Выключатели освещения с автоотключением

Предлагаю вашему вниманию плод моих шестилетних поисков. Первые потуги в реализации идеи выключателя освещения были начаты в 2013 году. Микросхем TTP223 и C005 я тогда ещё не знал (да и не было их ещё, наверное), поэтому я экспериментировал с кнопочным псевдосенсором на моей любимой микросхеме К561ЛН2. Так же не было у меня ещё БКВП блока автономного оптотиристорного коммутатора нагрузки с вампирным питанием внешних устройств. Была только идея и немного энтузиазма (почему немного, да потому что работа у меня командировочная, с выездом из дома на несколько месяцев, а там даже особых идей не возникает из-за напряжённого рабочего времени). Идея была таковой – заменить выключатель освещения сенсором (так как сенсора тоже не было, то – кнопочным псевдосенсором) с автоотключением через несколько часов. Ну, это для любителей забывать выключить свет, которые легли нечаянно поспать (к коим, и я иногда отношусь). При этом выключатель должен был «моргнуть» светом (спящий не увидит и не отреагирует), когда подойдёт время таймера отключения, и по прошествии примерно двух минут, выключить освещение, если никто никак не отреагирует на предупреждение. Если во время этих двух минут, кто-либо «стрельнет» пультом ДУ телевизора (или хлопнет в ладоши, всё зависит от применяемого типа сенсора), и выключатель «услышит» этот сигнал, то в ответ «моргнёт» светом и сбросит таймер отключения. Вот, пожалуй, и вся работа выключателя освещения. Да и ещё – вся схема должна была бы вместиться в монтажную коробку выключателя. К этой идее я периодически возвращался с попеременным успехом. Скажем так – отрабатывал узлы.

Так появился БКВП. Ранее использовал ключевым элементом высоковольтные транзисторы, какие мог себе позволить – 2N13003. И они нормально работали с лампами накаливания до 40 ватт. Но, сгорали, как только подключал светодиодные лампы. Тиристор решил проблемы.

Долго «изобретал» схему электронного уха. Но после нескольких испытаний, мне указали, что «такие звуки» не всем нравятся. Поэтому перешёл на ИК диапазон частот. Ведь пульты ДУ есть почти у всех и схема сразу сократилась до интегрального приёмника ИК диапазона. Схема «электронного уха» тоже имеется.

Пожалуй, самым не проверенным был RC-таймер на  rобр.добратном сопротивлении диода по постоянному току. Только такой таймер, мне представлялся самым простым и перспективным в этой идее. Ведь, для схемы одного таймера, в принципе, нужно лишь три детали – диод, конденсатор и один логический элемент НЕ. И главное то, что по сути, это двухполюсник – подал на вход включающее напряжение и жди когда на выходе появится задержанный сигнал.

И вот когда появились TTP223 и C005 я понял, что вскоре всё сложится.

Рис. 1. Схема выключателя освещения с автоотключением. Вариант 1.
Рис. 1. Выключатель освещения с автоотключением. Вариант 1. Схема

Первая схема (смотрите рис.1), которую я хочу предложить вашему вниманию, является, скажем так – самой большой. Так как в ней применено два таймера C005. Основной таймер, это микросхема DD4, настроенная, примерно, на четыре часа и таймер «отключения» на DD3, настроен на 2 минуты.

Как работает. При подаче сетевого напряжения на клеммы питания, нужно подождать несколько секунд, пока зарядится конденсатор C9 в БКВП, ведь он установлен большой ёмкости. Когда напряжение питания появится, то микросхема сенсора DD2 будет запитана, через открытый ключевой транзистор VT5, последний открывает ток базового резистора R20. Схема находится в дежурном режиме и ток потребляет только микросхема сенсора. Микросхема DD1 находится в статическом режиме и практически не потребляет тока.

