Глава 12 различные устройства управления

Электроника представляет собой весьма обширную об­ласть техники и в том или ином виде проникает почти во все сферы жизни современного общества. Однако в некоторых сферах это проникновение более явственно, чем в других.

Влияние электроники на технику связи, акустические си­стемы, вычислительную технику и организацию быта и отды­ха является общеизвестным фактом. Однако существуют и иные возможности электроники, позволяющие оказывать влияние на современную цивилизацию в такой же степени, как и другие явления. Такое влияние осуществляется различ­ными устройствами управления.

Конечно, некоторые виды устройств управления можно встретить на прилавках магазинов в отделах электробытовой аппаратуры, в их числе автоматические механизмы открыва­ния ворот в гаражах, противопожарные средства, электрон­ные системы зажигания для автомобилей и т. п.

В данной главе предлагается ряд устройств управления, предназначенных для экспериментальных целей. Следует иметь в виду, что они представляют собой упрощенные ана­логи промышленных образцов. Будучи более простыми, эти устройства уступают им по надежности работы. Их можно использовать для удовлетворения потребностей радиолюби­теля и в учебных целях, однако рассчитывать на них в си­туациях, чреватых опасными последствиями, нельзя.

12.1. Два пусковых светочувствительных устройства

В промышленности применяется большое количество средств управления, принцип действия которых основан на использовании светового потока в качестве инициатора вклю­чения. В данном разделе описываются два устройства, реаги­рующие на изменение уровня яркости светового потока.

Первое устройство (рис. 12.1) срабатывает в момент, ког­да включается внешний световой источник, а второе (рис. 12.2) работает как раз наоборот, т. е. когда прерывает­ся или выключается световой поток внешнего источника.

Светочувствительное устройство на рис. 12.1 подключает­ся к звуковому генератору типа сирены, т. е., образно говоря, представляет собой реагирующую на свет сирену. Фототран­зистор ФT₁ в его схеме при достаточной яркости светового потока через транзистор Т₁ включает звуковой генератор, ко­торый будет работать все время, пока на фототранзистор па­дает световой поток. С помощью регулятора чувствительности можно настроить срабатывание устройства на определенный уровень яркости светового потока.

После изготовления и подготовки этой схемы к проверке необходимо расположить фототранзистор так, чтобы его лин­за была направлена прямо на какой-либо световой источник, для чего вполне подойдет фонарь или небольшая настольная лампа. Далее можно взять лист плотной бумаги или картона и провести несколько раз им между фототранзистором и све­товым источником, выбирая при этом с помощью регулятора чувствительности такое положение, когда сирена срабатывает при освещении фототранзистора и выключается при прерыва­нии светового потока.

Рис. 12.1. Принципиальная схема светочувствительной сирены.

ИC₁ — двойной таймер типа 556; ИС₂ — УНЧ типа LM386; R₁ — потенциометр 1 МОм; R₂ — резистор 2,2 МОм, 0,25 Вт; R₃ — резистор 10 кОм, 0,25 Вт; R₄ — резистор 470 кОм, 0,25 Вт; R₅, R₆ — резистор 1 МОм, 0,25 Вт; R₇ — резистор 2,2 кОм, 0,25 Вт; R₈ — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; ФТ₁ — фототранзистор типа FPT-100; T₁ — низкочастотный n-р-n—транзистор; С₁, С₅ — конденсатор 0,1 мкФ, 35 В; С₂, С₄, C₆ — электролитиче­ский конденсатор 10 мкФ, 35 В; С₃ — конденсатор 0,01 мкФ, 50 В; Гр1 — громкоговоритель на постоянном магните с сопротивлением 8 Ом.

Рис. 12.2. Принципиальная схема светочувствительной сирены.

Т₁ — р-n-р-транзистор; ФТ₁ — фототранзистор типа FPT-100; ИC₁ — двойной таймер типа 556; ИС₂ — УНЧ типа LM386; R₁, R₂ — резистор 100 кОм, 0,25 Вт: R₃, R₇ — резистор 2,2 кОм, 0,25 Вт; R₄, R₅ — резистор 1 МОм, 0,25 Вт; R₆, R₈ — резистор 22 кОм. 0,25 Вт; С₁, С₅ — конденса­тор 0,1 мкФ, 35 В; С₂, C₄, C₆ — электролитический конденсатор 10 мкФ, 35 В; С₃ — конденсатор 0,01 мкФ, 50 В; Гр₁ — громкоговоритель на по­стоянном магните с сопротивлением 8 Ом.

Для окончательной проверки следует выключить все све­тильники в комнате. При этом сирена будет молчать до тех пор, пока откуда-нибудь не проникнет свет. В этом случае с помощью регулятора чувствительности следует добиться того, чтобы сирена выключилась, но не поворачивать регуля­тор слишком далеко от этого положения. Далее следует включить свет и при этом сирена должна сработать.

Устройство на рис. 12.2 так же издает звук сирены, но оно включается при прерывании внешнего светового потока, т. е. реагирует не на свет, а на темноту.

