Три схемы фотодатчиков на фоторезисторах

Три схема фотодатчиков на фоторезисторе СФЗ-1

Одним из основных элементов автоматики в уличном освещении, наряду с таймерами и датчиками движения, является фотореле или сумеречное реле. Назначение данного аппарата — автоматическое подключение полезной нагрузки, при наступлении темного времени суток, без участия человека. Это устройство также получило огромную популярность благодаря своей дешевизне, доступности и простоте подключения. В данной статье мы подробно разберем принцип работы сумеречного выключателя и нюансы его подключения, а также расскажем, как сделать фотореле своими руками. Это не отнимет много времени и сил, зато вам будет приятно пользоваться самостоятельно собранным устройством.

Конструкция реле

Основным элементом реле является фотодатчик, в схемах могут применяться фоторезисторы, диоды, транзисторы, фотоэлектрические элементы. При изменении освещенности на фотоэлементе соответственно изменяются и его свойства, такие как сопротивление, состояния P-N перехода в диодах и транзисторах, а также напряжения на контактах фоточувствительного элемента. Далее сигнал усиливается и происходит переключение силового элемента, коммутирующего нагрузку. В качестве выходных управляющих элементов используют реле или симисторы.

Почти все покупные элементы собраны по схожему принципу и имеют два входа и два выхода. На вход подается сетевое напряжение 220 Вольт, которое, в зависимости от установленных параметров, появляется и на выходе. Иногда фотореле имеет всего 3 провода. Тогда ноль – общий, на один провод подается фаза, и при нужной освещенности она соединяется с оставшимся проводом.

При подключении фотореле необходимо ознакомится с инструкцией, обратить особое внимание на максимальную мощность подключаемой нагрузки, тип ламп освещения (накаливания, газоразрядные, светодиодные лампочки). Важно знать, что реле освещения с тиристорным выходом не смогут работать с энергосберегающими лампами, а также с некоторыми видами диммеров из-за конструктивных особенностей. Этот нюанс необходимо учитывать, чтобы не повредить оборудование.

Давайте рассмотрим несколько схем для самостоятельной сборки сумеречного выключателя в домашних условиях. Для примера разберем, как сделать симисторный ночник с фотоэлементом.

Учебное фотореле

Благодаря фотореле из подъездов практически исчезли выключатели освещения — управление им происходит автоматически в зависимости от внешней освещённости. Изучать устройство и работу этого прибора удобно на макете, один из вариантов которого придумал автор Instructables под ником afzalrehmani.

Как и в настоящем фотореле, датчиком освещённости в макете является фоторезистор — компонент, сопротивление которого меняется в зависимости от интенсивности падающего на него света. Темновым сопротивлением фоторезистора называется то его сопротивление, которое получается в полной темноте. При ярком освещении сопротивление фоторезистора уменьшается настолько, что можно напрямую управлять небольшим электромагнитным или тепловым реле. Но сегодня между фоторезистором и наргузкой или коммутирующим её реле чаще помещают ту или иную электронную схему. Это уменьшает нагрев компонента и позволяет более точно настраивать порог срабатывания, а также при управлении маломощной нагрузкой обходиться без реле. Подключать фоторезистор можно в любой полярности.

Собран макет по такой схеме:

Чтобы фоторезистор нашёл общий язык с электронной схемой, нужно получить напряжение, плавно меняющееся в зависимости от изменения сопротивления компонента. Для этого afzalrehmani сделал делитель напряжения. Он состоит из последовательно соединённых фоторезистора и обычного резистора. Напряжение снимается со средней точки. Оно тем больше относительно общего провода, чем меньше сопротивление фоторезистора. Если делитель перевернуть, поменяв фоторезистор и обычный резистор местами, эта зависимость поменяется на противоположную. Но здесь нужна именно такая, как в первом случае.

От фотореле не требуется плавно регулировать яркость искусственного освещения в зависимости от яркости естественного. Оно должно включать и выключать свет резко. Если фоторезистор нагружен непосредственно на реле, или же управляет им через электронную схему, то пороговым элементом может служить реле. Но чаще эту функцию поручают электронной схеме, которую, как сказано выше, удобнее регулировать. У afzalrehmani она выполнена на таймере 555, он же КР1006ВИ1. Эта микросхема позволяет, в зависимости от того, как к ней подключены снаружи конденсаторы и резисторы, получать триггеры Шмитта, одровибраторы и мультивибраторы. В отличие от других подходящих для этого решений, параметры устройств на таймере 555 не меняются при изменении напряжения питания в довольно широких пределах.

Нагрузкой таймера является светодиод, подключённый через токоограничительный резистор. Помимо скачкообразного переключения, схема обеспечивает инверсию: когда фоторезистор освещён, его сопротивление мало, а напряжение на выходе делителя, соответственно, велико относительно общего провода, на выходе таймера оно, напротив, мало. И наоборот. Вот и работает учебное фотореле в точности как настоящее: светло вокруг — светодиод не горит, темно — горит.

Если на обычные платы микросхемы устанавливают в последнюю очередь, то на плату типа breadboard можно и в первую — всё равно нагрева нет:

Выводы питания микросхемы мастер соединяет с соответствующими шинами платы:

Подключает вывод 4 микросхемы также к плюсу питания, чтобы там всегда была логическая единица, а выводы 6 и 7 соединяет между собой:

Устанавливает резисторы, конденсаторы и остальные перемычки, учитывая, что электролитический конденсатор — полярный, а значит, его надо подключить минусом к общему проводу. Номинальное напряжение этого конденсатора не менее 16 вольт. Ещё один конденсатор, керамический — неполярный.

Ставит на плату фоторезистор, который здесь и на КДПВ закрывает собой керамический конденсатор:

Подключает к выходу микросхемы светодиод и резистор, включённый с ним последовательно. Светодиод — полярный, резистор — естественно, нет. Направить светодиод надо так, чтобы его свет не попадал на фоторезистор:

Подключает батарейку — здесь полярность снова важна. Но светодиод пока не светится:

Выключает свет в помещении, и светодиод включается:

Включает свет, и светодиод выключается:

Изучив даташит на микросхему 555 и подключая вольтметр к различным точкам схемы, можно разобраться, как она работает, и как номиналы резисторов и конденсаторов влияют на её параметры. Когда вы не экспериментируете с фотореле, питание нужно выключать, потому что и делитель напряжения, и микросхема потребляют ток даже при выключенном светодиоде. Также не допускайте короткого замыкания батарейки.

