"Умный" фонарь (с печатной платой)

October 9, 2012 by admin Комментировать »

Представьте, читатель, ситуацию:
в комнате довольно темно (но не настолько, чтобы не видеть находящиеся в ней
предме­ты), и вы по привычке берете фонарик, а он вдруг “заявляет”:
“Положи меня, пожалуйста, на место и не трать напрасно энер­гию моей
батареи, здесь и так достаточно светло!” — Неве­роятно? Но нечто подобное
может стать реальностью, если изго­товить устройство, описываемое в публикуемой
ниже статье…

Предлагаемое вниманию читателей
устройство состоит из светодиод­ного фонаря с сенсорным выключате­лем и
выполненного в виде подставки под него сигнального блока, следящего за тем,
чтобы фонарем пользовались только тогда, когда без него не обой­тись, т. е. в
полной темноте. При попыт­ке воспользоваться им при наличии даже слабого
освещения сигнальный блок подает прерывистый звуковой сиг­нал, напоминая, что в
этом нет необхо­димости. Сигнал прекращается после возвращения фонаря на место
или по истечении определенного времени (даже если это не сделано), а также в
случае аварийного выключения осве­щения во время подачи сигналов, когда
использование фонаря признается оправданным.

Схема фонаря показана на рис. 1.
В стоковую цепь полевого транзистора VT1 включен сверхъяркий светодиод EL1 зеленого
цвета свечения. В дежур­ном режиме конденсатор С1 разряжен через резисторы
делителя R1R2, напряжение на затворе транзистора VT1 равно нулю, поэтому он
закрыт. Однако через светодиод течет неболь­шой ток, определяемый сопротивлени­ем
резистора R4, и он слабо светит (впрочем, этого освещения достаточно для чтения
текста на расстоянии 200…300 мм от него). Когда же фонарь оказывается в руке
и ладонь прижима­ется к сенсорным контактам Е1 и Е2, напряжение батареи питания
GB1 через сопротивление кожи поступает на конденсатор С1 и он начинает заря­жаться.
Через некоторое время напря­жение на нем возрастает настолько, что транзистор VT1
открывается, сопротив­ление его канала уменьшается до нескольких ом и светодиод
EL1 начина­ет ярко светить. Ток через него огра­ничивает резистор R3. Время
задержки включения фонаря зависит от емкости конденсатора С1, состояния кожи
ладо­ни и усилия, с которым она прижата к сенсорным контактам: чем оно больше,
тем меньше переходное сопротивление между контактами и кожей ладони и,
соответственно, меньше задержка.

Фонарь светит все время, пока
нахо­дится в руке. Возвращение фонаря на место приводит к его автоматическому
выключению через некоторое время, зависящее в основном от емкости кон­денсатора
С1 и сопротивления рези­сторов делителя R1R2. Таким образом, в отличие от
традиционных фонарей, которые, если забыть их выключить, могут разрядить
батарею питания, предлагаемый расходует ее только при использовании по
назначению. Сигнальный блок (рис. 2) состоит из высокочувствительного фотореле (VT1,
DA1), тактового генератора импульсов на основе мигающего светодиода HL1,
таймера (VT2, DD1), активного (с встро­енным генератором 34) излучателя звука
НА1 и электронного ключа (VT3).

В исходном состоянии фонарь с
встроенным в его основание посто­янным магнитом вставлен в имеющийся в
сигнальном блоке стакан, под дном которого установлен геркон SF1. Под действием
магнита его контакты нахо­дятся в положении, в котором цепь пита­ния отключена
от батареи GB1 и через резистор R9 соединена с общим прово­дом. При изъятии
фонаря из стакана геркон переходит в положение, показан­ное на схеме, и если
замкнуты контакты выключателя SA1, устройство подключа­ется к батарее питания.
При этом сразу же заряжается конденсатор С2 и на резисторе R6 формируется
импульс высокого уровня. Через диод VD2 он поступает на входы R обоих счетчиков
микросхемы DD1 и устанавливает их в нулевое состояние, после чего счетчик DD1.1
начинает подсчет импульсов, поступающих на его вход CN (вывод 1) с тактового
генератора — мигающего светодиода HL1. Последний работает в эко­номичном режиме
(его мерцание прак­тически незаметно), однако амплитуды вырабатываемых им
импульсов доста­точно для четкой работы счетчиков мик­росхемы К561ИЕ10. Для
увеличения разрядности счетчика сигнал с выхода 8 (вывод 6) DD1.1 подается на
вход CP (вывод 10) DD1.2. При этом с выхода 1 (вывод 11) DD1.2 на его вход CN (вывод
9) для разрешения счета подается лог 0. Транзистор VT2 инвертирует этот сигнал
и уровнем лог. 1 на входе CP (вывод 2) разрешает работу счетчика DD1.1. С
приходом 16-го тактового импульса на выходе 1 (вывод 11) DD1.2 появляется
уровень лог. 1, который поступает на его вход CN и тем останавливает работу счетчика.
А уровень лог. О, возникший на стоке транзистора VT2, поступает на вход CP (вывод
2) DD1.1 и затормажива­ет его. В этом состоянии счетчики остаются до выключения
питания герконом SF1 или выключателем SA1.

