Логотип

Логотип
Нижний Новгород. Строительные материалы
603037 Нижний Новгород, ул. Федосеенко, д. 54
тел./факс 8 (831) 225-44-50, 223-55-05, 229-06-66, 223-55-45, 225-77-78, 223-73-53, 225-71-31
 
           

Автомат управления освещением


Автоматическое управление освещением – это просто

Автоматические системы управления освещением

Реле для автоматического управления освещением, в последнее время приобретают все большую популярность. Ведь они позволяют не только существенно снизить затраты на освещение, но и сделать ваш дом более удобным для проживания. Что уж тут говорить о централизованных системах управления освещением, которые позволят вам вообще не подходить к выключателям.

Но зачастую установка таких систем достаточно дорогостоящая, и по карману далеко не каждому. В то же время, при наличии минимальных познаний в электротехнике, вы вполне можете создать централизованную систему управления, которая по своему функционалу мало в чем будет уступать своим более прогрессивным собратьям. А вот ее стоимость будет на порядок ниже.

Устройства применяемые для автоматизации управления освещением

Дабы разобраться с вопросом автоматического управления, давайте сначала рассмотрим, а чем отличается централизованная система управления от установки обычных датчиков. И какие, собственно говоря, датчики для этого могут применяться?

Для ответа на этот вопрос давайте возьмем шкаф управления наружным освещением с централизованной системой, и посмотрим, что к нему подключено. Вы удивитесь, но это обычные датчики освещенности, движения, присутствия, таймеры и концевые выключатели открывания дверей.

Современная система управления освещением и не только

Сам процесс управления осуществляется только за счет этих датчиков. А централизованная система лишь обеспечивает их координацию, изменение режимов работы и удобный интерфейс пользователя для настройки и управления.

  • То есть, мы вполне можем своими руками создать подобную систему управления, которая только что и будет не столь удобна в эксплуатации.
  • Но столь ли часто нам необходимо изменять настройки? Может быть раз-два в год – да и то, только на отдельных реле.
  • Это вполне можно сделать и вручную, а не через WEB-интерфейс. Зато стоимость такой системы будет в разы ниже.
  • Что нам для этого необходимо? В первую очередь сами датчики. Поэтому давайте остановимся на них подробнее.

Датчик движения – устройство которое срабатывает при наличии в поле его зрения движения.

Данный датчик может отстраиваться от незначительно движения – например, движение веток от ветра, движения животных или удаленного движения людей.

Датчик освещенности срабатывает при снижении уровня освещенности в месте установки устройства до установленного предела. Предел срабатывания вы будете выставлять самостоятельно, и это может быть как полная темнота, так и незначительное затемнение от тучи.

Таймер – это устройство, которое отчитывает время между включениями и отключением света. Таймеры могут быть однозадачные – то есть способные отсчитывать время лишь для одной команды, и многозадачные, способные отчитывать время для большого количества задач одновременно.

Концевой выключатель на двери

Концевые выключатели открывания и закрывания дверей.

По сути это обычные кнопки, которые монтируются в дверь и фиксируют ее положение.

Активно применяются не только для управления освещением, но и для интеграции систем управления освещением с охранными системами.

Датчики присутствия – это устройства, которые фиксируют наличие человека в поле зрения датчика.

Они могут быть выполнены по разнообразным технологиям, из-за чего цена на устройство может достаточно сильно отличаться.

Например, некоторые датчики фиксируют наличие теплового излучения человека, а некоторые — работают по принципу датчика движения, фиксируя движения человека.

Схемы автоматического управления освещением

Подключение приведенных выше датчиков по схеме «и» или «или», позволяет полностью автоматизировать процесс управления освещением:

  • Так называемая логика «и» — это когда включение освещения наступает при срабатывании сразу двух датчиков.
  • Например, при снижении освещенности срабатывает датчик освещенности, и падает питание к датчику движения, при срабатывании которого и включается свет. Таким образом, срабатывание одного из этих датчиков не приведет к включению света.
  • Логика «или» — это когда свет включится по фактору срабатывания одного из нескольких датчиков. Например: свет включится или по факту снижения освещенности, или по фактору наступления времени срабатывания на таймере.

Схемы подключения с одним датчиком

Чтобы разобраться с этим вопросом более детально, давайте рассмотрим разнообразные схемы подключения датчиков. Начнем с наиболее простых схем с одним датчиком.

В качестве примера возьмем схему подключения датчика освещенности, который при снижении уровня естественной освещенности будет давать импульс на включение искусственного освещения. Принцип подключения других датчиков аналогичен.

