Как сделать реле времени для включения и выключения электроприборов своими руками

Как сделать реле времени для включения и выключения электроприборов своими руками

Современное бытовое оборудование (стиральные машины или СВЧ печи, например) в обязательном порядке оснащаются встроенными реле времени. Кроме того, устройства устанавливаются в однолинейные схемы энергоснабжения и выполняют функцию управления работой нагрузки, включая или отключая ее в нужное время. Чтобы сделать реле времени дома своими руками, нужно изучить особенности конструкции и принцип их действия.

Характеристики таймера

Таким образом, минимальный промежуток времени может быть равным 1 секунде, максимальный – 4 часам и 15 минутам.

Отсчет времени начинается после нажатия кнопки старта (кнопку надо нажимать менее двух секунд).

Блок-схема программы таймера изображена на рис. 1.

Все константы – время включения, время паузы, количество рабочих циклов, величина кванта времени, режим работы также хранятся в энергонезависимой памяти, и могут быть изменены в любую сторону (перепрограммированы) посредством DIP-переключателей и отдельной кнопки программирования.

Для удобства таймер оснащен световой и звуковой сигнализацией.

Питаться таймер может как от сетевого адаптера с выходным постоянным напряжением 15-20 В, так и от аккумулятора напряжением 12 В.

Самый простой таймер 12В в домашних условиях

Наиболее простое решение — это реле времени 12 вольт. Такое реле может быть запитано от стандартного блока питания на 12v, каких очень много продается в различных магазинах.

На рисунке ниже приведена схема устройства включения и автоматического выключения осветительной сети, собранная на одном счетчике интегрального типа К561ИЕ16.

Рисунок. Вариант схемы 12v реле, при подаче питания включающего нагрузку на 3 минуты.

Данная схема интересная тем, что в качестве генератора тактирующих импульсов выступает мигающий светодиод VD1. Частота его мерцаний составляет 1,4 Гц. Если светодиод конкретно такой марки найти не удастся, то можно использовать подобный.

Рассмотрим исходное состояние срабатывания, в момент подачи питания 12v. В начальный момент времени конденсатор С1 полностью заряжается через резистор R2. На выводе под №11 появляется лог.1, делающий данный элемент обнуленным.

Транзистор, подсоединенный к выходу интегрального счетчика, открывается и подает напряжение 12В на катушку реле, через силовые контакты которого замыкается цепь включения нагрузки.

Дальнейший принцип действия схемы, работающей на напряжении 12В, состоит в считывании импульсов, поступающих с индикатора VD1 с частотой 1,4 Гц на контакт №10 счетчика DD1. С каждым снижением уровня поступающего сигнала происходит, так сказать, приращение значения счетного элемента.

При поступлении 256 импульса (это равняется 183 секундам или 3 минутам) на контакте №12 появляется лог. 1. Такой сигнал является командой для закрывания транзистора VT1 и прерывания цепи подключения нагрузки, через контактную систему реле.

Одновременно с этим, лог.1 с вывода под №12 поступает через диод VD2 на тактовую ногу C элемента DD1. Этот сигнал блокирует в дальнейшем возможность поступления тактовых импульсов, таймер срабатывать больше не будет, вплоть до пересброса питания 12В.

Исходные параметры для таймера срабатывания задаются разными способами подсоединения транзистора VT1 и диода VD3, указанных на схеме.

Немного преобразив такое устройство можно сделать схему, имеющую обратный принцип действия. Транзистор КТ814А следует поменять на другой тип — КТ815А, эмиттер подключить к общему проводу, коллектор к первому контакту реле. Второй контакт реле следует подключить к напряжению питания 12В.

Рисунок. Вариант схемы 12v реле, включающего нагрузку через 3 минуты после подачи питания.

Теперь после подачи питания реле будет отключено, а открывающий реле управляющий импульс в виде лог.1 выхода 12 элемента DD1 будет открывать транзистор и подавать на катушку напряжение 12В. После чего, через силовые контакты будет происходить подключение нагрузки к электрической сети.

Данный вариант таймера, функционирующий от напряжения 12В, на отрезке времени 3 минуты будет держать нагрузку в отключенном состоянии, а затем подключит её.

При изготовлении схемы, не забудьте расположить конденсатор ёмкостью 0.1 мкФ, на схеме имеющий обзначение C3 и напряжением 50В как можно ближе к питающим выводам микросхемы, иначе счетчик будет часто сбоить и время выдержки реле будет иногда меньше, чем должно быть.

Интересной особенностью принципа работы данной схемы является наличие дополнительных возможностей, которые при возможности легко реализовать.

