade de escrita de endereço por endereço e apagamento de endereço por endereço de dados na memória. A máquina possui um gerador de AF que pode emitir sinais sonoros nos momentos de ocorrência de cada evento programado. Quando a tensão da rede é desligada, a parte digital (baixa tensão) do dispositivo é automaticamente comutada para alimentação da bateria de backup, o que permite manter uma contagem contínua do tempo e evitar alterações nos estados atuais dos gatilhos que controlar as cargas. O diagrama de blocos do autômato é mostrado na fig. 1. É composto por uma unidade de contagem e indicação, duas unidades de canal idênticas, relés eletrônicos e um gerador AF que pode ser conectado a qualquer um dos canais (no diagrama, por exemplo, ao canal 1).
No bloco de contagem e indicação, são contados o horário atual e o dia da semana, seus valores são exibidos nos indicadores, bem como a formação de endereços para os canais de RAM. A unidade de controle coloca os contadores na posição desejada e realiza operações com a memória do canal. O sincronizador gera sequências de contagem e controle de pulsos. A RAM armazena o programa para gerenciar o estado das cargas em cada um dos canais. Os nós de status convertem os sinais de pulso lidos da RAM em tensões de um determinado nível lógico, que controlam os relés eletrônicos que comutam a tensão da rede fornecida às cargas. O diagrama esquemático da unidade de contagem e indicação é mostrado na fig. 2. É um relógio eletrônico. As funções da fonte de contagem e controle de sequências de pulsos (sincronizador) são realizadas neles por um chip de relógio especializado DD12 (K176IE18), contendo um oscilador de quartzo. Os seguintes sinais são retirados de suas conclusões: do pino. 10 - pulsos de minuto de contagem (1/60 Hz), que são alimentados através do circuito de encurtamento nos elementos DD1.5, DD1.6, C15, R18 e nos elementos DD13.4, DD4.3, DD4.2 para a entrada de contagem do contador de unidades de minutos DD7.1 .um; com pino. 4 - segundos pulsos usados para indicar o segundo ritmo LED HL1; com pino. 11 - pulsos com frequência de 1024 Hz, que passam pelo contador-divisor em dois DD2.2, após o que sua frequência diminui para 512 Hz; com pino. 6 - pulsos com frequência de 2 Hz, garantindo o piscar da familiaridade dos indicadores HG1 - HG4 no modo de configuração de suas leituras.
(clique para ampliar) A parte de contagem do bloco considerado é construída de acordo com um esquema comum com conexão serial de contadores com fatores de conversão especificados e indicação estática de seus estados por indicadores de sete segmentos HG1 - HG5. O barramento de endereços AO - A15 é formado pelos microcircuitos DD7, DD10, DD14 envolvidos na contagem de bits. Uma característica da solução de circuitos proposta é a capacidade de alterar rapidamente o estado de cada um dos contadores pelo usuário, o que facilita a escrita na memória de dados durante a programação. O bloco é controlado pelos botões SB1 - "Instalação", SB2 - "Busca de familiaridade" e SB3 - "Modo". No estado inicial no pino. 6 do decodificador DD6 existe um nível lógico alto, então todas as suas saídas (pino 1, 5, 2, 4, 12, 14, 15, 11) terão níveis baixos que proíbem a passagem de pulsos de ajuste do botão SB1 para os contadores DD7.1, DD7.2 .10.1, DD10.2, DD4.1 através dos elementos DD5.4, DD9.3, DD11.3, DD16 e permitindo a conversão dos decodificadores DD19 - DD3. Quando o botão SB8.1 é pressionado uma vez, o trigger DD6 entra em estado único, permitindo a operação das chaves do decodificador DD1, em uma das saídas (pino 5, 2, 4, 12) das quais aparece um nível alto, e por outro (pino 14, 15, 11, 2) - pulsos com