  • Для этого нам потребуется непосредственно сам датчик освещенности. Он может быть двух типов. В первом случае — это датчик с коммутационным механизмом внутри. Такое устройство способно управлять освещением с токами до 6, 10 или 16А. Более высокие токи приведут к перегоранию контактной части реле.
Принципиальная электрическая схема датчика освещенности
  • Второй тип реле — это автомат управления освещением с выносным датчиком. Автомат и датчик соединяются при помощи провода. В этом случае, датчик подает лишь управляющий импульс на автомат, а коммутация цепи происходит уже непосредственно автоматом. Такие устройства способны включать и отключать освещение с номинальными токами до 32А, а иногда и выше.
  • В нашем примере мы рассмотрим подключение датчика освещенности первого типа, как более распространенного. Для его работы, нам потребуется подключить к нему фазный и нулевой провод (см. Как прозвонить провода: рассмотрим варианты).
Подключение датчика освещенности без выключателя
  • Для этого фазный провод подключаем от выключателя сети освещения, которую мы планируем автоматизировать. Причем, подключаем его на приходящий от распределительной коробки или от группового автомата контакт. Нулевой провод подключаем непосредственно в распределительной коробке — или шкафу управления освещением, как на видео.
  • Теперь датчик у нас работоспособен, но пока еще нечего не коммутирует. Для этого нам необходимо к третьему выводу датчика подключить еще один провод. Он так же будет фазным, и подключается либо на уходящий контакт выключателя, либо непосредственно к ближайшему светильнику. Нулевой провод для светильника берется отдельно от распределительного щита или коробки.
На фото правильное подключение любого датчика с шунтирующим выключателем

Обратите внимание! Наша инструкция не даром делает такой акцент на подключение от выключателя. Дело в том, что согласно нормам ПУЭ, любые сети освещения с автоматическим управлением должны быть оборудованы системой ручного управления, которая шунтирует средства автоматизации. Проще говоря, должен стоять выключатель, который позволит включить свет помимо датчика.

Схемы подключения с двумя датчиками

Теперь давайте рассмотрим вопрос подключения сразу нескольких датчиков. При этом у нас будет два варианта: первый подключение по логике «и», а второй по логике «или».

  • В качестве примера, давайте рассмотрим вариант, когда нам необходимо, чтобы освещение включалось, когда будет достаточно темно, и когда в определенной зоне есть человек. Для этого нам потребуется датчик освещенности и датчик движения. Вместо датчика движения может быть датчик присутствия.
Последовательная схема подключения датчиков
  • Теперь давайте разберем схему подключения – она называется последовательной. Прежде всего, как в варианте с подключением одного датчика, монтируем датчик освещенности. Только провод, который у нас шел к светильникам, подключаем в качестве приходящего фазного к датчику движения. А уже уходящий фазный провод от датчика движения подключаем к светильникам. При этом нулевой провод для датчика движения, мы подключаем в шкаф управления освещением наружным или распределительную коробку. Можно на один контакт с нулевым проводом датчика освещенности.
  • При такой схеме, после того как снизится уровень естественного освещения, сработает датчик освещенности. Он подаст фазу на датчик движения, и тот включится в работу. После того, как в зону действия датчика попадет человек, он сработает и включит освещение.
  • Теперь давайте рассмотрим вариант, когда у нас имеется длинная дорожка. Нам необходимо, чтобы свет зажегся тогда, когда с одной или со второй стороны дорожки появится человек. Зона действия одного датчика движения недостаточна для охвата всей дорожки. Поэтому нам потребуется два, или даже три датчика.
Параллельная схема включения датчиков движения
  • Схема такого подключения достаточно проста. Все датчики должны быть включены параллельно. Для этого из одной точки берем нулевой провод, и подключаем его ко всем датчикам. Так же поступаем и с фазным питающим проводом. А вот уходящие от датчиков фазные провода, соединяем между собой и подключаем к нашим светильникам.

Обратите внимание! Если у нас имеется ящик управления освещением 380В, из которого мы подключаем датчики, то крайне важно чтобы все они были запитаны от одного и того же фазного провода. В противном случае, это приведет к короткому замыканию. Поэтому, для исключения ошибок, подключения лучше выполнять в одной точке.

Схема управления с большим количеством датчиков и единой управляющей системой

При таком способе подключения, при срабатывании хотя бы одного из датчиков, свет включится вдоль всей дорожки. Комбинируя приведенные выше варианты, можно достичь высочайшей степени автоматизации.

Но для сложных схем, становится достаточно накладно монтировать силовые провода от датчика к датчику. Поэтому в таких случаях, все силовые переключения выполняются в силовом шкафу. А к датчикам подводится только питание, и от них исходят управляющие сигналы.

Вывод

Ящик управления освещением с фотореле — это уже давно не предел автоматизации. Современные технологии позволяют использовать сразу несколько параметров для включения освещения. И далеко не всегда для этого необходима покупка дорогостоящего оборудования.

Вполне возможно создать качественные системы управления и самостоятельно. Для этого достаточно иметь минимальные познания в электротехнике, и правильно продумать условия включения и отключения света.

elektrik-a.su

Автомат управления освещением (2)

Описание.

Автомат управления освещением.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве автоматического аппарата освещения.