Сразу скажу, что конденсатор стоящий возле выводов питания микросхемы сенсора ёмкостью 0,1 микрофарада стоит на плате рядом с последней, так как в этой конструкции я применял модуль-плату сенсора на TTP223, потому что, кроме микросхемы она содержит и сенсор E1. Да, светодиод с этой платы снят, за ненадобностью.

Так как вывод 4 микросхемы DD2 никуда не подключен, то сенсор работает в триггерном режиме. Если прикоснуться к сенсору E1, то на выводе 1 микросхемы появится лог. 1, которая запустит две схемы — схему включения питания основного таймера, и схему питания светодиодов индикации включения и оптрона U1.1, который запустит тиристор VD6. Светодиод HL2 погаснет, а лампа LH1 загорится.

Когда таймер DD4 досчитает время до конца, то на его выводе 3 появится лог. 1, и через логические элементы DD1.5 и DD1.6 будет запущен таймер DD3, который начнёт отсчёт своих двух минут. С выхода DD1.5 лог. 0 будет подан на левый вывод конденсатора C5, и пока он будет заряжаться через резистор R6, лог. 1 с выхода DD1.1 через открытый диод VD3 откроет транзистор VT4, что вызовет «моргание» света примерно на пол секунды. Так же этот лог. 0 с выхода DD1.5 откроет ключ VT2 питания внешнего сенсора. Это напряжение запитает так же индикаторный светодиод HL1 (см. рис. 2) на плате внешнего сенсора. Он установлен для визуализации включения внешнего сенсора.

Если внешний сенсор не сработает, то через две минуты на выводе 3 таймера DD3 появится лог. 1, которая откроет транзистор VT8, а он уже практически закроет транзистор VT5. Микросхема сенсора DD2 будет обесточена и всё чем она управляла закроется. Пропадёт так же и напряжение питания на микросхеме таймера DD3. Транзистор VT8 закроется тоже, и опять напряжение питания появится на сенсоре DD2. Вся схема перейдёт в ждущий режим.

Но, если, в последние две минуты, кто-то направит любой пульт ДУ (главное, чтобы совпадали частоты кодировки импульсов) в сторону ИК-приёмника U1 (см. на рис. 2 б) и нажмёт на любую кнопку, то несколько импульсов попадут на умножитель напряжения (конденсаторы C1, C3 и диоды VD1, VD2), которое будет приложено к базе транзистора VT1. Он откроется и подключит левый вывод конденсатора C4 к общему проводу, и пока последний будет заряжаться через резистор R7, лог. 1 с выхода DD1.2 через открытый диод VD4 откроет транзистор VT4, что вызовет «моргание» света примерно на пол секунды. Так же эта лог. 1 с выхода DD1.2 откроет ключ VT3, который прервёт цепочку питания основного таймера DD4, на те же пол секунды. И этого времени хватит, чтобы обнулить его выход. Таймер DD4 начнёт считать заново свои четыре часа.

Если внешним сенсором будет стоять «электронное ухо», то в ответ на «моргание» нужно произвести громкий резкий звук, коим может быть хлопок в ладоши или свист. В подтверждение принятия сигнала выключатель «моргнёт» светом и погаснет светодиод HL1 на плате внешнего сенсора.

Рис. 2. Схема внешних сенсоров
Рис. 2. Внешние сенсоры. Схема

На рисунке 2 представлены схемы двух внешних активных сенсоров – звуковой и ИК — диапазона. Звуковой сенсор (рис. 2 а), это переделанная плата Звукового включателя светодиодных и ламп накаливания – с неё сняты не нужные детали (те, что остались, помечены звёздочками со своими позиционными номерами). И добавлен световой индикатор HL1, который показывает, что действительно сработал основной таймер. Так же добавлен трёхжильный кабель со своим разъёмом XR1.