В частности, это программирование времени выдержки. Применив, к примеру, такой DIP-переключатель как показано на рисунке, вы можете соединить одни контакты переключателей с выходами счетчика DD1, а вторые контакты объединить вместе и подключить к точке соединения элементов VD2 и R3.

Таким образом, с помощью микропереключателей вы сможете программировать время выдержки реле.

Подключение точки соединения элементов VD2 и R3 к различным выходам DD1 изменит время выдержки следующим образом:

Номер ноги счётчика Номер разряда счётчика Время выдержки
7 3 6 сек
5 4 11 сек
4 5 23 сек
6 6 45 сек
13 7 1.5 мин
12 8 3 мин
14 9 6 мин 6 сек
15 10 12 мин 11 сек
1 11 24 мин 22 сек
2 12 48 мин 46 сек
3 13 1 час 37 мин 32 сек

Несколько слов о разновидностях

Реле времени классифицируют как устройства:

  • механического типа;
  • с электронным механизмом работы (в том числе тиристорные);
  • пневматические реле.

По конструкции электрические устройства бывают релейные (самые надежные и популярные), сими- и тиристорные.

Расположение подключающего элемента бывает:

  • заднее;
  • переднее;
  • боковое;
  • через отдельный разъем.

Установка временных параметров проводится кнопками, переключателем, потенциометром.

Сфера применения реле времени

Области использования таймера:

  • регуляторы;
  • датчики;
  • автоматика;
  • различные механизмы.

Все данные устройства делятся на 2 класса:

  1. Циклические.
  2. Промежуточные.

Первое считается самостоятельным прибором. Он подает сигнал через заданный временной промежуток. В автоматических системах циклическое устройство включает и отключает необходимые механизмы. С его помощью управляют освещением:

  • на улице;
  • в аквариуме;
  • в теплице.

Циклический таймер является неотъемлемым устройством в системе «Умный дом». Его применяют для выполнения следующих задач:

  1. Включение и выключение отопления.
  2. Напоминание о событиях.
  3. В строго указанное время включает необходимые устройства: стиральную машинку, чайник, свет и др.

Кроме вышеуказанных, есть еще отрасли, в которых эксплуатируется циклическое реле задержки:

  • наука;
  • медицина;
  • робототехника.

Промежуточное реле используется для дискретных схем и служит вспомогательным устройством. Оно осуществляет автоматическое прерывание электрической цепи. Сфера применения промежуточного таймера реле времени начинается там, где необходимы усиление сигнала и гальваническая развязка электрической цепи. Промежуточные таймеры разделяются на виды в зависимости от конструктивного исполнения:

  1. Пневматические. Срабатывание реле после поступление сигнала не происходит мгновенно, максимальная время срабатывания — до одной минуты. Используется в цепях управления металлорежущих станков. Таймер управляет приводами для ступенчатой регулировки.
  2. Моторные. Диапазон установки временной задержки начинается с пары секунд и заканчивается десятками часов. Реле задержки являются частью цепей защиты воздушных линий электропередач.
  3. Электромагнитные. Предназначены для цепей постоянного тока. С их помощью происходят разгон и торможение электропривода.
  4. С часовым механизмом. Основной элемент — взведенная пружина. Время регулирования — от 0,1 до 20 секунд. Используются в релейной защите воздушных линий электропередач.
  5. Электронные. Принцип действия построен на физических процессах (периодические импульсы, заряд, разряд емкости).
Читайте также  Обои на которых можно рисовать

Шаг 3: Устанавливаем время

Пришло время настроить часы. Запустите код «Set time RTC». Этот скетч возьмёт данные о дате и времени из вашего компьютера прямо во время компиляции кода и использует их для программирования RTC. Если у вас на компьютере неправильные установки, то поправьте их перед запуском программы. Затем нажмите кнопку Upload, чтобы немедленно загрузить откомпилированный код.

Внимание: Если вы скомпилируете код, а загрузите его позже, то данные о времени устареют.

Далее откройте окно Serial Monitor, чтобы увидеть, что время было установлено.

Самоделка на базе таймера NE 555

Другая схема электронного таймера для сборки своими руками, легка и доступна для повторения. Элементная база собрана на распространенной микросхеме интегрального таймера «NE 555». Данный прибор предназначен как для отключения, так и включения устройств, ниже представлена схема устройства:

Сердцем устройства является специализированная микросхема, используемая в построении всевозможных электронных устройств, таймеров, генераторов сигнала и т.д. Данная микросхема управляет нагрузкой через электромеханическое реле, которое можно задействовать как на включение, так и на выключение света.