При достаточном освещении сопротивление фоторезистора R2 мало и напряжение на инвертирующем входе ОУ DA1 меньше, чем на неинвертирующем. Напряжение же на выходе ОУ близко к напряжению на плюсовом выводе конденсатора С3, и транзистора VT1 закрыт. В таком состоянии ток, протекающий через обмотку реле К1, откроет транзистор VT2, который её зашунтирует. Напряжение на обмотке реле составляет в этом случае 2…4 В, что недостаточно для его срабатывания, а поэтому включенные через его нормально замкнутые контакты лампы освещения гореть не будет.

По мере уменьшения освещенности сопротивление фоторезистора R2 возрастает и напряжение на инвертирующем входе ОУ увеличивается. При достижения им уровня, заданного подстроенным резистором R4, ОУ переключается и напряжение на его выходе становится близким к напряжению на минусовом выводе конденсатора С3. Транзистор VT1 открывается, и происходит насыщение. В результате напряжение на эмитторе практически сравнивается с напряжением на коллекторе, что приводит к закрыванию транзистора VT2. Теперь ток питания полностью потечет через обмотку реле К1, оно срабатывает и его замкнувшиеся контакты включат осветительную лампу.

При открытом транзисторе VT2 ток, текущий через этот транзистор и диод VD2, проходит также через стабилитрон VD3. Выделяющееся на нём напряжение 12В используется для питания управляющей части устройства. При закрытом транзисторе VT2 почти весь ток обмотки реле К1 продолжает питать этот узел и лишь малая его часть проходит через резистор R6 и выход ОУ DA1.

Резистор R5 исключает многократные включения и выключения осветительной лампы при небольших изменениях освещенности в зоне срабатывания автомата. Конденсатор С1 устраняет сетевые наводки и замедляет срабатывание автомата, уменьшает вероятность выключения лампы при кратковременном освещении фоторезистора, например, светом фар проходящих автомобилей.

Стабилитрон VD1 обеспечивает четкое закрытие транзистора VT1, а диод VD2 – транзистора VT2. Резистор R3 не позволяет при подстройки уровня срабатывания автомата превысить максимально допустимое синфазное напряжение на входе ОУ, выше которого он уже не будет работать.

В автомате было применено реле типа РПУ-2 с сопротивлением обмотки 4,5 кОм и рабочим напряжением 110 В. Оно имеет по две пары замыкающих и размыкающих контактов, ток через каждую пару может по оценке автора достигать 10 А. Емкость конденсатора С4 была подобрана для обеспечения номинального напряжения на обмотке при закрытом транзисторе VT2. Устройство сохраняет работоспособность при емкости С4 в пределах 0,22...0,47 мкф.

Здесь использован фоторезистор ФСД-Г1, чем объясняется высокое сопротивление резистора R1. Если применить фоторезистор ФСК-Г1 или СФ2-5, сопротивление резистора R1 нужно будет уменьшить примерно до 1 МОм, а емкость конденсатора С1 -увеличить до 2,2 мкф.

При такой же замене фоторезистора можно в качестве ОУ DA1 установить К140УД6 или К140УД7. Транзистор VT1 - любой кремниевый маломощный структуры р-n-р (например серий КТ361, КТ502 или КТ3107 с любым буквенным индексом). Хотя при работе автомата напряжение на транзисторе VT2 не превышает 110 В, в момент включения устройства в сеть к нему может быть приложено полное амплитудное напряжение сети - около 300 В, поэтому его допустимое напряжение коллектор-эмиттер должно быть не менее указанной величины. Подойдут КТ506А(Б), КТ604А(Б, AM, БМ), КТ605А(Б, AM, БМ), КТ850Б, КТ854А(Б), КТ859А.

Стабилитрон VD1 - любой малогабаритный на напряжение 4,7...7,5 В, VD3 - на напряжение стабилизации 11...15 В и ток не менее рабочего тока реле К1 с запасом 50% (для РПУ-2 - 25..,30 мА), например, Д814Г, КС512А, КС512Б, КС515Г. Диодный мост КЦ407А может быть заменен на четыре любых диода на напряжение не менее 300 В. Конденсатор С3 - импортный аналог К50-35.

Все элементы устройства размещены на печатной плате размерами 60 х 60 мм .Плата рассчитана на установку двух конденсаторов К73-17 0,22 мкФ 630 В в качестве С4. Их рабочее напряжение должно быть не менее 400 В, можно также использовать К73-16. Резисторы - типа МЛТ (R1 - С1-4 0,25 Вт или КИМ-0,125), подстроечный резистор R4 - СП3-19.

Выводы обмотки реле отсоединены от контактных ламелей и подпаяны к соответствующим штырькам платы, в качестве которых использованы контакты диаметром 1 мм от разъема 2РМ. К освободившимся ламелям подключены проводники питания 220 В платы, фоторезистор подключен двумя свитыми проводами непосредственно к контактам платы.