Приёмник ИК – диапазона (рис. 2 б) также оснащён световым индикатором HL1 сработки основного таймера. К нему так же нужно подключить трёхжильный кабель со своим разъёмом XR2. Для чего нужны кабели? Дело в том, что как правило, выключатель любого помещения, находится вне этого помещения. И что бы всё работало хорошо, внешние сенсоры должны находиться в том помещении которое освещается. И нужно их расположить так, чтобы вы хорошо видели светящийся светодиод из основного места пребывания в комнате (к примеру, между стеной и наличником двери). Из двух сенсоров, нужно выбрать один и из схемы убрать ненужные детали. Так же, на рис. 2 в изображён кнопочный «сенсор», может кому-то такой вариант ближе по реализации. Плату с кнопкой и светодиодом нужно поставить близко к месту вашей постоянной дислокации.

Детали. В этих конструкциях могут стоять любые маломощные транзисторы соответствующей структуры с коэффициентом усиления не менее 120, а транзистора VT7 не менее 150. Номиналы резисторов и конденсаторов могут изменяться в широких пределах. Только несколько деталей имеют ограничения в номиналах. Конденсаторы C3 и C9 – ёмкости должны быть не ниже указанных на схеме. Резисторы R15 и R16 подобрать таких номиналов, которые вам нужны по времени таймеров. Если вам не нужна индикация включения, то HL1 и R14 можно исключить. Да и ещё – дорожки печатной платы в цепи питания должны выдерживать нужную мощность нагрузки. А также, должна быть обеспечено малая потеря тока в цепи запитывания светодиода оптрона.

Рис. 3. Схема выключателя освещения с автоотключением. Вариант 2
Рис. 3. Выключатель освещения с автоотключением. Вариант 2. Схема

На рисунке 3 изображен второй вариант выключателя с автоотключением – это «облегчённая» схема на один интегральный таймер C005. Его заменил RdC – таймер на диоде VD1, конденсаторе C3 и логическом элементе DD1.1. Диод VD1 нужно подобрать, что бы при конденсаторе ёмкостью 0,1 микрофарада таймер выдал время 27-33 секунды. Тогда при номинальной ёмкости C3 таймер выдаст примерно нужное время – 2-2,5 минуты.

Эта схема, практически работает аналогично предыдущей, только отличие в ключе питания микросхемы сенсора DD2. Здесь транзистор VT5 другой структуры. Всё поменялось из-за изменённой схемы таймера отключения. Когда ключ VT2 питания внешнего сенсора выключен, то катод диода VD1 находится на общем проводе. Конденсатор C3 разряжен и на выводе 3 логического элемента DD1.1 присутствует лог. 0. Соответственно на выводе 4 лог. 1, которая открывает транзистор VT6 через базовый резистор R8. А уже VT6 через базовый резистор R20 открывает ключ питания микросхемы сенсора VT5. Когда же сработает основной таймер DD3 и откроет ключ VT2 питания внешнего сенсора, ток через диод VD1 начнёт заряжать конденсатор C3. И когда RdC – таймер сработает, то на выводе 4 DD1.1 появится лог. 0, который последовательно закроет VT6, VT5 и отключит питание сенсора. И всё вернётся к дежурному режиму.

Рис. 4. Схема выключателя освещения с автоотключением. Вариант 3
Рис. 4. Выключатель освещения с автоотключением. Вариант 3. Схема

На рисунке 4 изображен третий вариант выключателя с автоотключением – это ещё более «облегчённая» схема, здесь совсем нет интегральных таймеров C005. В этом варианте, в качестве таймеров используются два RdC – таймера. Логика работы совершенно не изменилась. Основной RdC – таймер: диод VD6, конденсатор C8 и логический элемент DD1.4, а также триггер Шмитта на логических элементах DD1.5, DD1.6 и резисторе R17. Триггер Шмитта нужен для правильной работы индикатора включения индикации.

Рис. 5. Схема выключателя освещения с автоотключением. Вариант 4
Рис. 5. Выключатель освещения с автоотключением. Вариант 4. Схема

На рисунке 5 изображён четвёртый вариант выключателя с автоотключением. Это схема, так сказать — alma mater всех этих схем. С этого варианта я начинал. Здесь нет сенсора на TTP223 и интегральных таймеров C005. Только кнопка и два RdC – таймера. Логика работы та же. В первоначальном варианте не было триггера Шмитта и по-другому организовывалась индикация «моргания». Схемное построение кнопочного выключателя описано в [1].