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Простой датчик света (схема, видео)

Читать устройство также получило огромную популярность благодаря своей дешевизне, доступности и простоте подключения.

В данной статье https://mystroypro.ru/спортивная-площадка-для-детей-своими-руками подробно разберем принцип работы сумеречного выключателя и нюансы его подключения, а также расскажем, как сделать фотореле своими руками.

❻

Это больше на странице отнимет много времени и сил, зато вам будет приятно пользоваться самостоятельно собранным устройством. Содержание: Инструкция по сборке Конструкция реле Основным элементом реле является фотодатчик, в схемах могут применяться https://mystroypro.ru/деревянные-перила-на-крыльцо-своими-руками, транзисторы, фотоэлектрические элементы.

Супер-Простейшая схема датчика освещения. Всего три детали! Собери сам!

При изменении освещенности на фотоэлементе соответственно изменяются и его свойства, такие как сопротивление, состояния P-N перехода в диодах и транзисторах, а также напряжения на контактах схема датчика света своими руками элемента.

Далее сигнал усиливается и происходит переключение силового схема датчика света своими руками, коммутирующего нагрузку. В качестве выходных управляющих элементов используют реле или симисторы.

Сумеречный Датчик Освещенности

Почти кормушка коробки сока своими руками покупные элементы собраны по схожему принципу и имеют два входа и два выхода. На вход подается сетевое напряжение Вольт, которое, в зависимости от установленных параметров, появляется и на выходе.

Иногда фотореле имеет всего 3 провода.

❻

Тогда ноль схема датчика света своими руками общий, на один провод подается фаза, и при нужной освещенности она соединяется с оставшимся проводом. Этот нюанс необходимо учитывать, чтобы не повредить оборудование.

Добавить ссылку на обсуждение статьи на форуме

РадиоКот >Схемы >Аналоговые схемы >Игрушки >

Теги статьи:

ФоторелеДобавить тег

Фотореле на TL431

Автор: Александр Сычугов Опубликовано 26.08.2013 Создано при помощи КотоРед. Участник Конкурса «Поздравь Кота по-человечески 2013!»

Поздравляю РадиоКота с днём Рождения! Творческих Вам успехов!

ФОТОРЕЛЕ на TL431

Разработать данное устройство меня подтолкнуло необходимость экономии электроэнергии в подъезде моего дома.

Как известно, все мы платим за одн, т.е за подъездное освещение и часто наблюдаешь как на всех пяти этажах горят лампы освещения, когда на лестничных клетках и так светло от естественного дневного освещения через окна на этажах, и мало кому приходит в голову выключить выключатель на первом этаже. Вот такое отношение меня и побудило создать фотореле, которое реагируя на естественное освещение через окно первого этажа, включало или выключало свет в подъезде и тем самым экономило бы электроэнергию в светлое время суток.

см. схему электрическую:

Фотореле состоит из фотоприёмника ифк фотодиод ФД256, порогового элемента на программируемом стабилитроне TL431 и усилительного каскада на транзисторе VT1 SS9013H, нагрузкой которого, является электромагнитное реле 833H-1c-c.

При увеличении освещённости сопротивление фотодиода уменьшается , что приводит к увеличению тока в цепи управляющего электрода стабилитрона и увеличению напряжения на нём, выше порогового значения 2.5 В. Напряжение на катоде снижается до уровня, при котором запирается транзистор VT1 и отключается реле К1, отключая своими контактами нагрузку. Индикаторный светодиод VD4 гаснет.

По мере уменьшения освещённости увеличивается сопротивление фотодиода, напряжение на управляющем электроде становится меньше порогового значения 2.5В , напряжение на катоде при этом возрастает практически до напряжения питания, выходной транзистор открывается, срабатывает реле и включается цепь нагрузки. Индикаторный LED светится. R4=560 Ом……1К (уст.560 Ом)

Резистор R1 служит для подстройки момента срабатывания на определённую освещённость( установлен на 300 Ом ), Конденсатор С2 вносит небольшую задержку на переключение при быстрой смене освещённости, а также выполняет роль фильтра. Диоды VD3, VD5 кремневые, обеспечивают запирание транзистора при снижении напряжения на катоде TL431.(возможно применение стабилитрона на 3,3В)

В релейном каскаде применён транзистор SS9013H с параметрами: hfe1= 144….202. Vceo= 20V.

Ic= 500mA. Pc= 625mW.

Резистор R3 = 10К обеспечивает необходимый ток базы для срабатывания реле( может подбираться ,

для обеспечения насыщения транзистора в зависимости от тока срабатывания реле и величины hfe1)

В этом устройстве применено реле типа 833Н-1с-c 12V 30mA 400 Om 7A 250 VAC.

Особенность выходного каскада -он работает в линейном режиме в точке переключения (при медленном изменении освещённости реле срабатывает как только ток коллектора превышает ток срабатывания реле и отпускает при снижении тока коллектора ниже тока отпускания реле, т. е. Гистерезис обеспечивается самим реле и за счёт большого усиления TL431)

О конструкции:

устройство собрано на печатной плате размером 60 Х 60мм фотодиод соединяется с платой витой парой для исключения наводок. Фотодиод или устройство в целом крепится на раме окна на кронштейне (внутри подъезда) «объективом» к стеклу (окно при этом должно быть чистым)

Источник питания 12В постоянного тока может быть без трансформаторным или собранным по классической схеме.

В данном устройстве применён фотодиод с линзой на торце от автостопа старого магнитофона.

Вид печатной платы: размер 60Х60мм

Ток от источника питания при включённом реле составляет 45мА при отключённом 13мА

Данное фотореле можно модернизировать, дорабатывать и использовать для других целей, например в промышленной автоматике, охранной сигнализации итд. При испытании на оконной раме при изменении освещённости в течении дня, реле показала надёжную работоспособность.