frequência de 1 Hz. Como resultado, um dos quatro espaços de familiaridade HG4 - H1 começa a piscar na frequência especificada. Usando o botão SB2.1, o estado do contador desta familiaridade é alterado (leituras do indicador). "Atividade" de uma familiaridade particular depende do estado do contador DD3 no momento de pressionar o botão SB2.1. Você pode alterar o estado do contador DD2 usando o botão SBXNUMX. Assim, ao definir seqüencialmente as leituras dos indicadores de cada familiaridade, você pode definir muito rapidamente o tempo necessário (endereço no barramento de endereços). O estado do contador do dia da semana DD14 é definido transferindo o estado do contador de dezenas de horas DD10.2 ao configurar. Note-se que é mais conveniente começar a definir as leituras do indicador necessárias a partir de alguns minutos e terminar com os dias da semana, pois o valor já definido na familiaridade superior será acrescido de um pela transferência que pode ocorrer quando definindo o valor na familiaridade inferior. O botão SB5 "Ajuste inicial" foi projetado para um ajuste preciso (até segundos) do relógio de acordo com a fonte de tempo de referência. No momento em que este botão é pressionado, o contador interno de segundos do microcircuito DD12 e os contadores de unidades e dezenas de minutos dos microcircuitos DD7.1, DD7.2 são zerados. Além dos sinais de endereço AO - A15, vários outros sinais de controle são removidos da unidade de contagem e exibição: do pino. 4 microcircuitos DD3.2 (circuito 1) - pulsos curtos de minuto, ajuste de pulsos do botão SB1; com pino. 6 microcircuitos DD15.3 (circuito 2) - pulsos do botão SB6 "Record", bem como pulsos com frequência de 512 Hz (no modo de limpeza de memória); com pino. 13 microcircuitos DD8 (circuito 3) - um sinal estático, cujo alto nível garante a implementação do modo de limpeza de memória. O modo de limpeza de memória é definido pressionando o botão SB4 "Clear" uma vez se os contatos do interruptor de desbloqueio de limpeza SA1 estiverem fechados. Neste modo, o trigger DD8.2 entra em estado lógico 1, é proibida a passagem de pulsos de minuto para a entrada de contagem do contador DD7.1 através do elemento DD13.4, e a passagem de pulsos com frequência de 512 Hz através do elemento DD4.4 é permitido. O resultado é uma contagem (enumeração de endereços) com frequência de 512 Hz. Pressionar o botão SB4 novamente retorna o gatilho DD8.2 ao seu estado original de zero lógico. Na inicialização inicial, ambos os gatilhos DD8 são definidos para um estado lógico zero pelo circuito C13R11. Os botões SB1, SB6 possuem um dispositivo de proteção de ressalto de contato feito nos elementos DD1.1, DD1.2, DD15.1, DD15.2. Circuito DD1.5, C15, R18, DD1.6 encurta um pulso de um minuto longo do pino. 10 chips DD12. Caso contrário, este pulso por várias dezenas de segundos a cada minuto proibiria a configuração do estado do contador DD7.1 com o botão SB1. Na fig. 3 mostra um diagrama esquemático do bloco de canais da máquina programável. Também mostra um diagrama de um dispositivo comum a ambos os canais, feito nos elementos DD1, DD2, DD3.1, DD3.2, DD4.1, DD4.2, DD5.1, DD5.2, que gera sinais que controlam a memória. Agora vamos considerar a operação do primeiro canal no modo de gravação com contagem em tempo real. Como mostrado na fig. 3, o bit A15 é atribuído a partir do barramento de endereços AO - A12. A escolha do chip de RAM a ser acessado depende de seu estado. Vamos supor que no momento este bit esteja em um único estado e o chip DD10 esteja selecionado para o nível baixo ativo do sinal CE (pino 7 DD8, DD7). Chip DD8 neste caso é definido para a saída no terceiro estado.