Кроме обычного источника питания от сети автомат управления освещением имеет источник питания от солнца, т.е. солнечную батарею (фотоэлектрический источник питания). Эти два источника питания подключены параллельно друг другу. Принцип действия заключается в том, что днем солнечная батарея заряжается от солнца, т.е. накапливает электроэнергию. А когда наступает ночь или темное время суток, солнечная батарея растрачивает данную энергию на работу установки. Но так как в светлое время суток погода может быть пасмурной, солнце может быть закрыто облаками, т.е. на солнечную батарею не поступает солнечная энергия. В этом случае на помощь приходит другой источник питания – источник питания от сети, который способствует дальнейшей работе автомата управления освещением.

Прототипом автомата управления освещением является автомат управления освещением без фотоэлектрического источника питания. Недостатком прототипа является его неэкономичность. Данное же изобретение позволяет экономить электроэнергию и, следовательно, материальные ресурсы. Оно может применяться в различных местах. Например как уличное освещение или на маяках. Если на маяках применять данный автомат управления освещением, то можно будет реже подзаряжать генератор от которого работает маяк, что позволит сэкономить средства.

РКО

Формула изобретения

Автомат управления освещением, состоящий из блока управления, пускового реле, фоторезистора, источника сетевого питания, отличающийся тем, что с целью расширения функциональных возможностей, он содержит фотоэлектрический источник питания, включенный параллельно сетевому и реле контроля напряжения сети.

Предлагаемый автомат управления освещением может быть использован в быту, промышленности и сельском хозяйстве, для обеспечения экономии электроэнергии.

В предлагаемом устройстве отличительной особенностью является наличие компактного светового источника питания, связанного с основным источником питания от сети параллельно, что, в свою очередь, повышает уровень надежности работы автомата управления освещением.

Устройство не требовательно к монтажу и допускает различные варианты конструктивного исполнения.

Список использованной литературы

  1. Шелестов И.П. «Радиолюбителям: полезные схемы»,издательство «Солон» 1998г.

  2. Журнал «Радиолюбитель» №5,1997 г.

  3. Журнал «Радио» №12, 1987 г.

studfiles.net

Радиосхемы. - Автомат для управления освещением

материалы в категории

Автомат для управления освещением

Такое автоматическое устройство управления освещением пригодно скорее для различных подсобных помещений: подъездов, хранилищ и так далее, так как оно может включать свет не просто с наступлением темноты, но и реагировать на присутствие людей.

Принцип работы устройства

Автомат управления освещением имеет два датчика:1. Световой, который определяет необходимость включить свет2 Звуковой (микрофон), который определит есть-ли люди в помещении.

Но кроме этого устройство имеет еще и таймер- то есть освещение включится лишь 1 минуту.

схема и описание устройства управления освещением

Схема автомата управления освещением показана на рисунке ниже:

Датчиком света является старый фотодиод ФД320. Такие фотодиоды применялись в системах дистанционного управления отечественных телевизоров 80-90-годов. Несмотря на то что этот фотодиод предназначался для ИК-излучения, он с тем же успехом реагирует и на видимый свет. Здесь фотодиод включен как фоторезистор. То есть, он повернут в обратном направлении и его обратное сопротивление вместе с сопротивлением резистора R6 образует делитель напряжения.

Схема универсальна, и вместо ФД320 здесь можно использовать другой фотодиод, фототранзистор или фоторезистор. Единственная трудность в том что это может потребовать замены резистора R6 резистором другого сопротивления. Сопротивление R6 должно быть в максимальном состоянии равно или на 20-30% меньше сопротивления фотодатчика в темноте. Делитель R6-FD1 должен работать так чтобы в темноте напряжение на FD1 было в зоне логической единицы для элемента D1.2, а на свету снижалось до логического нуля. Таким образом, если светло (то есть, нет необходимости в дополнительном освещении) на выводе 13 D1.2 есть логический ноль. Так как это элемент «И-НЕ» на его выходе при этом будет логическая единица независимо от уровня на его втором входе. На выходах параллельно включенных элементов D1.3 и D1.4 при этом логический ноль. Напряжение на затворах транзисторов VT1 и VT2 низко и поэтому они закрыты. Ток на лампу Н1 не поступает.

Если темно сопротивление FD1 высокое, выше установленного сопротивления R6, поэтому напряжение на FD1 находится в зоне логического нуля. Теперь состояние выхода элемента D1.2 может изменяться под действием логического уровня на его втором входе. То есть, по сигналу от схемы акустического датчика.

Одно уточнение по поводу оптического датчика, он предназначен для случая установки схемы в помещении с окнами или окном для поступления света с улицы (естественного освещения). И его назначение в определении времени суток — дня или ночи, а не в контроле за освещением помещения. Датчик должен устанавливаться так чтобы он «видел» только свет с улицы, а не поступающий из помещения. Фотодиод нужно поместить в трубку, ограничивающую угол попадания света на него и приклеить эту трубку прозрачным клеем к оконному стеклу так чтобы датчик «смотрел» на улицу. Если датчик будет «смотреть» в помещение, то он будет реагировать на включение искусственного освещения и схема будет ошибаться.