Вечером в 20:48 происходит включение освещения, в это время в подъезде уже достаточно темно, выключение в 8:00. Включение или выключение реле происходит в зависимости от естественной освещённости в конкретный момент времени и зависит от погодных условий. В качестве корпуса можно использовать подходящую распаячную коробку. Подключать в схему электропроводки нужно последовательно с выключателем, тогда реле будет контролировать включение выключателя. Видео о работе устройства см. ссылку.

(или ввести название статьи в поисковой строке ютуб).

Фотореле для светодиодной кухонной подсветки своими руками

Пришёл в гости друг с вопросом – а можно ли сделать фотореле для светодиодной кухонной подсветки? Подсветка самодельная – метр обычной светодиодной ленты с потребляемым током 0,3 А. Напряжение питание будет не очень стабильное – что то около 11 В. Нужно чтобы при наступлении вечерних сумерек освещение включалось, а при окончании утренних выключалось. Контроль уровня освещённости должен иметь петлю гистерезиса для того, чтобы исключить мерцание при включении освещения.

Конечно же, сразу захотелось сказать «да не вопрос, чего там делать-то!». Но решил сказать «надо попробовать» – мало ли чего, вот например, совсем не помню, какие есть в наличии фоточувствительные приборы…

И, в общем, правильно сделал, что не стал торопиться. Оказалось, что есть только фотодиоды ФД-8К и два фоторезистора разных типов – один, похоже, импортный со стёртой маркировкой, второй – наш «советский» ФСД-1 (немного «покоцаный» за долгую жизнь) (рис.1). Во время экспериментов оказалось, что собирать простую схему намного проще на опторезисторе, так как фотодиод имеет большую чувствительность и, кроме того, что нужный порог срабатывания поймать достаточно трудно, так ещё и нужно качественное питание, без пульсаций и просадок, чтобы этот порог не менялся.

В общем, после небольших экспериментов и макетирования «воздушным монтажом» (рис.2) родилась схема, показанная на рисунке 3.

Датчиком освещённости является фоторезистор R1, образующий совместно с подстроечным резистором R2 делитель напряжения с возможностью изменения уровня контролируемого напряжения. Цепочка R3С1 – фильтр низкой частоты с частотой среза около 9 Гц (по -3dB). На транзисторах VT1 и VT2 собран триггер Шмита, обладающий петлёй гистерезиса (принципиальная схема взята из [1], стр.301) с порогами срабатывания около 0,63 В и 1,7 В при напряжении питания 12 В (величина петли определяется сопротивлением резистора R6 – чем меньше сопротивление, тем меньше разница между порогами срабатывания). При питании 10 В границы смещаются вниз – 0,62 В и 1,5 В. Выходной сигнал триггера управляет транзистором VT3, нагрузкой которого является светодиодная лента LS603 длиной 1 метр (рис.4). Резистор R7 ограничивает ток базы VT3. Падение напряжения на этом транзисторе в открытом состоянии не превышает 140 мВ.

Было собрана два варианта плат – с обычными выводными деталями и с SMD монтажом. Первый вариант был оставлен себе, второй отдан другу. На рисунке 5 показаны этапы изготовления фотореле с SMD деталями – голая плата, плата с деталями, настройка и то, что в итоге получилось в корпусе и было отдано на установку (схема на рисунке 6.) Некоторые номиналы резисторов отличаются от указанных на рисунке 3, транзисторы применены PMSS3904 (маркировка р04) и FMMT2907A (маркировка 2F). В самый последний момент в схему был добавлен ещё один подстроечный резистор сопротивлением 4,7 кОм – он установлен параллельно R5. Это даёт возможность менять границы петли гистерезиса (на схеме не показан, тип резистора – СП3-4бМ).

Все детали взяты со старых компьютерных плат (рис.7) – материнок, видеокарт и сетевых карт. Замена элементов может быть разнообразной, главное – это чтобы ток через резистор R7 не превышал максимального значения для VT3 и чтобы ток потребления светодиодной ленты не превышал максимального значения тока коллектора VT3. Также следует учитывать соотношение сопротивлений резисторов R4R5R6, так как при «малой петле» гистерезиса возможно моргание ленты, а при очень «большой» есть вероятность, что освещение отключится только к полудню или даже не отключится вовсе в сумрачные дни.

Для питания фотореле подойдут любые блоки питания – импульсные или трансформаторные (рис.8), главное, чтобы они могли долговременно работать с тем током, что потребляет лента (не менее 0,3 А) и чтобы их выходное напряжение было выпрямлено и отфильтровано и находилось в нужных пределах (11 В…13 В).

В результате всех этих экспериментов в моём варианте подсветка получилась достаточно яркой (рис.9.), хотя ещё не полностью сделана над электрической плитой.

Выше была показана печатная плата с резанными дорожками, но в приложении к тексту находится файл разводки печатной платы в программе Sprint-Layout для варианта с SMD деталями (размер 10мм х 24мм). Вид сделан со стороны печати, при изготовлении по лазерно-утюжной технологии нужно включить режим «зеркально».

Естественно, автоматическое включение подсветки можно использовать не только на кухне – можно оформить компьютерный стол, можно применить в комнатах, коридоре, мастерской или гараже.

Литература.
1. Горошков Б.И., «Радиоэлектронные устройства», Москва, «Радио и связь», 1984.

Андрей Гольцов, r9o-11, г. Искитим, август 2018

Делаем фотореле своими руками

Одним из многочисленных автоматов, в общем смысле слова, является фотореле. Оно визуально незаметно, малофункционально и применяется во многих нишах. Устройство обладает единственной реакцией на внешний фактор наличия или отсутствия света — соединение или разрыв линии, по которой идет ток. Последнее используется как напрямую для отключения или активации потребителей, так и в качестве сигнального импульса. Встретить фотореле можно во многих сферах жизни, от контрольных линий производства или турникетов метро, до их присутствия в роли элементов выключателей освещения различного плана.

Турникеты в метро:

Многие не раз попадали в ситуации, когда в темноте не видно расположения предметов. Причем это мешает не только процессу личного перемещения, но и создает неудобство, когда нужно что-то найти в темноте. Вопрос вполне решаем установкой лампы. Вот только сразу выявляется проблема с ее включением в темноте. Здесь в роли автомата может применятся фотореле, включающее освещение именно в те моменты, когда наступает темнота.