Управление таймером осуществляется двумя кнопками: старт и стоп. Для начала отсчета времени необходимо нажать на кнопку старт. Отключение и возврат устройства в первоначальное состояние осуществляется кнопкой стоп. Узлом, задающем интервал времени, является цепочка из переменного резистора R1 и электролитического конденсатора C1. От их номинала зависит величина задержки включения реле времени.

При данных номиналах элементов R1 и C1, диапазон времени может быть от 2 секунд до 3 минут. В качестве индикатора состояния работоспособности конструкции используется включенный параллельно катушке реле светодиод. Как и в предыдущей схеме, данная также требует внешнего питания, от источника постоянного тока 12 вольт.

Для того чтобы сделать запуск реле при подаче на него питания, необходимо немного изменить схему, и вывод 4 микросхемы соединить с плюсовым проводом, вывод 7 отключить, а выводы 2 и 6 соединить вместе. Более наглядно о данной схеме можно узнать из видео:

Программный многозадачный таймер на МК

В различного рода сложности реализуемых алгоритмов при программировании МК, всегда возникают рутинные циклические и не очень задачи. Одни требуют повышенной точности, другие таким критерием не обязаны обладать. Аппаратных таймеров на борту МК может быть приличное количество, например STM32F4 — аж 14 штук, и это не считая SysTick (системного), а в других и пара тройка за счастье: тот же PIC16, например.

Для решения таких не спешных, не критичных ко времени задач можно и нужно применить программный таймер, на базе одного из аппаратных. Но обо всем по порядку.

Вместо предисловия

Спросим у ГУГЛА что он об этом думает?

Не задумываясь поисковик выдает примерно такой результат:

Предисловие

Как разработчик АСУ ТП, я часто программирую ПЛК различных фирм. Для любого ПЛК в среде разработки заготовлены библиотеки для программных таймеров. Почти все они имеют однотипную функциональность. Использование таймеров в программе ПЛК требуется во многих родах задачах, все их описывать смысла нет, поэтому я покажу пару примеров из АСУ ТП и эти примеры «грубо портируем» в данный модуль.

Мини ТЗ

Какого вида таймеры нужны в данном модуле? Я остановил выбор на четырех видах:

  • Таймер с задержкой на включение
  • Таймер с задержкой на выключение
  • Циклический таймер
  • Одиночный таймер

Первые два таймера явно перекочевали из АСУ ТП и программирования ПЛК. Два последних являются логическим расширением аппаратного таймера любого МК. Рассмотрим каждый вид таймера по отдельности.

Таймер с задержкой на включение

Банальный пример такого таймера может служить реализация реле времени. На запускающий (управляющий) вход таймера приходит сигнал высокого (активного) уровня и таймер послушно начинает отсчет времени, по истечении которого и наличии активного уровня на входе переводит свой выход тоже в активное состояние. Как только мы снимем сигнал на входе таймера, выход также становиться неактивным. Временная диаграмма представлена ниже.

В мире МК данный таймер найдет себе применение если необходимо обеспечить антидребез «сухого» контакта, для детектирования длинного нажатия на клавишу и т.д. Сфера деятельности данного таймера явно этим не исчерпывается.

Таймер с задержкой на выключение

Таймер по сути аналогичен первому, но с логикой наоборот. Пока активный вход, активный и выход таймера. Как только на входе низкий уровень (не активный) таймер начинает обратный отсчет и по окончанию сбрасывает свой выход тоже в ноль. Вот его временная диаграмма.

Нужно это бывает, когда необходимо остановить задачу не одновременно с её «родителем», а немного позже. Данный вид таймера может показаться кому то экзотичном, при программировании МК, может и так, но как говорится пусть будет.

Циклический таймер

Ну тут все банально. Каждое переполнение данного таймера должно срабатывать событие, по которому выполняем ту или иную рутинную задачу. Опрос датчика инерционной среды, мигание светодиодом, говорящий нам что МК в «порядке», для организации равных промежутков времени для разного рода фильтров и т.д. Временная диаграмма ниже.

Одиночный таймер

Является почти полной копией циклического, за исключением того, что данный вид таймера сам себя выключает (останавливает) после срабатывания. То есть запустили, отсчитал свою задержку, установил флаг (указал на событие) и остановил себя. Вот его диаграмма.

Теперь все это реализуем в коде.

Модуль SwTimer

Название модуля говорит само за себя. Модуль состоит из двух файлов: хидера и сорца.