В том случае, когда схема должна работать в помещении без окон, то есть, необходимость в искусственном освещении имеется в любое время суток, фотодатчик не нужен. В этом случае детали R6.FD1.C4 не устанавливаются, а вывод 13 D1 нужно соединить с её выводом 12.

Акустический датчик построен на основе электретного микрофона М1. Питание на его встроенный усилитель поступает через R1, этот же резистор служит и нагрузкой. Обычно в таких схемах усилитель-детектор делают на операционных усилителях или транзисторах. Но существуют индикаторные микросхемы для светодиодной индикации уровня 34 сигнала на шкале из нескольких светодиодов. Такая микросхема в данном случае более удобна, так как уже содержит и усилительные каскады и детектор и усилители постоянного тока. К тому же у неё есть пять выходов разной чувствительности. Это можно использовать для ступенчатой регулировки чувствительности акустического датчика, путем перестановки перемычки.

Сигнал с микрофона поступает на вход микросхемы А1. Микросхема AN6884 предназначена для работы в схеме индикатора «светящийся столб». На её пяти выходах есть транзисторные ключи с открытыми коллекторами, которые открываются в зависимости от уровня сигнала. Ключи имеют ограничители тока, чтобы можно было работать со светодиодами без дополнительных резисторов. Эти ограничители тока в данной схеме немного мешают, так как от их работы зависит напряжение логического нуля. Резистор R4 установлен чтобы подтянуть выход А1 к единице, но подтянуть не слишком сильно, так чтобы и уровень логического нуля оставался на приемлемом для КМОП логике уровне напряжения. В процессе налаживания сопротивление R4 нужно подобрать так, чтобы напряжение на выходе микросхемы А1 менялось от логического нуля до логической единицы, то есть, не уже диапазона 1.5…5V.

Схема задержки выключения сделана на конденсаторе СЗ и резисторе R5. При достаточном уровне звукового сигнала напряжение на подключенном выходе А1 падает до логического нуля. При этом открывается диод VD1 и через него разряжается конденсатор СЗ до напряжения логического нуля. На выходе элемента D1.1 появляется логическая единица. Если на выводе 13 D1.2 тоже логическая единица (или выводы 12 и 13 соединены вместе), то на выходах D1.3 и D1.4 будет единица. Это напряжение поступает на затворы VT1 и VT2 и открывает их. Ток поступает на лампу Н1.

Диоды VD3, VD4 и резистор R7 служат для уменьшения влияния емкости затворов полевых транзисторов.

Возможно два случая работы схемы на включение. В первом случае раздается один непродолжительный звук, например, звук открывающейся двери. Конденсатор СЗ разряжается, но потом начинает заряжаться через резистор R5. В этом случае лампа будет оставаться включенной в течение одной минуты, пока конденсатор СЗ заряжается. Если в это время раздается еще звук или звуки, например, открыли дверь в квартиру, то выдержка повторяется.

Во втором случае звуки раздаются либо не прерывно, либо с перерывами не более 1 минуты. Например, в подъезде разговаривают люди или проводится какой-то ремонт. В этом случае конденсатор СЗ будет постоянно поддерживаться в разряженном состоянии и свет выключится только через минуту после наступления тишины.

Питается «электроника» от источника на диоде VD5, гасящем избыток напряжения резисторе R8, стабилитроне VD2 и сглаживающем пульсации конденсаторе С5.

Конструкция и детали автомата

Большинство деталей расположено на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. На рисунках приведены схемы расположения дорожек и деталей. Рисунок на плату нанесен ручным способом с помощью линейки и маркера для письма на компакт-дисках. Сначала фольгированный слой обезжиривают, затем его нужно немного зашлифовать мелкой шкуркой («нулевкой»). После этого заготовку нужно подложить под бумажную схему платы и тонким шилом слегка накернить места расположения отверстий. Далее, отверстия нарисовать маркером, а потом пользуясь линейкой и тем же маркером соединить эти отверстия согласно схеме расположения дорожек.

Травление в растворе хлорного железа. Смыть с дорожек краску маркера можно одеколоном или любым растворителем для лаков и красок (одеколоном смывается легче и чище) Далее, — просверлить отверстия и приступать к монтажу.

Детали

Микросхему AN6884 можно заменить аналогом другой фирмы, например, LB1413, LB1423, LB1403 или другим аналогом, которых очень много.Все конденсаторы должны быть на напряжение не ниже 10V. Конденсатор СЗ должен быть новым (не с демонтированной платы), и с минимальным током утечки. При большом токе утечки СЗ схема может быть неработоспособной.Стабилитрон КС168 можно заменить любым стабилитроном на напряжение 6-8V. Диоды 1N4148 можно заменить на КД521, КД522. Диод 1N4007 можно заменить на КД209.

Электретный микрофон — любой, со встроенным предусилителем. Можно использовать микрофон от электронного телефонного аппарата, сотового телефона, диктофона. При подключении учитывать полярность. 

Источник: Радиоконструктор № 06 2012г.Автор: Горчук Н.В.