Упомянутая ниша использования не единственная. На основе реакции датчика на видимое излучение, построены и считающие единицы товара приборы, и охранные устройства. Оба названых типа определяют пересечение луча света объектом. На том же принципе бывают выполнены системы автоматического открытия дверей, ворот или шлагбаумов.

Простота конструкции позволяет легко изготовить комплекс из реагирующей части и фотореле своими руками, о чем и пойдет речь в статье. Будут рассмотрены виды соединения готовых сборок, выпускаемых промышленностью и их схемы, раскрывающие сущность названых частей, от самых элементарных, до использующих в своей основе микроконтроллер.

Схема простого фотореле

Начнем с простого устройства наподобие ночника. Когда светло, он выключен, но чем темнее становится, тем ярче горит лампа. Сразу маленькое напоминание — питание устройства 220 В, так что нужно быть аккуратнее и внимательнее при его сборке и проверке.

Чем меньше освещенность фоторезистора, тем сильнее открыт семисторный ключ Q6004LT. Соответственно, больше тока предоставляется нагрузке, в роли которой выступает маломощная лампа накаливания.

Есть вариант описанной схемы, использующий уже 5 элементов. В ней лампа просто загорается в темноте на максимальную яркость и гаснет в моменты попадания света на фоторезистор.

Простая схема фотореле:

Настройка чувствительности выполняется подбором значения R1. Изменять в какую-либо сторону его нужно в относительно небольших пределах. Мощность резистора выбирается для всех случаев равной 1 Вт. Семистор КУ208Г можно сменить на КУ601Г без потери функциональности конечного устройства, но в любом случае, на названый элемент схемы нужно ставить теплоотвод — при использовании указанной нагрузки, он сильно греется.

Другой несложной конструкцией можно назвать использование фотореле в связке с несколькими транзисторами. Приведенная схема изначально рассчитана на подключение потребителей через линию размыкания электромагнитного реле.

Фоторезистор PR1 с подстроечником R1 выступают в роли делителя напряжения, управляющего состоянием транзистора VT1, который в свою очередь открывает или закрывает VT2. Последний, и производит пропуск тока на реле K1, размыкающее или соединяющее линию питания нагрузки. Диод VD1 шунтирует скачки тока в моменты срабатывания электромагнитного элемента, защищая транзисторы.

Обратите внимание! Указанное устройство питается уже не от сети 220 В, а имеет свой токовый ввод от 5 до 15 В. Что касается функций подстроечника R1 — он нужен для установки чувствительности к потоку света, приводящего к срабатыванию самого устройства.

Повторяемый промышленный вариант

В качестве своеобразного эталона рассмотрим схему фотореле ФР-602 от компании EIK. Большая часть представленных на рынке устройств аналогичного плана конструктивно похожи, отличаясь лишь в мелочах.

Принципиальная схема фотореле вместе с печатной платой:

Как видно, конструкция проста и может быть выполнена в домашних условиях. Элементарная база:

Обозначение на схеме	Модель/тип	Характеристики	Аналоги
С2	Конденсатор	0.7мкф, 400 В
C4	Электролитический конденсатор	100 мкф, 50 В
C5		47 мкф 25 В
R2	Резистор	1.5 МОм, 0.125 Вт
R3		220 Ом, 2 Вт
R4		1 МОм, 0.125 Вт
R5		560 кОм, 0.125 Вт
R6		200 кОм, 0.125 Вт
R7		100 кОм, 0.125 Вт
R8		75 кОм, 0.125 Вт
R9		33 кОм, 0.125 Вт
WL	Построечный резистор	2.2 мОм
ZD1	Стабилитрон 1N4749	24 В	3 последовательно соединенных Д814А, или 2 Д814Д
D1-D5	Выпрямительный диод 1N4007
VD1	Выпрямительный диод 1N4148
Q1, Q2	Биполярный транзистор BC857A	КТ3107Б
PH	Фотоэлемент (фоторезистор)	До 110 кОм
Rel	Реле SHA-24VDC-S-A (Rel1)

Схема подключения классических фотореле к линии потребления

Все виды выпускаемых промышленностью или сделанных самостоятельно реле, требуют отдельного питания. Соответственно, и два контакта устройства будут предназначены названым целям. Причем встречаются модели фотореле без встроенного преобразователя напряжения, что означает подачу питания к ним не от сети 220 В, а через отдельный понижающий блок. Линий, идущих к потребителям может быть несколько, в зависимости от количества внутренних электромагнитных переключателей. Причем ввод может быть и раздельным для каждого контакта, — объединенным между прочими — или вообще интегрированным с питанием самого фотореле.

Датчик света у большинства моделей встроен в корпус самого устройства, но существуют и раздельные варианты, позволяющие выносить его в сторону от самого аппарата. Последнее нужно для случаев исключения засветки фотоприемника от управляемых ламп, чтобы система не превращалась в стробоскоп. То есть, когда темно — аппарат включает лампы. Становится светло — он их отключает. Опять срабатывает на мрак. И так по кругу.

Одинарная

Описанная ранее модель ФР-602 и аналогичные ей подключаются к линии следующим образом:

На большое количество потребителей энергии

Для управления мощной нагрузкой, например, при подключении прожектора или многочисленных ламп, лучше использовать промежуточные реле. В роли последних выбираются соответствующие приборы, которые выдерживают прохождение большого тока, достаточного для питания. Примером могут стать РК-1p/2p (Un), МРП-2, IEK ORM-41F-1, DEKraft ПР-102 и им подобные. Обратите внимание, что часть из реле аналогичного плана рассчитаны на управление переменным током (AC), в то время как другие постоянным (DC). Кроме того, напряжения включения может отличаться в нижнюю сторону от номинала розетки. Последние два фактора важно учитывать при проектировании монтажной схемы. Если реле-посредник питается от постоянного тока, то фотореле должно управлять подачей электричества к блоку преобразования. Который уже включившись, приведет в действие электромагнитный контактор, активирующий основную линию питания клиентских устройств.

Использование иных моделей фотореле

Здесь представлена схема подключения фотореле для другого варианта исполнения конечного автомата — с выносным датчиком чувствительности к свету и раздельными контактными линиями. Изначально она подготовлена для ФР-7Е, но подходит и для аналогичных моделей иных производителей.