Рис. 6. Схема выключателя освещения с автоотключением. Вариант 5
Рис. 6. Выключатель освещения с автоотключением. Вариант 5. Схема

На рисунке 6 изображён пятый вариант выключателя с автоотключением. Эта схема родилась благодаря триггеру Шмитта. На предыдущих двух схемах, триггер Шмитта представляет собой классическую схемотехнику внутренности микросхемы К561ТЛ1 [2]. Тем более, что каждый логический элемент этой микросхемы имеет два входа – И-НЕ. Благодаря этому и родилась новая, ещё более облегчённая схема.

Рис. 7. Схема двойного выключателя освещения с автоотключением
Рис. 7. Двойной выключатель освещения с автоотключением. Схема

На рисунке 7 изображен вариант двойного выключателя с автоотключением. Такие выключатели, как правило, мы ставим в зале, на большую многорожковую люстру. Для примера, я объединил два выключателя из схем на рисунке 3 с «удвоенным» симисторным БКВП х 2.

Настройка. Если монтаж выполнен правильно, то единственной настройкой, кроме времени работы таймеров, будет настройка напряжения питания схем. Оно должно быть выше 2,6 вольт (при таком напряжении уже нормально работают логические микросхемы 561 серии). Если напряжение будет ниже, или не будет работать схема (из-за питания), то тогда, первым делом повысьте напряжение, подключая параллельно аноду и катоду тиристора (или анодам симистора) добавочные резисторы, до получения нужного. Если, при включении нагрузки не будет полностью погасать светодиод индикации готовности работы схемы (а это означает, что тиристор (симистор) не полностью открылся), то нужно увеличить ёмкость конденсатора в БКВП или уменьшить номинал резистора в цепи управляющего электрода тиристора (симистора), до полного погасания светодиода.

P.S.: Да, схемы получились великоваты, хотя и работоспособны. И, наверное, никто и не решится их повторить, я-то уж точно. Почему? Да потому, что время не то. Лет бы 15-20 назад, точно сделал бы. Хотя бы, для того, чтобы у меня было, а у вас нет. Почему я не буду себе делать? Да, потому, что собираюсь, делать по другой концепции, которую я описывал в своих идеях, в материале — «Аварийное бесперебойное освещение в доме». В выключателях будут только сенсоры и световая индикация (примерно как в предыдущем материале – «Выключатель освещения и вытяжки душевой кабины»), а вся остальная электроника с аккумулятором в другом блоке.

Вот, не давно, погорел распределительный трансформатор в квартале, так пол дня сидели все без света. И хорошо, что быстро сделали. А если бы день –два? Как жить без света в современном мире? Да и живу я в ремонте квартиры уже много лет. И могу себе позволить переделать проводку по своему усмотрению. А тот, у кого в квартире уже сделан красивый ремонт, может, я думаю, легко повторить эти схемы, если применит SMD радиодетали.

 

Внимание!

Все эти конструкции находятся в гальванической связи с сетью, с высоким напряжением! Будьте предельно осторожны при макетировании и испытаниях! Обеспечивайте этим конструкциям хорошую изоляцию, с целью безопасной эксплуатации!

 

Литература:

  1. Популярные цифровые микросхемы/ В.Л.Шило: Справочник. — Челябинск: Металлургия, Челябинское отделение, 1989. — 352 с.: ил. — (Массовая радиобиблиотека. Вып. 1111). 1988 г. стр.213.
  2. Популярные цифровые микросхемы/ В.Л.Шило: Справочник. — Челябинск: Металлургия, Челябинское отделение, 1989. — 352 с.: ил. — (Массовая радиобиблиотека. Вып. 1111). 1988 г. стр.202.