Данный хидер содержит дефайн, указывающий количество софтовых таймеров в массиве. Объявлен enum для «осознанного» описания режимов работы таймеров. Далее следует сама структура программного таймера. Единственное на что, хотелось бы обратить внимание, то что сам таймер является 24-х битным. В данной структуре это позволяет программному таймеру занимать место в 8 байт. 24 бита при переполнении аппаратного таймера в 1 мс позволяет достичь задержки в 4,66 часа или 16 777 секунд. Вполне достаточно.

Главная функция, обеспечивающая работу всего модуля:

Данная функция должна вызываться при переполнении аппаратного таймера. В ней организован весь алгоритм работы модуля. Заглянем в код:

В цикле проходимся по всему массиву таймеров. Если таймер пуст = EMPTY, то переходим к следующему таймеру. В зависимости от режима работы таймера организована своя логика.

Вызов данной функции можно организовывать как из прерывания аппаратного таймера, так и из цикла в основной программе по флагу.
Вот пример из прерывания для STM32.

А вот из основного цикла:

Данная функция устанавливает режим работы конкретного таймера, устанавливает необходимую задержку.

Считываем состояние статуса таймера. Возвращает -1, если указанный таймер пустой.

Применение

Проинициализируем несколько таймеров с разными режимами. В основном цикле используем на наше усмотрение:

Если необходимо остановить циклический или одиночный таймер, то необходимо сбросить бит включения и выставить бит отключения.

Повторное включение через установку запускающего бита On.

Считывание статуса можно производить как функцией, так и непосредственно считывая бит.

Читайте также  Строительные леса своими руками

Если таймер больше не нужен, то сократить время выполнения функции обработки массива таймеров можно если не просто остановить таймер, а удалить его, то есть перевести в режим ПУСТО. Для этого вызываем функцию подготовки таймера с режимом SWTIMER_MODE_EMPTY. Или прямо это указываем.

Немного разные по смыслу первые два таймера и вторые два объединенны в одну структуру, дабы не плодить лишних функций и т.д. Модуль программных таймеров скачать можно отсюда.

Данная статья является переработанным материалом урока STM32. Уроки по программированию STM32F4. Урок № 4. Программный многозадачный таймер STM32F4. автором которого я и являюсь.

Видео, демонстрирующие функции данного модуля программного многозадачного таймера:

Наверное, на этом всё.

Таймер периодического включения

категория
Умный дом
материалы в категории

Это устройство умеет включать и выключать нагрузку (любую- освещение, электродвигатель, нагреватель и т.п.) периодично. Время включения-выключения задается самим пользователем.

Где может пригодится такое устройство? Ну вот, как говорится, «на вскидку»:
Вариант первый : Вы надолго уехали и квартира осталась без присмотра. Если в ней будет периодически включаться-выключаться свет, то это создаст иллюзию что дома кто-то есть и отпугнет не прошенных гостей.
Вариант второй : У Вас где-то в подсобном помещении установлен нагреватель. Конечно-же лучше будет чтобы он работал не постоянно а с небольшими перерывами- так и электроэнергию маленько сэкономить можно да и сам обогреватель прослужит подольше.
Вариант третий: В бытовом холодильнике вышел из строя терморегулятор а приобрести новый пока нет возможности. Чтобы холодильник не работал постоянно как раз данное устройство и поможет.

Схема таймера

В устройстве имеются два независимых регулятора, которыми устанавливают продолжительность «Работы» (R5) и «Паузы» (R6).

Основой автомата является мультивибратор на операционном усилителе (ОУ) DA1, управляющий работой генератора коротких импульсов, выполненного на однопереходном транзисторе VT1, — он, а свою очередь, обеспечивает открывание симистора VS1. Питается генератор от сети через выпрямитель на диодах VD5, VD6 с балластным конденсатором С5. Для питания мультивибратора установлен параметрический стабилизатор, состоящий из балластного резистора R7 и стабилитронов VD1, VD2.

Мультивибратор собран по известной схеме с времязадающим конденсатором С2 и независимыми цепями его зарядки (VD3, R1, R5) и разрядки (VD4, R2, R6). Конденсатор разряжается и заряжается не полностью, а между двумя значениями напряжения (примерно 5,2 и 4,2 В), определяемого резисторами R3 и R4 и напряжением питания ОУ. Это сделано для того, чтобы не превысить рабочее напряжение конденсатора и иметь возможность реализовать малые выдержки при малом зарядном и разрядном токах.