Обратите внимание, что представленное фотореле и упомянутое ранее, различаются корпусом, а в частности защитой устройства от внешних факторов. ФР-601/602 можно безболезненно размещать под открытым небом на улице, а у ФР-7Е для аналогичного действия требуется установка дополнительного кожуха. Но устройства подобного плана установки выпускаются со всеми необходимыми креплениями в стандартный электротехнический щиток, включая подготовленные места монтажа к DIN-рейке.

Расширение функциональности с добавлением реле времени

Планируя использовать фотореле для уличного освещения своими руками, можно слегка расширить его функциональность, добавив таймер отключающий свет через установленное время. Причина проста — не нужно тратить электричество на работу ламп всю ночь, когда они точно никому не нужны. С целью реализации можно использовать реле отключения, наподобие IEK ORT-A2-AC230V, THC-B1 или аналогичные.

Расширенная схема питания уличного освещения:

Микропроцессорное фотореле

Современные технологии коснулись и фотореле. Все чаще начинают применяться устройства на базе микроконтроллеров, которые позволяют не только производить определение наличия светового потока, но и совмещать множество других функций. Причем расширение не требует сильного изменения аппаратной составляющей, достаточно модифицировать внутреннюю программу.

Микроконтроллер — маленький компьютер, изначально ориентированный на управление устройствами в зависимости от внешних факторов и алгоритма. Кроме того, его возможностей вполне достаточно для присоединения к общей цифровой сети, объединяющей группы оборудования различного плана.

Также стоит упомянуть о промышленных образцах фотореле, оснащенных «умной» частью. Но их функциональность обычно ограничена производителем. Поэтому лучше рассмотреть другую систему. К примеру, Arduino. Его возможностей вполне достаточно для осуществления контроля света, отключения линии днем и ночью, отправки сообщений о текущем используемом режиме или сигнализации о нарушениях в работоспособности лампы.

На аппаратной стороне, все что непосредственно не касается функций контроля, возлагается на дополнительно подключаемые «шилды» к Arduino. В приведенной схеме последнее будет относиться к часам, датчику света и самому реле. Вопрос отправки статуса конечному владельцу решается за счет GSM модуля связи, который и будет отсылать SMS о текущем режиме работы системы.

Принципиальная схема конструкции достаточно проста:

Есть примечание, касающееся приведенной сборки. Обратите внимание, что релейный модуль имеет стороннее питание. Это сделано в целях избежания скачков тока, так как шилд берет много электричества из общей линии и может вызвать «просадку» напряжения при переключениях. Отдельное питание рекомендуется и SIM800L (на приведенной схеме он подключен напрямую к самому Arduino). Также модуль GSM-связи достаточно потребляющий элемент — ему нужно выработать определенную мощность для соединения с сотовой вышкой, а взять энергию с названой целью он может только из линии снабжения.

Что касается программной части, написать соответствующий алгоритм сможет любой, знакомый с программированием микроконтроллеров Arduino. Тем более, есть множество кодов в интернете.

Несмотря на функциональную простоту фотореле, ниш применения у него достаточно. Тем более, что малые возможности расширяются добавлением новых за счет небольшого усложнения схемы и использования микроконтроллеров.

Три схемы фотодатчиков на фоторезисторах

Различные схемы фотореле, опубликованные в радиолюбительской литературе, что называется на любой вкус и цвет. С трудом можно найти какое-нибудь свежее решение.

Фотореле на микросхеме КР1564ТЛ2

Предлагаемая схема (рис. 1), как нам представляется, оригинальна. В качестве фотодатчика служит распространенный фоторезистор СФЗ-1.

Рис.1. Принципиальная схема фотореле на фоторезисторе.

Он преобразует световой сигнал, улавливаемый чувствительной поверхностью, в электрические колебания, которые затем поступают на вход порогового детектора на одном элементе микросхемы D1.1 типа КР1564ТЛ2.

Эта микросхема состоит из шести однотипных элементов-логических инверторов с триггерами Шмитта. На втором элементе D1.2 реализована схема задержки времени включения нагрузки.

Чувствительность схемы (порог переключения триггера Шмитта) плавно регулируется переменным резистором R1, который совместно с фотодатчиком образует делитель постоянного напряжения. Желательно применить многооборотистый прибор, типа СП5-1.

Когда темно-инвертирующий выход D1.1 (выв. 2) в состоянии высокого логического уровня (лог. 1) и конденсатор С2 быстро разряжается через резистор R4, благодаря диоду VD1. Когда освещение попадает на фоторезистор PR, – на выв. 2 элемента лог. 0.

Далее сигнал поступает на схему временной задержки. В результате зарядки конденсатора С2 через резистор R3 до напряжения порога срабатывания элемента D1.2 выдержка времени существенно может изменяться в зависимости от номиналов С2 и R3 от нескольких секунд до минут.

Зарядившись, конденсатор С2 перебрасывает триггер в другое устойчивое состояние, и на выходе D1.2 (выв. 4) оказывается высокий логический уровень (лог. 1). Транзистор VT1 открывается, на реле К1 поступает напряжение питания и реле коммутирует нагрузку. Диод VD2 препятствует броскам обратного тока при включении/выключении реле.

Схема очень проста и не требует настройки, кроме установки резистором R1 порога срабатывания триггера в зависимости от освещенности конкретного объекта.

Транзистор VT1 можно заменить на КТ312(А“В), КТбОЗ(А-Б), КТ608Б, КТ801(А, Б). К1 -маломощное реле РЭС15, паспорт (003), или аналогичное, на напряжение срабатывания сообразно напряжению питания схемы.

Питание схемы некритично и осуществляется от любого стабилизированного блока питания с выходным напряжением 9. 14 В. Ток, потребляемый схемой от источника питания в пассивном режиме (фоторезистор не освещается), не превышает 2. 3 мА. При включении реле, ток увеличивается до 20 мА.

Надежное фотореле на микросхеме К561А7

При управлении мощной нагрузкой или нагрузкой в сети 220 В необходимо применять другое реле, обеспечивающее надежность и безопасность работы устройства.

На рис. 2. показана аналогичная схема чувствительного фотоавтомата с применением логических элементов микросхемы КМОП К561А7. Устройство имеет отличительную особенность -при затемненности фоторезистора PR реле К1 включено. Подразумевается, что своими контактами реле коммутирует исполнительную цепь нагрузки.