 Обсудить на форуме

radio-uchebnik.ru

Автомат управления уличным освещением с астротаймером

Предлагаемое устройство отличается от ранее опубликован­ных приборов того же назначения тем, что определяет моменты включения и выключения уличного освещения, рассчитывая положение Солнца относительно горизонта.

Для автоматического управления работой уличного освещения обыч­но используют два типа устройств. Одни из них включают и выключают ос­вещение в зависимости от уровня ес­тественной освещённости — это так на­зываемые сумеречные выключатели. Другие включают и выключают искус­ственный свет в определённое заранее заданное время — это так называемые программируемые таймеры.

Каждый тип устройств имеет свои достоинства и недостатки. Сумеречные выключатели в идеале обеспечивают оптимальное управление освещением, включая и выключая его именно тогда, когда это необходимо. Например, в ясную погоду оно будет включено вече­ром позже, чем в пасмурную. Этим обеспечивается оптимальная освещён­ность улицы независимо от погодных условий. Правда, разница между време­нем включения или выключения осве­щения при ясной и при пасмурной пого­де весьма невелика, по наблюдениям автора, она не превышает 7… 10 мин.

В реальных условиях сумеречные выключатели, будучи чувствительными к внешним воздействиям аналоговыми устройствами, имеют существенную зависимость моментов срабатывания от ряда мешающих факторов. К ним можно отнести сильную зависимость характеристик фоторезисторов, ис­пользуемых в качестве датчиков осве­щённости, от температуры окружаю­щей среды, наводки электромагнитных помех на цепи измерения освещённос­ти, загрязнение оптического окна дат­чика освещённости. Всё это сущест­венно увеличивает погрешность сраба­тывания выключателя и сводит «на нет» теоретическую оптимальность управле­ния освещением.

Современные программируемые таймеры, используемые для управле­ния уличным освещением, представ­ляют собой, по сути, электронные часы с двумя будильниками. По сигналу од­ного будильника таймер включает свет вечером, по сигналу другого — выклю­чает утром. Эти полностью цифровые устройства свободны от недостатков, присущих сумеречным выключателям. Они надёжны в работе и обеспечивают стабильность моментов срабатывания. Главный недостаток программируемого таймера состоит в том, что через каж­дые два-три дня он требует корректи­ровки моментов срабатывания ввиду того, что длительность светового дня естественным образом изменяется. Это не позволяет сделать такое устрой­ство необслуживаемым.

С развитием компактных вычисли­тельных средств программируемые таймеры стали уступать своё место в системах управления уличным освеще­нием новому типу устройств — астротаймерам, представляющим собой электронные часы, сопряжённые с мик­роконтроллером. В микроконтроллер заложена программа астрономических расчётов, по которой он по известным географическим координатам места установки вычисляет моменты нахожде­ния светила (в данном случае Солнца) в определённых точках небесной сферы (например, в точках восхода и захода) и формирует сигналы управления улич­ным освещением. Обслуживание такого устройства минимально и сводится к корректировке хода часов, требующей­ся очень редко, и замене раз в несколь­ко лет батареи резервного питания.

Погрешность работы астротаймера определяется степенью совершенства реализованного в программе микро­контроллера алгоритма астрономиче­ских расчётов. Для управления уличным освещением вполне достаточно, чтобы она не превышала ±5…7 мин.

Предлагаемое устройство автомати­ческого управления работой уличного освещения построено на базе астро­таймера.

Основные технические характеристики

  • Допустимые географиче­ские координаты места установки, град.:

— Широта (северная)          0…69.9

— Долгота (восточная)        0…180

  • Точность задания географи­ческих координат, град…….0,1
  • Погрешность определения момента прохождения Солнцем заданной точки небесной сферы, мин, не хуже…..±3
  • Напряжение питания, В 6,5…9
  • Потребляемый ток, мА ..60
  • Максимальное напряжение в цепи управления контак­тором, В…..36
  • Максимальный ток срабаты­вания контактора, А ………3,6

Схема устройства приведена на рис. 1. Его основа — микроконтроллер ATmega168PA-PU (DD2). Счёт времени ведёт микросхема часов реального вре­мени DS1307N (DD1). Для отображения необходимой информации о работе устройства имеется ЖКИ HG1 (две строки по 16 символов). Подборкой ре­зистора R12 устанавливают необходи­мую яркость подсветки табло индикато­ра, а подстроечным резистором R8 ре­гулируют контрастность изображения.

Рис. 1

Исходные данные вводят в микро­контроллер с помощью кнопок SB1 — SB4. Сигнал управления освещением микроконтроллер формирует на линии порта PD7 (высокий уровень — включено, низкий уровень — выключено). Ключ на транзисторе VT1 по этому сигналу уп­равляет контактором КМ1, включающим и выключающим уличное освещение.

Следует отметить, что область воз­можного применения описываемого устройства довольно обширна. Оно способно управлять работой освещения как на улицах городов и посёлков, так и на индивидуальных земельных участках, где суммарная мощность осветитель­ных приборов может варьироваться от сотен ватт до десятков киловатт. В связи с этим конкретный перечень контакто­ров, с помощью которых устройство может управлять освещением, в статье не рассматривается — он очень широк. Не исключено, что для сопряжения с мощным контактором может потребо­ваться замена транзистора VT1.

Для управления освещением инди­видуальных земельных участков, на которых установленная мощность улич­ных светильников не превышает, как правило, нескольких сотен ватт, можно рекомендовать применить вместо кон­тактора КМ1 бесконтактный симисторный коммутатор, схема которого изоб­ражена на рис. 2.

Рис. 2

В этом случае транзистор R1 и резистор R11 в устройство не устанав­ливают, а вход коммутатора подклю­чают к подвижному контакту переключа­теля SА1. Такой коммутатор может уп­равлять лампами суммарной мощ­ностью до 1,5 кВт, при этом он надёжен, бесшумен и создаёт минимум помех в электросети. Другое достоинство тако­го решения — отпадает необходимость в дополнительном источнике питания для обмотки контактора.

При мощности нагрузки, не превы­шающей 200…250 Вт, симистор VS1 сможет работать без теплоотвода, что позволит разместить все элементы коммутатора непосредственно на пе­чатной плате устройства (разумеется, при условии её соответствующей дора­ботки).

Переключателем SА1, переведя его в нижнее по схеме положение, можно в любой момент времени принудительно включить освещение. Это может потре­боваться, например, при поиске и заме­не неисправных ламп в светильниках. Когда переключатель в верхнем поло­жении, управление работой освещения автоматическое по сигналам микро­контроллера.

Устройство питают от любого нестабилизированного источника постоянно­го напряжения 6,5…9 В. Ток потребле­ния в основном определяется током подсветки индикатора HG1 и в зависи­мости от сопротивления резистора R12 может находиться в пределах 35…60 мА.

Параметры источника питания об­мотки контактора зависят от типа при­менённого контактора, однако его на­пряжение не должно превышать 36 В (с учётом пульсаций), иначе транзистор VТ1 может быть повреждён.

Печатная плата устройства изобра­жена на рис. 3. Контактор КМ1 находится вне её. Плата рассчитана на установ­ку большинства элементов для поверх­ностного монтажа. Исключение — разъ­ёмы и кнопки, подстроечный резистор R8, а также микросхемы DD1 и DD2. Для микроконтроллера (DD2) на плате должна быть установлена панель, в которую его переносят из панели про­грамматора после программирования.

Рис. 3

Постоянные резисторы (кроме R12) и все конденсаторы — типоразмера 1206 для поверхностного монтажа. Про­волочные выводы резистора R12 при­паивают непосредственно к контактным площадкам 2 и 15 индикатора HG1.

Кнопки SB1 —SB4 — тактовые TS-0617, переключатель SA1 — любого типа с одной контактной группой на пере­ключение. Источник резервного пита­ния часов G1 — литиевый элемент CR2035, устанавливаемый в держатель СН224-2032.

Разъём Х1 (однорядная угловая вил­ка PLS-10R и розетка BLS-10), через который к плате устройства подклю­чают индикатор, применять не обяза­тельно. Провода от индикатора можно припаять непосредственно к предна­значенным для разъёма контактным площадкам на плате устройства.

В качестве базового алгоритма для выполнения астрономических расчётов использован Sunrise/Sunset Algorithm Example. — URL: http://williams.best.vwh.net/sunrise_sunset_example.htm (08.04.15). Как заявляют его разработ­чики, расчёты по нему возможны до 2050 г. В исходном варианте он обес­печивает расчёт моментов восхода и захода Солнца в заданной широтой и долготой точке местности. Однако ис­пользовать эти моменты для управле­ния уличным освещением нелогично, так как в это время на улице достаточно светло. Поэтому разработанная на ос­нове базового алгоритма программа рассчитывает моменты, когда Солнце находится на 6 град, ниже горизонта. В астрономии это соответствует понятию «гражданские сумерки» (начало утрен­них и конец вечерних).

По наблюдениям автора, освещение следует включать за 15…25 мин до окончания вечерних сумерек, а выклю­чать с той же задержкой относительно начала утренних. Задержку подбирают экспериментально, исходя из особен­ностей естественного освещения в месте установки прибора.

Как известно, в высоких широтах наблюдаются явления полярного дня летом (Солнце в течение полных суток не опускается ниже линии горизонта) и полярной ночи зимой (Солнце посто­янно находится ниже этой линии). Про­грамма микроконтроллера эти явления учитывает, однако критерий их наступ­ления иной — постоянное нахождение Солнца выше (летом) или ниже (зимой) уровня, расположенного на 6 град, ни­же линии горизонта. Дополнительно к этому учитывается и задержка, зада­ваемая пользователем.

Ввиду того что рассматриваемое устройство предназначено для дли­тельной работы без обслуживания, в программе микроконтроллера преду­смотрена защита от возможного «зави­сания» вследствие случайного сбоя. Защита организована с помощью сто­рожевого таймера микроконтроллера, который срабатывает при превышении нормальной продолжительности вы­полнения основных программных цик­лов. В подобных случаях сторожевой таймер перезапускает микроконтрол­лер, что приводит к повторному старту программы.

Разряд Сост. Разряд Сост.
BOOTSZ1 0 BODLEVELO 1
BOOTSZO 0 CKDIV8 0
BOOTRST 1 CKOUT 1
RSTDISBL 1 SUT1 1
DWEN 1 SUT0 0
SPIEN 0 CKSEL3 0
WDTON 1 CKSEL2 0
EESAVE 0 CKSEL1 1
BODLEVEL2 1 CKSEL0 0
BODLEVEL1 1

Правильно собранное из исправных деталей устройство практически не требует налаживания. Единственная необходимая операция — установка оптимальной контрастности отображе­ния информации на индикаторе с помо­щью подстроечного резистора R8.

После установки в панель на плате запрограммированного микроконтрол­лера (его конфигурацию устанавливают согласно таблице) на устройство пода­ют питание.

Наличие подсветки инди­катора уже свидетельствует об отсутст­вии замыканий в цепи питания, однако желательно всё-таки измерить ток по­требления, который должен лежать в указанных ранее пределах. Далее под­строечным резистором R8 устанавли­вают необходимую контрастность изоб­ражения. Если экран индикатора пуст или на него выведен хаотический набор символов, следует искать ошибки в монтаже либо неисправные элементы устройства.

При первом включении устройство автоматически переходит в режим вво­да параметров. Их вводят в следующем порядке:

  • текущая дата (число, месяц, год);
  • текущее время (часы, минуты);
  • номер часового пояса;
  • широта (град.);
  • долгота (град.);
  • задержка относительно начала гражданских сумерек (мин).

В этом режиме в верхней строке индикатора отображается название вводимого параметра, а в нижней — его текущее значение и мигающий курсор. Нажатиями на кнопку SB1 или SB2 можно установить нужное значение, а с помощью кнопки SB3 или SB4 — воз­вратиться к вводу предыдущего пара­метра либо перейти к следующему.

Значения широты и долготы, состоя­щие из целой и дробной частей, вводят в два этапа. На первом этапе курсор установлен на старшую цифру целой части параметра, а каждое нажатие на кнопку SB1 или SB2 изменяет его зна­чение на один градус в ту или другую сторону. Установив значение целой части, следует нажать на кнопку SB4, после чего курсор будет установлен на цифру десятых долей градуса, а нажа­тия на кнопку SB1 или SB2 станут изме­нять значение параметра на 0,1 град.

После ввода последнего параметра (задержки) и нажатия на кнопку SB4 ус­тановленные значения всех параметров будут записаны в память прибора. Дата и время — в регистры микросхемы DD1, остальные параметры — в EEPROM микроконтроллера. Затем устройство перейдёт в рабочий режим и начнёт управлять освещением.

Если в устройстве установлен микро­контроллер, ранее работавший в дру­гом приборе, то при первом включении оно может не перейти автоматически в режим ввода параметров в связи с тем, что в EEPROM сохранилась зане­сённая туда ранее информация, кото­рая воспринята программой как значения параметров. В этом случае устройство следует перевести в ре­жим ввода принудительно. Для этого следует одновременно нажать и удерживать около трёх секунд кнопки SВ1 и SВ4. Так же поступают, если требуется изменить значения пара­метров в ходе работы устройства.

В рабочем режиме в верхней строке индикатора отображены текущие дата (в формате ДД-ММ-ГГ) и время (в фор­мате ЧЧ:ММ). При этом разделитель­ное двоеточие мигает с частотой около 1 Гц, что служит признаком нормальной работы программы. В нижней строке выведены расчётные моменты выклю­чения освещения утром (слева) и вклю­чения его вечером (справа) в форматах ЧЧ:ММ. Пример показан на рис. 4, а. Символ «*» в центре второй строки(рис. 4, б) сигнализирует, что освеще­ние включено.

Рис. 4

Во время полярного дня во второй строке вместо расчётного времени выключения и включения освещения будет выведено сообщение «Полярный день», а освещение включаться не бу­дет. Во время полярной ночи там будет выведено сообщение «Полярная ночь», а освещение будет включено круглосу­точно. Но символа включённого осве­щения на ЖКИ не будет.

Скачать архив к проекту

Автор: А. САВЧЕНКО, пос. Зеленоградский Московской обл.

Возможно, Вам это будет интересно:

meandr.org


Смотрите также




Rambler's Top100

Copyright © 2009-2019  «МАГНИТЭК-НН» E-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
603037 Нижний Новгород, ул. Федосеенко, д. 54
тел. 8 (831) 223-73-53, 223-55-05, 229-06-66, 223-55-45, 225-77-78, 225-44-50,
225-71-31
Карта сайта, XML