Мультивибратор вырабатывает прямоугольные импульсы, длительность их и пауз между ними зависит, как было сказано выше, от установленных сопротивлений переменных резисторов. Когда на выходе ОУ будет напряжение, близкое к питающему (режим «Работа»), начнет работать генератор на однопереходном транзисторе. Импульсы напряжения с него будут поступать на управляющий электрод симистора — он открывается в начале каждого полупериода, и на нагрузку поступает практически все сетевое напряжение. Частота следования импульсов значительно превышает частоту сети, поэтому симистор устойчиво работает с нагрузкой в виде электродвигателя холодильника.

Поскольку для нормальной работы симистора на переменном напряжении на его управляющий электрод надо подавать импульсы отрицательной полярности, схема включения однопереходного транзистора несколько отличается от традиционной — управляющий электрод симистора подключен к эмиттерной цепи транзистора.

Когда на выходе ОУ окажется напряжение, близкое к нулю (режим «Пауза»), генератор перестанет работать и симистор не откроется. Нагрузка будет обесточена.

Для указанных на схеме номиналов элементов и конкретного экземпляра конденсатора С2 продолжительность режима «Работа» определяется по формуле: tp = 0,1(R1+R5)C2, а режима «Пауза» — по формуле: tn = 0,1(R2+R6)C2. Продолжительность каждого режима можно изменять от двух минут до трех часов.

При неработающем автомате конденсатор С2, естественно, разряжен, а сразу после включения таймера он должен зарядиться до напряжения примерно 5,2 В. Это означает, что продолжительность первого цикла «Работа» будет примерно в R4/R3 раз больше установленной резистором R5. Для холодильника такая задержка даже полезна, поскольку он успеет набрать нужный холод. Следует учитывать еще одно обстоятельство, связанное с первым включением таймера в сеть, — пока заряжается конденсатор СЗ, устройство может работать неустойчиво. Лучше всего подключать нагрузку к таймеру через 10. 20 с после начала его работы.

В автомате допустимо применить: конденсатор С2 — К58-96, К58-9в; С1, СЗ — К52, К50-35; С4 — КМ, КЛС, К73; С5 — К73; переменные резисторы — СПО, СП4 с характеристикой А (линейная); постоянные — МЛТ, С2-33. Однопереходный транзистор — КТ117А- КТ117Г; диоды VD3, VD4 — КД104А, a VD5.VD6 — любые выпрямительные с допустимым обратным напряжением не менее 300 В. Симистор — КУ208В, КУ208Г; при мощности нагрузки до 300 Вт его используют без радиатора, а если она больше (но не более 1,1 кВт) — установить на радиатор соответствующих размеров.

Большинство деталей размещено на печатной плате из одностороннего фольгирован-ного стеклотекстолита. Плату укрепляют внутри корпуса, на лицевой стенке которого устанавливают переменные резисторы и розетку для включения нагрузки.

Возможен вариант замены конденсатора С5 резистором МЛТ-2 сопротивлением 12 кОм и монтажа симистора на общей печатной плате. Диод VD6 следует удалить.

Налаживание таймера сводится к подбору резистора R7 (при работающем генераторе на однопереходном транзисторе) такого сопротивления, чтобы напряжение на конденсаторе СЗ было на треть больше, чем на катоде стабилитрона VD1. Если сопротивление окажется больше 1 кОм, придется увеличить емкость конденсатора С5.

Затем проводят градуировку шкал переменных резисторов. Сделать это лучше так: измерить сопротивление резистора R1 и определить длительность цикла «Работа» (to) при нулевом сопротивлении резистора R5, а дальше градуировать шкалу резистора R5 по формуле: t=to(R1+R5)/R1, измеряя общее сопротивление последовательно включенных резисторов R1 и R5. Аналогично градуируют шкалу резистора R6.

Для увеличения продолжительности каждого цикла надо уменьшать зарядный и разрядный токи, т. е. увеличивать номиналы резисторов R1, R2, R5, R6, а также увеличить номинал резистора R3 (при этом увеличится напряжение, до которого будет заряжаться конденсатор С2, но оно не должно превышать рабочего). Кроме того, следует применить ОУ с меньшими входными токами. К примеру, чтобы увеличить максимальную продолжительность выдержки до одного или нескольких дней, рекомендуется стабилитроны КС147А заменить на КС133А, в качестве ОУ применить К140УД12, номиналы резисторов R5, R6 увеличить в несколько раз, а R3 — в 10. 20 раз.

Параллельно конденсатору С5 желательно подключить резистор сопротивлением 510. 750 кОм 0,25 Вт, а последовательно с С5 — токоограничительный резистор 36. 47 Ом 0,5 Вт.

Источник : И. АЛЕКСАНДРОВ, г. Курск (Радио 12-98)