При резком освещении фоторезистора (например, включении света в помещении) триггер Шмитта на логических элементах D1.1-D1.3 переключается, реле К1 отпускает и нагрузка обесточивается.

А вот при плавном увеличении освещенности, таком как рассвет устройство включает нагрузку также резко -при достижении сигнала на входе триггера порогового уровня переключения триггера Шмитта. Усилитеь на транзисторе VT1 преобразует изменение сопротивления фоторезистора PR (СФЗ-1) в электрический ток.

Рис. 2. Схема надежного фотореле на микросхеме К561А7.

Когда чувствительная поверхность фоторезистора освещена -транзистор ѴТ1 открыт и сигнал высокого уровня через развязку на диодах VD1, VD2 поступает на вход независимых инверторов.

Цепь R4C1R5 обеспечивает задержку в 2,5-3 мин, из-за чего сигнал высокого уровня, проходящий свободно через диод VD2, поступает на вход элемента D1.2 только после того, как зарядится через резистор R4 конденсатор С1, обеспечивающий временнную составляющую задержки.

После этого на выв. 8 элемента D1.3 будет лог. 1 и на его выв. 9 – тот же уровень. Соответственно на выходе этого инвертора (выв. 10) окажется низкий логический уровень, а на выходе элемента D1.4 – высокий логический уровень.

В результате открывается ключевой транзистор ѴТ2 и включается реле. Благодаря задержке включения устройство может испоьзо-ваться с любым типом реле – дребезг контактов отсутствует.

Применение этой схемы эффективно в ситуациях с плавным изменением освещенности объекта. Переменный резистор R1 регулирует чувствительность фотодатчика.

Фотореле с бестрансформаторным питанием

Схема на рис. 3отличается бестрансформаторным сетевым питанием и тиристорным управлением активной нагрузки. В основе ве – транзисторный переключатель с бестрансформаторным питанием от сети 220 В, включающий лампу освещения HL1.

Рис. 3. Схема фотореле с бестрансформаторным питанием.

Мощность лампы имеет ограничение в 100 Вт, что обусловлено параметрами мощности тиристора VS1, управляющего лампой. Такая мощность лампы достаточна для освещения любого предмета, находящегося на антресоли.

На лампу HL1 выпрямленное напряжение поступает с выпрямителя, включенного по мостовой схеме на диодах VD4-VD7. Вместо указанных на схеме диодов можно использовать готовый выпрямительный мост, рассчитанный на обратное напряжение не менее 300 В, например КЦ405А.

Тиристор включается триггером Шмитта, состоящим из составных транзисторов ѴТ1, ѴТ2 и транзистора ѴТЗ. С наступением сумерек под влиянием изменяющегося сопротивления фоторезисторов PR1, PR2 (они включены параллельно для лучшей чувствительности) потенцил базы транзисторов ѴТ1, ѴТ2 возрастает и они открываются.

Колекторное напряжение транзистора ѴТ2 в это время уменьшается, вследствие чего транзистор ѴТЗ оказывается закрытым. Коллекторное напряжение транзистора ѴТЗ через диод VD1 открывает тиристор VS1, который включает лампу HL1.

Кремниевый диод VD2 в эмиттерной цепи транзистора ѴТЗ служит для уменьшения гистерезиса (разницы пороговых уровней переключения) триггера Шмитта. Благодаря этому порог переключения мал, т. е. лампа не мерцает и не мигает в переходный момент освещенности фотоэлементов.

При освещении фоторезисторов триггер Шмитта переключается, изменяя свое первоначальное состояние. Тиристор закрывается, прекращая подачу питания на лампу HL1. Триггер Шмитта и часть схемы с чувствительным фоторезистором питаются стабилизированным напряжением +10. +14 В.

Этот параметр зависит от номинала стабилитрона VD3. Уровень чувствительности узла (срабатывания фотопереключателя) регулируется изменением сопротивления переменного резистора R8.

При размещении фотоэлемента в корпусе устройства необходимо следить за тем, чтобы свет зажженной лампы не попадал на светочувствительную поверхность фоторезисторов, так как в таком случае из-за оптической связи лампа HL1 будет постоянно включаться и выключаться (мигать) в зависимости от параметров (постоянной времени) фоторезисторов.

Собранная без ошибок с исправными радиодеталями схема не нуждается в настройке и начинает работать сразу. Все резисторы, кроме R1, – типа МЛТ-0,25, МЛТ-0,5, а резистор R1 мощностью рассеивания 2 Вт.

Фоторезисторы СФЗ-1 могут быть заменены на другие приборы, сопротивление которых при полной темноте составляет не менее 1МОм, а при освещенности падает до 50 кОм и меньше.

Фоторезисторы можно монтировать как в корпусе основного устройства (авторский вариант), так и с подключением через разъем, – на расстоянии. Главное – провода соединения фотоэлементов со схемой не должны быть длиннее 1 м.

Это условие необходимо выполнить для уменьшения влияния посторонних наводок, провоцирующих узел на ложные срабатывания. В качестве лампы HL1 можно использовать любую активную нагрузку мощностью до 100 Вт.

Литература: А. П. Кашкаров, А. Л. Бутов – Радиолюбителям схемы, Москва 2008.

Схемы фотореле для управления освещением

Одной из задач, выполняемых при помощи фотодатчиков, является управление освещением. Такие схемы называются фотореле, чаще всего это простое включение освещения в темное время суток. С этой целью радиолюбителями было разработано немало схем, вот некоторые из них.

Наверное, самая простая схема показана на рисунке 1. Количество деталей в ней, невелико, меньше уже не получится, а эффективность, читай чувствительность, достаточно высокая.

Это достигнуто тем, что транзисторы VT1 и VT2 включены по схеме составного транзистора, называемой также схемой Дарлингтона. При таком включении коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления составляющих транзисторов. Кроме того, такая схема обеспечивает высокий входной импеданс, что позволяет подключать высокоомные источники сигнала, как показанный на схеме фоторезистор PR1.

Рисунок 1. Схема простого фотореле

Работа схемы достаточно проста. Сопротивление фоторезистора PR1 с увеличением освещенности уменьшается до нескольких КОм (темновое сопротивление несколько МОм), что приведет к открыванию транзистора VT1. Его коллекторный ток откроет транзистор VT2, который включит реле K1, которое своим контактом включит нагрузку.