(clique para ampliar) Ao alterar o endereço no barramento de endereços AO - A15 (no limite do minuto ou definir o pulso proveniente da unidade de contagem e indicação), o vibrador único DD1.1 gera um pulso de alto nível, durante o qual o acesso ao chip DD7 é proibido para evitar a leitura de dados da memória neste momento. Nos intervalos entre os pulsos gerados pelo chip DD1.1, a saída do chip DD7 (pino 7) é configurada para um nível lógico correspondente ao bit de dados lido no endereço atual. Para escrever um bit de dados na memória no endereço desejado, o usuário deve configurá-lo no barramento usando os botões de controle da unidade de contagem e indicação. Em seguida, o switch SA3 deve selecionar o nível pretendido para a gravação: lógico zero ou lógico um. Se um for selecionado, um evento será gravado na memória que ocorrerá no horário definido. Ao escrever zero, você pode, por exemplo, apagar um evento previamente registrado neste endereço. Em seguida, você precisa pressionar o botão SB6 "Gravar" uma vez (consulte a Fig. 2). Ao longo da frente do pulso, que é alimentado pelo circuito 2 ao vibrador único DD1.2, este último gerará pulsos de gravação em suas saídas (Fig. 4, a).
Da saída direta do microcircuito DD1.2 (pino 10), o pulso de escrita entra na unidade para gerar pulsos curtos ao longo da frente e ao longo da queda do pulso de escrita, feitos nos elementos DD2.1, R3, C13, DD2.2 .2.3, DD1.2. Da saída inversa do chip DD9 (pino 5.1), o pulso de gravação entra no nó de atraso nos elementos DD4, R14, C5.2, DD8 e depois no pino. 7 chips de memória DD8, DD8. O tempo de atraso é escolhido de tal forma que nos momentos de mudança de sinal (pulso), a gravação no pino. 7 do microcircuito DD10, o acesso a ele era proibido por quem chegasse ao seu pino. 10 pulsos curtos com pino. 2.3 chips DD537. Assim, são criadas as condições necessárias para o correto funcionamento dos chips de RAM com clock KR2RU1 de acordo com o modo passaporte [10]. Após o final do segundo pulso curto com vyv. 2.3 microcircuitos DD7 no pino. 7 do chip DD4 é definido para um nível lógico correspondente ao bit de dados recém-escrito (Fig. XNUMX, a). Os bits A13 - A15 do contador do dia da semana (ver Fig. 2) não são enviados aos chips de memória, mas são alimentados ao decodificador DD14 como o endereço da chave eletrônica comutada do chip. As entradas das chaves eletrônicas DD14 (vyv. 14, 15, 12, 1, 5, 2, 4) e interruptores SA7-SA13 correspondem aos dias da semana, de segunda a domingo. Se um dos interruptores for fechado no dia da semana correspondente, o nível de alta tensão estará presente ao mesmo tempo no pino. 3 chips DD14, permite a passagem de um nível lógico alto do pino. 7 RAM DD7, DD8 via chip DD4.3. Quando os interruptores estão abertos, o nível baixo no pino. 3 chips DD14 proíbem a passagem mencionada acima. O circuito C18R12 gera um pulso de comutação de disparo de tensão de alto nível DD13.1 na borda da tensão de alto nível lida da memória. O usuário pode alterar o estado do trigger a qualquer momento utilizando o botão SB1, controlando-o pela presença ou ausência do LED HL3. Se a programação for realizada com a carga conectada, esta deverá ser desabilitada temporariamente pela chave SA6. Seu status é monitorado pelo brilho do LED HL4. Sempre que um pulso de comutação chega à entrada C (pino 3) do trigger DD13.1, um bip curto e agudo é ouvido no fone BF1, gerado por um gerador 3H nos elementos C17, R10, DD5.3, DD3.3. XNUMX. Antes de escrever programas na memória, é necessário limpá-la, ou seja, escrever zeros lógicos em todos os endereços disponíveis. A enumeração de endereços durante a limpeza é realizada com uma frequência relativamente baixa de 512 Hz (Fig. 4,b), o que permite visualmente (pela ausência de piscar do LED HL2) e auditivamente (pelo desaparecimento do sinal reproduzido pelo BF1 phone) para controlar a ausência de unidades lógicas na memória. É aconselhável repetir o ciclo de limpeza (enumeração de