Предварительная проверка этого устройства может произ­водиться с помощью листа плотной бумаги или картона, т. е. так же, как и со светочувствительной сиреной. При этом, пока световой поток попадает на фототранзистор, устройство будет молчать, а при прерывании светового потока оно вклю­чится.

Можно заметить, что основные различия между двумя этими устройствами заключаются в том, как транзистор Т₁ подключен между фототранзистором и микросхемой ИC_1-A. Такое включение транзистора T₁ во втором устройстве исклю­чает использование регулятора чувствительности.

Что касается практического применения устройства, реа­гирующего на выключение света, то оно может служить для подключения счетчика. Например, при размещении светового источника и фототранзистора с противоположных сторон двери можно определить число людей, входящих и выходя­щих из помещения. Необходимый для этих целей счетчик можно выбрать в гл. 6.

При такой установке устройства, когда оно включает от­счет при каждом прерывании светового потока, получаемый результат отсчета необходимо разделить на два с тем, что­бы примерно оценить, сколько людей вошло и сколько вышло через данную дверь. Между прочим, счетчик можно подклю­чить к коллектору транзистора Т₁, т. е. в точку, где подсое­динен вывод 4 микросхемы ИC_1-A.

12.2. Электронный петух

В данном разделе описывается новое устройство, которое можно настроить таким образом, чтобы звуковой сигнали­затор срабатывал утром на восходе солнца. В своей основе устройство является светочувствительным, но от простого попадания света на фототранзистор оно не срабатывает.

При включении этого устройства, подобного электронно­му петуху, реакция должна быть только лишь на наступле­ние дня, но ни на какой другой свет, который может попасть на его светочувствительный элемент в ночное время. В про­тивном случае он будет будить радиолюбителя в любой мо­мент, когда фототранзистор будет освещаться светом от фар проезжающего автомобиля или другого случайного свето­вого источника.

Для исключения этого в электронном петухе на рис. 12.3 имеется логическая схема, срабатывающая по времени. Све­товой поток должен освещать фототранзистор непрерывно в течение не менее 5 мин, а все другие световые источники, воздействующие в течение меньшего врмени, не вызовут срабатывания сигнализатора.

Если радиолюбитель захочет сделать что-либо иное, кроме описанного выше устройства, то вместо сигнализато­ра можно подключить катушку 6-вольтного реле, контакты которого используются для включения любого другого уст­ройства, например радиоприемника, кофеварки, лампы и т. п.

Рис. 12.3. Принципиальная схема электронного петуха.

ИC₁ — четыре двухвходовых логических вентиля И-НЕ типа 74LSOO; ИС₂ — таймер типа 555; ФT₁ — фототранзистор типа FPT-100; Т₁ — маломощ­ный n-р-n—транзистор; Т₂ — маломощный р-n-р—транзистор; R₁ — потенциометр 1 МОм; R₂, R₅ — резистор 2,2 МОм, 0,25 Вт; R₃ — резистор 10 кОм, 0,25 Вт: R₄ — резистор 470 кОм, 0,25 Вт; R₆ — резистор 2,2 кОм. 0,25 Вт; R₇ — резиcтор 22 кОм, 0,25 Вт; С₁ — конденсатор 470 мкФ, 50 В.

Для наладки схемы следует включить устройство и на­править световой луч на фототранзистор. При этом если все нормально, то сигнализатор (или реле) будет включаться не раньше, чем примерно через 5 мин. В процессе ожидания следует исключить выключение светового источника, по­скольку в противном случае придется снова ожидать исте­чения пятиминутного интервала.

Для прерывания сигнализации нужно просто выключить устройство. Перед тем как лечь спать, следует перевести устройство в исходное состояние при условии, что уже тем­но. Очевидно, что фототранзистор должен быть расположен так, чтобы он воспринимал дневной свет и предпочтительно был направлен в сторону горизонта на восток.

Если радиолюбитель захочет, чтобы сигнализатор или реле включались с наступлением темноты, то следует вы­паять микросхему ИC_1-A и подсоединить выводы 4 и 5 микро­схемы HCi-Б прямо к коллектору транзистора 7Y При ис­пользовании реле в качестве нагрузки его контаты можно подсоединить к обычной лампе, которая будет включаться с наступлением темноты. При этом надо обеспечить, чтобы свет лампы не падал на фототранзистор.

Поскольку такой «петух», чувствительный к темноте, будет включен на длительное время, возможно, на всю ночь, вместо батарей надо подключить стабилизированный источ­ник питания напряжением 5 В (рис. 2.1).

12.3. Звукочувствительный светильник

В схеме, показанной на рис. 12.4, светодиод включается при попадании резких звуков в микрофон и продолжает го­реть до тех пор, пока вручную не будет нажата кнопка «Сброс».

Рис. 12.4. Звукочувствительный светильник.