Диод VD1 защищает схему от ЭДС самоиндукции, возникающей в момент выключения реле K1. Таким образом, очень маломощный сигнал фоторезистора преобразуется в сигнал достаточный для включения обмотки реле.

Чувствительность этой простой схемы достаточно высока, иногда просто избыточна. Чтобы ее уменьшить, и регулировать в необходимых пределах можно добавить с схему переменный резистор R1, показанный на схеме пунктиром.

Напряжение питания указано в пределах 5…15В, – зависит от рабочего напряжения реле. Для напряжения 6В подойдут реле РЭС9, РЭС47, а для напряжения 12В РЭС49, РЭС15. При указанных на схеме транзисторах ток обмотки реле не должен превышать 50мА.

Если вместо транзистора VT2 поставить, например, КТ815, то выходной ток может быть больше, что позволит применить более мощные реле. А вообще, чем выше напряжение питания, тем выше и чувствительность фотореле.

Схема фотореле с фотодиодом

Схема этого фотореле показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема фотореле с фотодиодом

Как и предыдущая, она также содержит минимальное количество деталей, благодаря применению операционного усилителя (ОУ). В данной схеме ОУ включен по схеме компаратора (сравнивающего устройства). Нетрудно видеть, что фотодиод LED1 включен в фотодиодном режиме, – питание подано так, что фотодиод смещен в обратном направлении.

Поэтому, при снижении уровня освещенности сопротивление светодиода Led1 возрастает, что приводит к уменьшению падения напряжения на резисторе R1, а следовательно и на инвертирующем входе компаратора OP1.

Напряжение на неинвертирующем входе ОУ устанавливается при помощи переменного резистора R2, и является пороговым – задает порог срабатывания. Как только напряжение на инвертирующем входе станет меньше, чем пороговое, на выходе компаратора появится высокий уровень напряжения, который откроет транзистор T1, который включит реле K1.

Реле и транзистор в этой схеме можно подобрать, руководствуясь рекомендациями к схеме, показанной на рисунке 6. В качестве компаратора можно использовать ОУ типа К140УД6, К140УД7 или подобные. Источник питания для схемы подойдет любой, можно даже бестрансформаторный, без гальванической развязки от сети. В этом случае при наладке следует быть внимательным, соблюдать правила техники безопасности. Идеальным вариантом следует считать использование для настройки схемы разделительного трансформатора или, как его иногда называют трансформатора безопасности.

Настройка устройства сводится к установке порогового напряжения таким образом, чтобы включение происходило уже при наступлении сумерек. Чтобы не дожидаться этого природного момента, можно в затемненной комнате засвечивать фотодиод лампой накаливания, включенной через тиристорный регулятор мощности. Эта же методика пригодна для настройки и других схем фотореле.

Возможно, что при срабатывании фотореле релюшка будет дребезжать. Избавиться от этого явления можно присоединив параллельно катушке электролитический конденсатор на несколько сотен микрофарад.

Фотореле на микросхеме

Специализированная микросхема КР1182ПМ1 представляет собой фазовый регулятор мощности, то же самое, что обычный тиристорный. Весьма важным и ценным свойством такого регулятора мощности является то, что он включается в схему как двухполюсник, не требуя для себя дополнительного провода питания: просто включил параллельно выключателю и все уже работает! На рисунке 4 показано, как на этой микросхеме можно построить несложное фотореле.

Рис. 3. Микросхема КР1182ПМ1

Рисунок 4 . Схема фотореле на микросхеме КР1182ПМ1

Управляющие выводы микросхемы 3 и 6. Если между ними подключить просто обычный однополюсный выключатель, то при его замыкании нагрузка будет отключаться! Если его разомкнуть, то нагрузка подключится. Кстати, без дополнительных внешних тиристоров или симистора, и даже без радиатора, микросхема выдерживает нагрузку до 150Вт. Это в случае, если при включении нагрузки нет бросков тока, как у ламп накаливания. Лампу накаливания в таком варианте можно включать мощностью не более 75Вт.

Просто выключатель к этим выводам подключать как бы ни к чему, если только в комплексе с другими деталями. Если не обращать внимания на фототранзистор и электролитический конденсатор, мысленно оставить только переменный резистор R1, то получается просто фазовый регулятор мощности: при перемещении его движка вверх по схеме выводы 3 и 6 замыкаются накоротко, тем самым отключая нагрузку, как упомянутым выше контактом. При перемещении движка вниз по схеме мощность в нагрузке изменяется от 0…100%. Тут все понятно и просто.

Если к этим выводам подключить электролитический конденсатор (считаем, что фототранзистора в схеме пока нет), то получится просто плавное включение нагрузки. Каким образом?

Сопротивление разряженного конденсатора невелико, поэтому поначалу управляющие выводы микросхемы 3 и 6 практически замкнуты накоротко и нагрузка отключена. По мере заряда сопротивление конденсатора возрастает (достаточно вспомнить проверку конденсаторов омметром), напряжение на нем тоже растет, мощность в нагрузке плавно увеличивается. Получается устройство плавного включения нагрузки. Причем мощность в нагрузку будет подана на столько, насколько введен движок переменного резистора R1. При отключении устройства от сети конденсатор разряжается через резистор R1, подготавливая устройство к следующему включению. Если конденсатор разрядиться не успеет, то плавного включения не будет.

Вот теперь и добрались до самого главного, до фотореле. Если теперь к управляющим выводам 3 и 6 подключить фототранзистор, то получится фотореле. Работает оно следующим образом. Днем при высокой освещенности фототранзистор открыт, поэтому сопротивление его участка коллектор – эмиттер невелико, выводы 3 и 6 замкнуты между собой, нагрузка отключена.

При плавном уменьшении освещенности в вечерние часы фототранзистор плавненько будет открываться, постепенно увеличивая мощность в нагрузке, то есть в лампе. Никаких пороговых элементов в этой схеме нет, поэтому лампа будет зажигаться и гаснуть постепенно.

Чтобы фотореле не сработало в тот момент, когда включится своя же лампа, фототранзистор желательно защитить от такой подсветки. Проще всего это сделать с помощью пластиковой трубки.