todos os valores de tempo) 2-3 vezes. Leva apenas alguns segundos. A chave SA3 deve ser previamente colocada na posição "0". Se você deseja trabalhar com a memória de apenas um canal sem afetar o conteúdo da memória de outro, pode bloquear o acesso ao último movendo a chave correspondente SA1 ou SA2 "Memory Lock" para a posição inferior de acordo com o diagrama. Durante o modo de limpeza, os disparos do estado de carga DD13.1 e DD13.2 em ambos os canais são transferidos para um estado lógico zero por um nível alto na entrada R (pino 4 e 10). O gerador de som de alarme, feito no chip DD6, é conectado à saída pela entrada de habilitação (pino 1 DD6). 3 microcircuitos DD11.1 do primeiro ou ao pino. 10 chips DD11.3 segundo canal. No caso de leitura da memória de alto nível em um determinado momento, com a chave SA4 "Alarm Clock" fechada, um sinal intermitente soará por um minuto. Um diagrama esquemático dos relés eletrônicos e da fonte de alimentação da máquina programável é mostrado na fig. 5. A parte digital dos relés eletrônicos é baseada no dispositivo descrito em [3]. As chaves Triac VS1, VS2 são usadas como elementos de potência de relés eletrônicos, cuja desvantagem é a presença de surtos de comutação e distorção da forma da corrente senoidal ao controlar cargas reativas poderosas. No dispositivo proposto, a carga é comutada no momento em que a tensão da rede CA passa por zero; portanto, ao alternar cargas puramente ativas, foi possível eliminar completamente as emissões.
(clique para ampliar) Diagramas de tempo que explicam o funcionamento da unidade de relé eletrônico são mostrados na fig. 6.
Uma queda de tensão positiva chegando a ligar a carga na entrada D do trigger (pino 5 DD2.1) em um momento arbitrário t1 será transferida para a saída (pino 1 DD2.1) somente no momento em que chegar à sua entrada C (pino 3 DD2.1 .1.2) um pulso curto coincidindo no tempo com o cruzamento zero da tensão da rede. A presença de um nó de atraso de pulso curto nos elementos DD9, R7, C1.3, DD1 não é obrigatória e fundamental, no entanto, permite coincidir com precisão no tempo a borda de ataque do pulso que chega à entrada C de o gatilho com o momento em que a tensão da rede passa por zero (dip da tensão pulsante nos pinos 2, 1.1 do chip DDXNUMX). O uso de optoacopladores U1 - U4 permitiu desacoplar completamente a unidade de relé eletrônico e a parte digital da máquina. A fonte de alimentação possui dois estabilizadores integrados DA1 e DA2. O primeiro deles fornece energia para a parte digital da máquina. Sua tensão de entrada é apoiada por uma bateria GB1 com um circuito de ativação automática baseado em diodos VD2, VD3. O segundo estabilizador é usado para alimentar optoacopladores, LEDs e indicadores de sete segmentos. O filtro de linha C8L2L3C9 suprime surtos e interferências de tensão de rede. Não há requisitos rígidos para a base de elementos do autômato. O autor usou resistores OMLT indicados nos diagramas de potência, capacitores de óxido - K50-16, o resto - KM, KLS; botões SB1 - SB6 (ver Fig. 2) e SB1, SB2 (ver Fig. 3) - KM1-1; interruptores SA1, SA2 (ver fig. 3) - МТЗ, SA3, SA6, SA15 (ver fig. 3) e SA1 (ver fig. 2) - МТ1, SA4 (ver fig. 3), SA1(cm Fig. 5) - PK4-1, interruptores "Dias da semana" SA7 - SA13, SA16 - SA22 - conjuntos de microinterruptores VDM1-8. O oitavo interruptor no conjunto é usado como SA5, SA14 ("Som"). Quaisquer indicadores LED de sete segmentos com um cátodo comum (é melhor usar os importados, por exemplo, LTS547AP). Transistores KT315 com qualquer índice de letras, ressonador de quartzo BQ1 a uma frequência de 32 Hz, cápsula de telefone BF768 - qualquer resistência de 1 ... 