Д₁ — светодиод с красным свечением; ИС₁ — 4-канальный операционный усилитель типа LM3900; ИС₃ — четыре двухвходовых логических вентиля И-НЕ типа 4011; Т₁ — р-n-р—транзистор; Д, — резистор 22 кОм, 0,25 Вт; R₂ — резистор I МОм, 0,25 Вт; R₃ — резистор 470 кОм, 0,25 Вт; R₄, R₅ — резистор 2,2 кОм, 0,25 Вт; R₆ — резистор 10 кОм, 0,25 Вт; R₇ — резистор 270 Ом, 0,25 Вт; С₁, С₂ — конденсатор 0,1 мкФ; Кл₁ — нормально разомкнутый кнопочный переключатель; Мик₁ — высокоимпедансный кристаллический микрофон.

Вместо светодиода Д₁ и токоограничивающего резистора R₇ можно включить обмотку реле, контактами которого можно включать обычную лампу с переменным напряже­нием питания 120 В или любой другой бытовой электропри­бор. Такая замена превращает устройство в звукочувствитель-ное реле.

Следует отметить, что данное устройство не очень требо­вательно в отношении напряжения питания. Для него впол­не подойдет батарея напряжением 9 В. Если вместо свето­диода включается реле, то следует обеспечить для него со­ответствующее номинальное напряжение питания.

Работая с этим устройством, радиолюбитель убедится, что оно является нечувствительным к большинству обычных звуков и срабатывает лишь от громкого крика или хлопа­ния в ладоши.

12.4. Сенсорный детектор

В наши дни сенсорные переключатели приобретают все более широкую известность. Их можно встретить, например, в средствах управления подъемным оборудованием и высоко­частотными печами с программным управлением. Механизм чувствительности к прикасанию для разных переключателей может быть различным.

Сенсорный элемент, используемый в схеме на рис. 12.5, работает на том принципе, что тело человека при наличии обычной сети с напряжением 127/220 В действует подобно антенне. Электрические помехи с частотой 50 Гц, восприни­маемые такой антенной, после предварительного усиления достаточны для включения некоторых электронных уст­ройств.

Данное устройство реагирует на прикосновение в точке, обозначенной «Сенсорная платина», в качестве которой по­дойдет металлическая пластина, а для проверки подойдет и простой отрезок провода. При срабатывании схемы вклю­чается светодиод Д₁ и продолжает гореть до тех пор, пока вручную не будет нажата кнопка «Сброс».

К сожалению, такое устройство может сработать во вре­мя грозы, поскольку статическое электричество, создаваемое молнией, так же может влючить его, как и касание сенсор­ной пластины. Иными словами, нельзя рассчитывать, что устройство не сработает во время грозы.

Однако можно извлечь пользу из такого явления и пере­делать устройство в детектор грозы. Конечно, радиолюби­тель может слышать раскаты грома примерно в то же вре­мя, когда устройство воспримет статическое электричество, создаваемое молнией. Однако это не значит, что данное уст­ройство не имеет применения. Разве электромагнитные ко­лебания, в том числе статические заряды молнии, распрост­раняются не быстрее, чем звук? Именно так. Поэтому если придумать способ измерения разницы по времени возникно­вения вспышек молнии и прихода громовых раскатов, то можно оценить, на каком удалении находится сейчас гроза.

Такая идея может быть реализована следующим обра­зом. Сначала необходимо изготовить устройство, изображен­ное на рис. 12.5, а вместо сенсорной пластины подключить длинный провод наподобие проволочной антенны. Светодиод в подобном устройстве будет включаться при возникновении ;грозового разряда.

Рис. 12.5. Принципиальная схема сенсорного детектора.

Д₁ — светодиод с красным свечением; Т₁ — низкочастотный n-р-n—транзистор; ИС| — 4-канальный операционный усилитель типа LM.3900; ИС_г — таймер типа 555; ИС₃ — двойной J — К-триггер типа 4027; Ri, R₃, fa — резистор 1 МОм, 0,25 Вт; Я₂, Re — резистор 220 кОм. 0,25 Вт; R₄ — см. примечание; R₅ - резистор 2,2 кОм, 0,25 Вт; С₁, С₂ — конденсатор 0,1 мкФ; С₃ — электролитический конденсатор 1 мкФ, 50 В.

Примечание. Сопротивление резистора R₄ составляет 150 Ом при напряжении 5 — 7 В и 330 Ом — при напряжении 7 — 9 В.

Следует также изготовить звукочувствительное устрой­ство по схеме на рис. 12.4 и настроить его таким образом, чтобы оно реагировало на раскаты грома.

Разницу по времени включения светодиода в сенсорном детекторе и в звукочувствительном устройстве можно ис­пользовать для оценки удаления в данный момент грозы. Такую оценку можно производить при совместном примене­нии этих устройств с электронным секундомером, показан­ным на рис. 7.6. При этом секундомер запускается в момент включения светодиода в сенсорном детекторе и останавли­вается в момент включения светодиода в звукочувствитель­ном устройстве. Время между двумя этими моментами, от­считанное секундомером, можно использовать для расчета дальности прохождения грозы.

Все детали общей схемы и взаимных соединений радио­любитель должен разработать самостоятельно. В данном случае идея обретает некую форму самостоятельного кон­струирования.

В конечном итоге этот небольшой отход от основной рас­сматриваемой темы, т. е. сенсорных устройств, показывает, как можно разработать собственные устройства при исполь­зовании определенных знаний, опыта и воображения.