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Практическая электроника, Устройства автоматики

Фотодатчик. Часть 1

Наверняка многим захочется присобачить к AVR фотодетектор, чтобы отслеживать хотя бы наличие или отсутствие света. Это полезно как для роботостроителей, так и для тех кто делает всякую автоматику. Итак, кратко опишу какие бывают фотодетекторы.

Фоторезистор
ИМХО вымирающий вид. Последний раз я его видел еще в детстве. Обычно представляет собой такой металический кругляк со стеклянным окошком, в котором видна этакая сероватая зигзагообразная дорожка. При освещении его сопротивление падает, правда незначительно, раза в три четыре.

Фототранзистор
Последнее время я на них натыкаюсь постоянно, неиссякаемый источник фототранзисторов — пятидюймовые дисководы. Последний раз я, по цене грязи, надыбал на радио барахолке штук 5 платок от дисковертов, там светотранзисторы стоят напротив дырок контроля записи и вращения дискеты. Еще сдвоенный фототранзистор (а может и фотодиод, как повезет) стоит в обычной шариковой мышке.
Выглядит как обычный светодиод, только корпус прозрачный. Впрочем, светодиоды тоже такие же бывают так что перепутать кто из них кто раз плюнуть. Но это не беда, партизан легко вычисляется обычным мультиметром. Достаточно включить омметр между его эмитером и коллектором (базы у него нет) и посветить на него, как его сопротивление рухнет просто катастрофически — с десятков килоом до считанных ом. Тот который у меня в детекторе вращения шестерен в роботе меняет свое сопротивление с 100кОм до 30 Ом. Работает фототранзистор подобно обычному — держит ток, но в качестве управляющего воздействия тут не ток базы, а световой поток.

Фотодиод
Внешне ничем не отличается от фототранзистора или обычного светодиода в прозрачном корпусе. Также порой встречаются древние фотодиоды в металлических корпусах. Обычно это совковые девайсы, марки ФД-чето там. Такой металлический цилиндрик с окошком в торце и торчащими из задницы проводками.

В отличии от фототранзистора, может работать в двух разных режимах. В фотогальваническом и фотодиодном.
В первом, фотогальваническом, варианте фотодиод ведет себя как солнечная батарейка, то есть посветил на него — на выводах возникло слабенькое напряжение. Его можно усилить и применить =). Но куда проще работать в фотодиодном режиме. Тут мы подаем на фотодиод обратное напряжение. Поскольку он хоть и фото, но диод, то в обратную сторону напряжение не пойдет, а значит его сопротивление будет близко к обрыву, а вот если его засветить, то диод начнет очень сильно подтравливать и сопротивление его будет резко падать. Причем резко, на пару порядков, как у фототранзистора.

Спектр
Кроме типа прибора у него еще есть рабочий спектр. Например, фотодетектор заточенный на инфракрасный спектр (а их большинство) практически не реагирует на свет зеленого или синего светодиода. Плохо реагирует на лампу дневного света, но хорошо реагирует на лампу накаливания и красный светодиод, а уж про инфракрасный и говорить нечего. Так что не удивляйся если у тебя фотодатчик плохо реагирует на свет, возможно ты со спектром ошибся.

Подключение
Теперь пора показать как это подключить к микроконтроллеру. С фоторезистором все понятно, тут заморочек нет никаких — берешь и подцепляешь как по схеме.
С фотодиодом и фототранзистором сложней. Надо определить где у него анод/катод или эмитер/коллектор. Делается это просто. Берешь мультиметр, ставишь его в режим прозвонки диодов и цепляешься на свой датчик. Мультиметр в этом режиме показывает падение напряжения на диоде/транзисторе, а падение напряжения тут в основном зависит от его сопротивления U=I*R. Берешь и засвечиваешь датчик, следя за показаниями. Если число резко уменьшилось, значит ты угадал и красный провод у тебя на катоде/коллекторе, а черный на аноде/эмитторе. Если не изменилось, поменяй выводы местами. Если не помогло, то либо детектор дохлый, либо ты пытаешься добиться реакции от светодиода (кстати, светодиоды тоже могут служить детекторами света, но там не все так просто. Впрочем, когда будет время я покажу вам это технологическое извращение).

Теперь о работе схемы, тут все элементарно. В затемненном состоянии фотодиод не пропускает ток в обратном направлении, фототранзистор тоже закрыт, а у фоторезистора сопротивление весьма высоко. Сопротивление входа близко к бесконечности, а значит на входе будет полное напряжение питания aka логическая единица. Стоит теперь засветить диод/транзистор/резистор как сопротивление резко падает, а вывод оказывается посажен наглухо на землю, ну или весьма близко к земле. Во всяком случае сопротивление будет куда ниже 10кОмного резистора, а значит напряжение резко пропадет и будет где то на уровне логического нуля. В AVR и PIC можно даже резистор не ставить, вполне хватит внутренней подтяжки. Так что DDRx=0 PORTx=1 и будет вам счастье. Ну а обратывать это как обычную кнопку. Единственная сложность может возникнуть с фоторезистором — у него не настолько резко падает сопротивление, поэтому до нуля может и не дотянуть. Но тут можно поиграть величиной подтягивающего резистора и сделать так, чтобы изменения сопротивления хватало на переход через логический уровень.

Если надо именно измерять освещенность, а не тупо ловить светло/темно, то тогда надо будет подцеплять все на АЦП и подтягивающий резистор делать переменным, для подстройки параметров.

Есть еще продвинутый тип фотодатчиков — TSOP там встроенный детектор частоты и усилитель, но о нем я напишу чуть попозже.

З.Ы.
У меня тут некоторые запарки, поэтому сайт будет сильно тупить с обновлением, думаю это до конца месяца. Дальше надеюсь вернуться в прежний ритм.

Спасибо. Вы потрясающие! Всего за месяц мы собрали нужную сумму в 500000 на хоккейную коробку для детского дома Аистенок. Из которых 125000+ было от вас, читателей EasyElectronics. Были даже переводы на 25000+ и просто поток платежей на 251 рубль. Это невероятно круто. Сейчас идет заключение договора и подготовка к строительству!

А я встрял на три года, как минимум, ежемесячной пахоты над статьями :)))))))))))) Спасибо вам за такой мощный пинок.