При работе счетчиков импульсы с
выхода 1 DD1.1 поступают на затвор по­левого транзистора VT3 и периодиче­ски, с
частотой вдвое меньшей такто­вой, открывают его. При этом сопро­тивление канала
уменьшается до нескольких ом и активный звонок НА1 издает звуковые сигналы.
Таким обра­зом, с момента начала работы счетчи­ков и до их остановки сигнальный
блок формирует восемь звуковых сигналов. При необходимости их число можно
увеличить до 16, 32 или 64, если для остановки счетчиков использовать сиг­налы
соответственно с выходов 2, 4 и 8 (выводы 12, 13 и 14) DD1.2. Конденса­тор СЗ
способствует увеличению гром­кости сигналов, генерируемых звонком НА1.

Фотореле сигнального блока выпол­нено
на фототранзисторе VT1 и ОУ DA1, выполняющем функции компаратора. На его
неинвертирующий вход (вывод 3) подано напряжение, равное половине питающего, с
делителя R1R2, а на инвертирующий (вывод 2) — с делите­ля, образованного
участком эмиттер- коллектор фототранзистора VT1 и рези­стором R3. В отсутствие
освещения транзистор закрыт, сопротивление названного участка велико, поэтому
напряжение на инвертирующем входе меньше, чем на неинвертирующем, и выходное
напряжение ОУ близко к напряжению питания. Благодаря этому диод\Ю1 открыт и на
входы R счетчиков DD1.1 и DD1.2 поступает высокий уро­вень, удерживая их в
исходном (нуле­вом) состоянии. При освещении фото­транзистора сопротивление его
участка эмиттер—коллектор резко уменьшает­ся, напряжение на инвертирующем входе
ОУ DA1 становится больше, чем на неинвертирующем, а на выходе падает
практически до 0. В этом случае диод VD1 закрыт, а низкий уровень на входах R счетчиков
DD1.1 и DD1.2 раз­решает их работу. Резистор R4 — атрибут типовой схемы
включения программируемого ОУ К140УД12 (КР140УД1208). Он задает управляющий
ток.

Таким образом, если фонарь извле­чен
из стакана-подставки при наличии хотя бы небольшого освещения, сиг­нальный блок
“признает” это действие нецелесообразным и подает звуковые сигналы,
призывающие вернуть его на место. При выполнении этого требова­ния геркон SF1 выключает
питание сиг­нального блока, и подача звуковых сиг­налов прекращается. Если же
требова­ние проигнорировано, устройство замолкает после восьмого сигнала (или 16-го,
32-го, 64-го — в зависимости от задействованного выхода счетчика DD1.2), после
чего переходит в дежур­ный энергосберегающий режим. Сиг­нальный блок сохраняет
работоспособ­ность при снижении напряжения пита­ния до 3 В. При напряжении 4,5
В и наличии освещения потребляемый им ток не превышает 60 мкА, в отсутствие
освещения — 80 мкА.

Фотореле сигнального блока выпол­нено
на фототранзисторе VT1 и ОУ DA1, выполняющем функции компаратора. На его
неинвертирующий вход (вывод 3) подано напряжение, равное половине питающего, с
делителя R1R2, а на инвертирующий (вывод 2) — с делите­ля, образованного
участком эмиттер- коллектор фототранзистора VT1 и рези­стором R3. В отсутствие
освещения транзистор закрыт, сопротивление названного участка велико, поэтому
напряжение на инвертирующем входе меньше, чем на неинвертирующем, и выходное
напряжение ОУ близко к напряжению питания. Благодаря этому диод\Ю1 открыт и на
входы R счетчиков DD1.1 и DD1.2 поступает высокий уро­вень, удерживая их в
исходном (нуле­вом) состоянии. При освещении фото­транзистора сопротивление его
участка эмиттер—коллектор резко умен�rmal” style=”text-align:justify”>Детали фонаря и сигнального блока
монтируют на печатных платах из одно­сторонне фольгированного стеклотекс­толита,
чертежи которых представлены соответственно на рис. 3 и 4. В фонаре применены
резисторы МЯТ и керами­ческий конденсатор КМ-6. Батарея GB1 может быть
составлена из пяти-шести соединенных последовательно диско­вых аккумуляторов
Д-0,55. Освети­тельный светодиод 10G4DHCBB20 за­меним сверхъярким белого цвета
свечения 27W20C-D (прямое напряже­ние — З..Д6 В, ток — 20 мА, яркость —
18000…22000 мкд, угол излучения — 25°) или в крайнем случае 27W20C-C (9000…
12000 мкд, остальные парамет­ры такие же, как у 27W20C-D).

