Таймер автономного освещения с защитой от разряда АБ и датчиком освещенности (серия дачная автоматизация)

Автор: KomSoft
Опубликовано 17.11.2014
Создано при помощи КотоРед.

На создание этого изделия подтолкнула статья "Устройство защиты аккумуляторной батареи от глубокого разряда" (УЗАБ, https://radiokot.ru/circuit/power/charger/11/) и нежелание тянуть провода в дальний угол огорода. Изготовлено 25.04.2012.

Схема устройства:

Конструкция предназначена для управления освещением помещений, в которые по каким-либо причинам не проведено стационарное питание, например в дачном сортире (ибо туалет заслуживает и стационарного освещения) или другом объекте.

Исходные требования к устройству были таковы:

• В выключенном состоянии совсем не потребляет ток (реализовано - за счет реле схема полностью отключена от АБ.)
• Освещение включается, только если общая освещенность ниже нормы.
• Сигнализирует о низком заряде батареи.
• Освещение включается на определенное время (т.е. невозможно забыть его выключить).

Таким образом можно не бояться, приехав через неделю, застать в ноль разряженый аккумулятор.

Принцип работы.

Схема состоит из двух частей - блока сравнения освещенности и напряжения батареи и таймера выключения.

При нажатии на кнопку S1 питание через диод VD4 подается на схему сравнения, собраную на U1 (LM393 - сдвоенный компаратор, выходы с ОК - открытым коллектором). Выходы компараторов с открытыми коллекторами включены по схеме "монтажное И". На DA1 собран источник опорного напряжения.

U1A производит сравнение опорного напряжения с напряжением на АБ (порог задается резистором RA1). U1B производит сравнение опорного напряжения с напряжением, зависящим от освещенности (вырабатывается делителем R2 и фоторезистором, порог срабатывания задается резистором RA2). Если напряжение на АБ меньше нормы (анпример 10.8В, она разряжена) ) или освещенность больше заданной (светло), то открыт выходной транзистор соответствующего компаратора, светится HL1, сигнализируя о том, что схема отработала но освещение включено не будет. Низкий уровень на входе 4 U2 запрещает работу таймера и подачу напряжения на нагрузку (включение освещения).

Если при включении напряжение на АБ в норме и освещенность ниже заданной, то на входе 4 U2 будет высокий уровень, который разрешает работу таймера-одновибратора.

Таймер U2 включен по типовой схеме в режиме одновибратора, длительность импульса которого равна t = 1.1 * R4 * C4 и при таких номиналах составляет около 5 мин.

Начальный сброс таймера задается цепочкой R5, VD1, C6. Емкость С6 должна быть достаточной для формирования импульса сброса после окончания всех переходных процессов, возникающих при подаче питания на схему.

При необходимости выключить нагрузку раньше заданого времени, сделать это можно нажатием на кнопку SB2. Эту кнопку можно и не устанавливать, тогда схема будет отключаться только автоматически (как у меня). Если при работе схемы напряжение на АБ упадет ниже заданого уровня, работа таймера будет запрещена срабатыванием компаратора U1A и освещение выключится раньше времени, сохранив жизнь аккумулятору.

Теперь о важном, на мой взгляд, усовершенствовании УЗАБ.

Дополнительный диод VD3 (которого нет в первоначальной схеме УЗАБ) запрещает подачу напряжения в нагрузку через кнопку S1 до срабатывания реле, что исключает перегорание слаботочной кнопки S1 или диода VD4 при мощной нагрузке.

Вторая его функция - обеспечить одинаковое напряжение на цепочке сравнения RA1-R1 после срабатывания реле и отпускания кнопки S1 (когда питание будет подано напрямую а не через диод VD4).

Увеличивать емкость конденсаторов обвязки DA1 (C1 и C2) не следует, чтобы при нажатии на SB2 они разрядились через схему и обеспечили ее возврат в исходное состояние.

Резистор R2 подбирается в зависимости от сопротивления фоторезистора RP1.

Реле можно использовать любое маломощное, обеспечивающее ток коммутации, достаточный для нагрузки. Ток катушки реле - не более 100мА (выход таймера обеспечивает до 200 мА).

Примечание относительно микросхемы таймера U2: у меня схема нормально работала при использовании микросхем КР1006ВИ1 и LM555. При использовании NE555 конденсатор С4 переставал заряжаться, при напряжении на 5 ноге таймера на 0.02В менее уровня Uh - соответственно таймер не выключался. Причина этого осталась неизвестной - м.в. брак партии микросхем.

В качестве освещения использована автомобильная светодиодная лампа-противотуманка с током потребления около 300мА. Потребление самой схемы на порядок меньше - около 30 мА, в основном за счет реле, поэтому за экономию особо не боролся. А в выключеном (дежурном) состоянии, как уже говорилось, схема полностью отключена за счет реле и может находиься в нем как угодно долго.

Нагрузка подключается к контактам 1 и 4 разъема XP1.

Налаживание устройства сводится к установке порога отключения по напряжению батареи резистором RA1. Для этого запитываем устройство от регулируемого блока питания, выставляем напряжение питания 10,5-10,8В и подкручивая RA1 добиваемся отключения реле.

Теперь запитываем устройство от аккумулятора и во время утренних или вечерних сумерек (как говорят автомобилисты) резистором RA2 устанавливаем порого освещенности. Фоторезистор RP1 направляем в сторону окна, от лампы, чтобы при включении освещения он не засвечивался.

Плата разведена под имевшийся корпус (какой - уже не помню), поэтому на ней осталось много места. Плата односторонняя, имеется одна перемычка, SMD-резисторы 1206, все диоды - 1N4148 (LL4148), хотя на фото еще установлены 1N4004 (но в таких мощных нет необходимости). Разъем - от дисковода.

Фото платы (допаян диод VD4), на рисунке платы уже исправлено.

Устройство живет и используется, извините, при нужде...

Все вопросы в Форум.