200 Ohms, por exemplo, DH300F importado. O Triacs KU30G pode ser substituído por outros mais potentes, por exemplo, TS208-112-16-10, no entanto, a distorção da forma da corrente senoidal ao controlar cargas indutivas se tornará mais perceptível neste caso. Como relés eletrônicos, pode-se usar "relés de estado sólido" integrados D7 ou D2410 de IR, nos quais a ativação é implementada por tensão de rede zero e o desligamento - por corrente zero através da carga [2475]. O transformador T1 deve fornecer uma tensão alternada de cerca de 8 V no enrolamento secundário a uma corrente de carga de 600 mA. As bobinas de filtro L1 - L3 são enroladas em anéis (20x10x4 mm) feitos de ferrite M2000NM-1 com fio MGTF 0,5 até serem preenchidos, e as bobinas L2, L3 são enroladas simultaneamente com dois fios. O GB1 usa uma bateria de seis células de dedo. A corrente consumida pela parte digital do dispositivo da bateria, na ausência de tensão de rede, não excede 35 mA. A máquina é colocada em uma caixa com dimensões de 265x200x100 mm. Em seu painel frontal há controles e indicações, e na parte traseira - soquetes para conectar a carga. Triacs VS1, VS2 são instalados em dissipadores de calor com área de cerca de 150 cm2, e o estabilizador DA2 é instalado em um dissipador de calor com área de 50 cm2. A unidade de contagem e indicação e a unidade de canal são montadas em placas separadas com dimensões de 185x80 mm, os elementos de relés eletrônicos (exceto triacs VS1, VS2) e fonte de alimentação (exceto capacitores C1 - C3, microcircuitos DA1, DA2, bateria GB1 e transformador T1) são colocados em uma placa comum de dimensões 170x80 mm. Os capacitores C3-C10 na unidade de contagem e indicação e C2-C10 na unidade de canal são soldados entre os terminais "comum" e "plus power" dos chips RAM, contadores e gatilhos. Com peças reparáveis e instalação adequada, a parte digital da máquina começa a funcionar imediatamente. O estabelecimento de uma unidade de contagem e exibição é reduzido ao ajuste da frequência de um oscilador de quartzo em um chip DD12 com um capacitor C18. Ao estabelecer um bloco de canais selecionando os resistores R10, R20, você deve definir o tom desejado dos geradores de som do canal e selecionando o capacitor C16 - o gerador do despertador. A duração desejada dos sons de alarme é selecionada pelo capacitor C15. Ao estabelecer um bloco de relés eletrônicos, o resistor R8 deve ser selecionado de tal forma que os pulsos de baixo nível na entrada do gatilho Schmitt DD1.1 (pino 1, 2) garantam sua comutação estável. Ao selecionar o resistor R9 no circuito de atraso, é necessário coincidir no tempo a frente do pulso no pino. 10 microcircuitos DD1.3 com o ponto mais baixo do pulso no pino. 1, 2 microcircuitos DD1.1 (Fig. 6). Ao iniciar a programação da máquina, deve-se levar em conta o seguinte. Se o programa contiver um número suficientemente grande de eventos, é recomendável construir um diagrama de temporização, no qual um nível alto indica o estado ligado da carga, um baixo está desligado e as quedas entre os níveis são eventos. Definidos os momentos de eventos desejados, deve-se anotar as unidades nesses endereços na memória, definir a hora exata atual nos indicadores, conectar a carga ao dispositivo e definir o estado inicial da carga de acordo com o diagrama construído usando o botão "Configuração de status". Ao gravar e monitorar dados, você não pode usar o botão "Configuração inicial", porque ao clicar nele, o estado do barramento de endereço muda, mas a leitura correta da memória em um novo endereço não é alcançada. Analisando o funcionamento da máquina, é fácil ver que excluindo do número de endereços fornecidos aos chips de RAM os bits do contador de unidades de minutos AO - A3 e incluindo os bits do contador diário A13 - A15, você pode obter um dispositivo programado para uma semana. Como, como resultado, a largura de bits do barramento de endereços da RAM se tornará um a menos, será possível sobreviver com um chip de memória por canal e também excluir os decodificadores DD14, DD15. O intervalo mínimo entre eventos neste caso será igual a dez minutos, e o número máximo de eventos no programa semanal diminuirá para 144x7=1008. Literatura
Autor: P.Redkin, Ulyanovsk
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