В сигнальном блоке также использо­ваны
резисторы МЯТ, а все конденсато­ры — оксидные К50-35 или аналогич­ные
импортные, например, серии ТК фирмы Jamicon. Диоды VD1, VD2 — лю­бые серий
КД503, КД510, КД521. Мига­ющий светодиод красного цвета свечения ARL-3014URD-B (диаметром
3 мм) может быть заменен красным ARL-5013URC-B или желтым L-56BHD (оба
диаметром 5 мм). Транзистор КП504А (VT3) заменим любым из серий КП501—КП505,
импортным BS170 и даже мощным, например, IRF540, IRF840. Вместо фототранзистора
2Ф20620 (взят из ремонтного комплек­та к ЭВМ ЕС5323 01) можно применить
фоторезистор ФСД-1, однако чувстви­тельность фотореле в этом случае будет ниже.
При возможности выбора предпочтение следует отдать экзем­пляру, у которого
темновое сопротив­ление больше. Выключатель SA1 — малогабаритный MTS-102 или
миниа­тюрный SMTS-102.

Замена ОУ К140УД12 (КР140УД1208)
какими-либо другими, даже способны­ми работать при низких напряжениях питания,
не рекомендуется, так как они менее экономичны. В качестве звукоизлучателя НА1
можно применить лю­бой активный (с встроенным генерато­ром 34) звонок,
способный работать при напряжении 3…4.5 В и потребляю­щем токе не более
80…100 мА. Во избежание повреждения полевых транзисторов и микросхем во время
пайки (от перегрева или статическим электричеством) для них целесообраз­но
установить на плате имеющиеся в продаже специальные панели. В этом случае
транзисторы и микросхемы под­соединяют в последнюю очередь, по окончании
монтажа всех остальных деталей. Для установки в восьмигнездную панель
микросхемы К140УД12 (в металлостеклянном круглом корпусе) выводы необходимо
укоротить и соответствующим образом сформировать. Трехгнездные панели для
транзисторов нетрудно изготовить из микросхемных, аккуратно отделив монтажными
кусач­ками фрагменты с тремя гнездами.

Для питания сигнального блока
используют плоскую (“квадратную”) батарею 3R12 напряжением 4,5 В (оте­чественный
аналог — 3336) или состав­ленную из трех соединенных последо­вательно
гальванических элементов типоразмера С (R14, LR14). Благодаря довольно большой
емкости батарея из таких элементов прослужит несколько лет, даже если цепь
питания блока будет постоянно замкнута, поэтому выключатель SA1 можно
исключить.

Возможный вариант конструктивно­го
исполнения устройства показан на рис. 5. Корпус фонаря 3 изготавли­вают из
пластмассовой трубы с внут­ренним диаметром, на 1…2 мм боль­шим, чем диаметр
примененных диско­вых аккумуляторов. На верхней торце­вой стенке устанавливают
светодиод 4, к нижней приклеивают постоянный маг­нит 5. Сенсорные контакты 2 в
виде неполных полуцилиндров сгибают из тонкой (0,2…0,3 мм) листовой латуни
или луженой жести и приклеивают к корпусу эпоксидным клеем.

Корпус 9 сигнального блока
изготав­ливают из листового металла или пластмассы. Внутри размещают смон­тированную
плату и батарею питания, снаружи на пластмассовой крышке 7 закрепляют
пластмассовый стакан- подставку 6 под фонарь, а на ее внут­ренней стороне —
геркон 8. Фототран­зистор 1, выключатель питания 12 и звонок устанавливают на
панели управ­ления 10, в которой сверлят несколько отверстий 11 для прохода
звука.

Собранные из исправных деталей и
без ошибок в монтаже фонарь и сиг­нальный блок начинают работать, как правило,
сразу после включения пита­ния. Понизить чувствительность фото­реле можно
уменьшением сопротивле­ния резистора R3 до 1 МОм. Частоту следования тактовых
импульсов при использовании мигающего светодиода иного, чем указано на схеме,
типа уста­навливают подбором резистора R8. При нечеткой работе счетчиков микро­схемы
DD1 рекомендуется параллель­но этому резистору подключить кон­денсатор емкостью
примерно 0,022 мкФ. Для согласования уровней выходных сигналов мигающего свето­диода
с логическими входными уров­нями счетчиков микросхемы DD1 допу­стимо уменьшить
сопротивление рези­стора R8 до 27…47 кОм, однако следу­ет иметь в виду, что
это приведет к некоторому увеличению тока, потреб­ляемого устройством в дежурном
режиме.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты