16
Elektronika dla Wszystkich
Projekty
Automatyka odgrywa szczególną rolę
w dziedzinie sterowania różnymi odbiornika-
mi energii elektrycznej. Począwszy od stero-
wania światłem np.: na klatce schodowej,
a skończywszy na sterowaniu bardzo skom-
plikowanymi procesami w dużych zakładach
przemysłowych. Jednym z najczęściej stoso-
wanych modułów jest przekaźnik czasowy.
Na rysunkach 1 i 2 pokazany został sche-
mat ideowy. Jest to nietypowy przekaźnik
czasowy, chociażby dlatego, że posiada cy-
frowy interfejs użytkownika, co jest rzadko
spotykane w tego typu urządzeniach. Dzięki
zastosowaniu mikrokontrolera jest on bardzo
stabilny i dokładny w odliczaniu czasu. Układ
ten został wyposażony w jedno wejście steru-
jące. Posiada ono m.in. układ eliminujący
drgania, które mogą powstać na stykach ele-
mentów przyłączonych do obwodu sterowa-
nia (np. przycisk). Wartość napięcia sterują-
cego nie powinna przekroczyć 50V. Moduł
wyposażono w jedno wyjście przekaźnikowe,
którym steruje jedną z 13 funkcji czasowych.
Do standardowych funkcji czasowych należą:
załączanie z opóźnieniem, wyłączanie
z opóźnieniem oraz praca cykliczna. Pozosta-
łe funkcje są już nieco rzadziej spotykane; zo-
staną szczegółowo opisane w dalszej części
artykułu. Czas odliczają dwie stałe czasowe:
T
1
i T
2
. Każda z nich może odliczać czas
w zakresie 1...99s. W celu wydłużenia tego
czasu zastosowano mnożnik N, który może
przyjmować wartości 1...99, co daje łączny
czas odliczania 9801 sekund (2godz i 40min)
na jedną stałą czasową.
Wszelkich ustawień dokonuje się za po-
mocą czterech przycisków a wyniki zmian
pokazuje dwucyfrowy wyświetlacz LED.
Przyciski mają następujące funkcje:
MENU\STOP – zatrzymuje działanie prze-
kaźnika, uruchamia główne menu i umożli-
wia „poruszanie” się w nim. Naciskając ten
przycisk następuje wstrzymanie pracy prze-
kaźnika i rozwarcie styków wyjściowych.
Jednocześnie zapala się dioda oznaczona
jako T1 a na wyświetlaczu widać wartość
stałej czasowej T
1
. Kolejne naciskanie tego
przycisku powoduje przejście do następnych
zmiennych przekaźnika, czyli: T2, N oraz
FUNK (numer funkcji czasowej).
2
2
6
6
2
2
2
2
++
++
U
U
n
n
i
i
w
w
e
e
r
r
s
s
a
a
l
l
n
n
y
y
p
p
r
r
z
z
e
e
k
k
a
a
ź
ź
n
n
i
i
k
k
c
c
z
z
a
a
s
s
o
o
w
w
y
y
Rys. 1
PLUS oraz MINUS – służą do zmiany warto-
ści poszczególnych zmiennych przekaźnika.
START – uruchamia pracę przekaźnika cza-
sowego i automatycznie zapisuje ustawione
wcześniej wartości do nieulotnej pamięci
EEPROM.
Na rysunkach 3a i 3b przedstawiono za-
leżności czasowe wszystkich funkcji czaso-
wych dostępnych w opisywanym przekaźni-
ku. Jak łatwo zauważyć, nie każda funkcja
wykorzystuje obydwie stałe czasowe, a na-
wet jedna z nich nie korzysta w ogóle ze sta-
łych. Tak więc wybierając jakąś funkcję cza-
sową należy ustawić tylko stałą, która jest
wykorzystywana przez daną funkcję (pozo-
stała nie ma znaczenia). Dodatkowy opis
wszystkich 13 funkcji można znaleźć na na-
szej stronie internetowej wraz z opisem pro-
gramu i listingami.
Funkcje omawianego przekaźnika czaso-
wego są bardzo zróżnicowane. Dzięki funk-
cjom z grupy „sterowane przyciskiem” nie
trzeba stosować w układach dodatkowych
styczników podtrzymujących stan, tylko wy-
starczy podłączyć do prezentowanego modu-
łu przycisk zwierny i już można sterować
urządzeniami wykorzystując różne funkcje
czasowe.
Opis układu
Prezentowany przekaźnik czasowy zrealizo-
wany został na dwóch płytkach drukowanych
połączonych ze sobą dwoma złączami szufla-
dowymi. Na pierwszej płytce znajduje się mi-
kroprocesor, listwa zaciskowa oraz obwód za-
silający, wejściowy i wyjściowy. Druga płytka
to nic innego jak panel sterujący składający się
z wyświetlacza LED i czterech przycisków.
Sercem całego układu jest mikrokontro-
ler AT89C4051, który pracuje z rezonatorem
kwarcowym o częstotliwości 11,059MHz.
Odpowiednie zerowanie układu U4 po włą-
czeniu zasilania zapewniają elementy R4
i C8. Całe urządzenie jest zasilane napięciem
stałym w zakresie 14...35V. Kondensatory
C1...C4 zapewniają poprawną filtrację napię-
cia zasilającego. Stabilizatory U1 i U2 za-
pewniają stabilne napięcie niezbędne do po-
prawnej pracy całego układu.
Do środkowego zacisku CON2 podłącza
się obwód sterujący. Elementy R1 i D1 za-
bezpieczają układ przed pojawieniem się
zbyt wysokiego napięcia sterującego. Tran-
zystor T1 przetwarza wejściowy sygnał ste-
rujący na poziomy TTL. Bramki NAND za-
warte w strukturze U3 oraz elementy R3 i C5
tworzą obwód, który stabilizuje sygnał wej-
ściowy (eliminuje ewentualne drgania sty-
ków w obwodzie wejściowym). Stabilny już
sygnał wejściowy doprowadzony jest do pi-
nu P3.1 procesora, który w zależności od wy-
branej funkcji czasowej i ustawionych para-
metrów steruje elementem wykonawczym
tego układu, czyli przekaźnikiem K1. Sposób
programowej realizacji funkcji czasowych
zostanie opisany w dalszej części artykułu.
Rezystory R10 i R11 podciągają piny P1.0
i P1.1 do plusa zasilania (+5V), ponieważ we-
wnątrz procesora porty te nie posiadają takich
rezystorów. Wszelkie ustawienia opisywane-
go przekaźnika czasowego są zapisywane
w nieulotnej pamięci EEPROM - układ U5.
Pojemność tej pamięci wynosi 128B co w zu-
pełności wystarcza na zapisanie wszystkich
ustawień przekaźnika (wykorzystywanych
jest „aż” 5 bajtów). Wymiana danych pomię-
dzy tą pamięcią a procesorem następuje po-
przez magistralę I
2
C wykorzystującą porty
P3.2 (SCL) i P3.3 (SDA) układu U4.
Cały wyświetlacz LED jest typu wspólna
anoda i składa się z wyświetlacza DL1,2
i czterech diod D4...D7. Jest on sterowany
w sposób multipleksowy i został podzielony
na trzy części: DL1, DL2 oraz grupa diod
D4...D7. Każda z nich jest kolejno sterowana
poprzez porty P3.7, P3.5 i P3.4 oraz tranzy-
story T3...T5. W momencie kiedy jeden
z wyświetlaczy DL jest aktywny to procesor
poprzez pierwsze cztery piny portu P1 wysy-
ła cyfrę w kodzie BCD do układu U6, który
następnie dekoduje ją i zapala odpowiednie
segmenty wyświetlacza. Natomiast, kiedy
aktywna jest grupa diod D4...D7, to procesor
17
Elektronika dla Wszystkich
Projekty
Rys. 2
Rys. 3a
poprzez te same piny portu P1 steruje bezpo-
średnio diodami LED.
Dioda D3 sygnalizuje stan obwodu wyj-
ściowego, czyli przekaźnika K1.
Klawiatura została zrealizowana na czte-
rech przyciskach S1...S4, które po naciśnię-
ciu ustawiają piny P1.7, P1.6, P1.5 i P1.4
w stan niski.
Montaż i uruchomienie
Na rysunkach 4 i 5 pokazano rozmieszczenie
elementów na płytce obwodu drukowanego
oraz mozaikę ścieżek. Montaż rozpoczynamy
od przylutowania zwór, rezystorów następnie
podstawek pod układy scalone, itd. Na płytce
sterownika należy izolowanym przewodem
połączyć punkty A-A, B-
B, C-C i D-D. Szczegól-
ną uwagę należy zwrócić
podczas montażu złącz
szufladkowych – Z1-Z4
i Z2-Z3. Otóż gniazda
powinny być przylutowa-
ne na płytce panelu steru-
jącego od strony ścieżek,
ponieważ tylko wtedy bę-
dzie można połączyć ze
sobą dwie płytki.
Układ zmontowany
ze sprawnych elementów
nie wymaga żadnej regu-
lacji. Po włożeniu zapro-
gramowanego procesora
natychmiast działa po-
prawnie. Chciałbym je-
szcze raz zwrócić uwagę
na graniczne parametry
tego układu, to znaczy:
- max. napięcie
zasilające 35V
- max. napięcie
sterujące 50V
- max. prąd obciążenia
1A (zależy od typu
zastosowanego
przekaźnika)
Jak widać, układ ten jest
urządzeniem małej mocy.
Nie może być sterowany
wysokim napięciem ani
nie jest w stanie sterować
odbiornikami o nieco
większej mocy. Oczywi-
ście nie oznacza to, że
nie nadaje się on do po-
ważniejszych zastoso-
wań. Można przecież ste-
rować układem w sposób
pośredni. Wystarczy
w obwód sterujący włą-
czyć przekaźnik elektro-
magnetyczny z cewką na
220V. Natomiast w ob-
wód wyjściowy przeka-
źnik o większej mocy
a nawet stycznik, który
umożliwi podłączenie
urządzeń 3-fazowych.
W celu przetestowania
układu wystarczy zasilić
go i między zaciski A2-
A3 podłączyć przycisk.
Następnie należy ustawić
poszczególne parametry
pracy przekaźnika i za po-
mocą przyłączonego
przycisku podawać sygnał
sterujący obserwując re-
akcję układu.
Krzysztof
Rudnicki
18
Elektronika dla Wszystkich
Projekty
Rys. 3b
Rys. 4
Rys. 5
Wykaz elementów
Rezystory
R1-R3,R5-R11 . . . . . . . . . . . . . . .10kΩ
R4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100kΩ
R12-R14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220Ω
R15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .680Ω
R16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1kΩ
Kondensatory
C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100µF/50V
C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF
C3,C4 . . . . . . . . . . . . . . . . . .47µF/25V
C5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20nF
C6,C7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33pF
C8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33nF
Półprzewodniki
DL1,DL2 . . . . . . . . . . . .wyświetlacz LED
(podwójny) np. LTD5250WC
D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5,6V
D2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4148
D3-D7 . . . . . . . . . . . . . . . . . .LED 3mm
T1,T2,T6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC547
T3-T5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC557
U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78L05
U2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78L12
U3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4093
U4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .AT89C4051
U5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .AT24C04
U6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4543
Różne
Z1,Z2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .goldpin
(złącze szufladkowe 15 pinów)
Z3,Z4 . . . . . . . . . . . . . . .goldpin gniazdo
(złącze szufladkowe 15 pinów)
CON1,CON3 . . . . . . . . . .ARK2 (3,5mm)
CON2 . . . . . . . . . . . . . . .ARK3 (3,5mm)
S1-S4 . . . . . . . . .przyciski typu µswitch
Q1 . . . . .rezonator kwarcowy 11,059MHz
K1 . . . . . . . . . .przekaźnik 12V FRS1B-S
Komplet ppodzespołów zz ppłytką jjest ddostępny
w sieci hhandlowej AAVT jjako kkit sszkolny AAVT-22622
Projekty
19
Elektronika dla Wszystkich
Ciąg dalszy ze strony 15.
Ostatni stopień strojenia to ustawienie ja-
skrawości wyświetlaczy w nocy na takim po-
ziomie, który nam będzie odpowiadał. Doko-
nujemy tego za pomocą rezystora PR1. Dzię-
ki temu zegar w dzień jest dostatecznie czytel-
ny, a w nocy nie razi w oczy. Gdyby z jakie-
goś powodu zależało komuś na tym, by zegar
nie reagował na zmiany oświetlenia, to wy-
starczy skręcić PR1 maksymalnie w prawo.
Tak uruchomiony zegar możemy uznać za
sprawny i zabezpieczyć strony druku przed
utlenianiem preparatem FLUX 10.
W górnej ściance obudowy należy wykonać
otwory dla: fotorezystora, czterech przycisków
i głośniczka, który jest mocowany klejem.
W tylnej ściance obudowy są otwory dla: rezy-
storów R16, R23, zworki JC1 i gniazda zasilają-
cego G1. Przykręcenie płytki do obudowy wy-
maga niewielkiego odgięcia diod świecących
(terminarza i budzika).
Roman Biadalski
Wykaz elementów
Rezystory
R1-R7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .270Ω
R8,R23 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100Ω
R9-R12,R17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1,5kΩ
R13,R18,R22 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10kΩ
R14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47kΩ
R15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .ok.470Ω fotorezystor
R16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220kΩ
R19 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47Ω
R20,R21 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120Ω
R23 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .470Ω
PR1 . . . . . . . . . . . . . . . . . .100kΩ PR (miniaturowy pionowy)
PR2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1kΩ PR (miniaturowy pionowy)
Kondensatory
C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100µF
C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10µF
C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-20pF
C4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2,2pF
C5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20pF
C6,C7,C11,C12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF
C8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47µF
C9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .470µF
C10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10nF
C13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .470µF/25V
Półprzewodniki
U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .AT89C2051
U2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .UM3561
U3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78L05
Q1-Q4,Q8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC558B
Q5,Q6,Q9-Q11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC548B
Q7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BF245A
D1-D4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4148
D5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .C3V3
D6-D8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N5819
D9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .WB154
D10-D13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LED 3mm czerwone
W1,W2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .TOD-5263BE lub LA5642-11P
Inne
X1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9,216MHz
SP1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .głośnik 32/0,1W
G1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .gniazdo GZ1
Ak1,Ak2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .aku. 3,6V/60mA
S1-S4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .przyciski µswitch
Listwa goldpinów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 proste szpilki
Listwa goldpinów . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 gięte szpilki
JC1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .jumper
Obudowa z filtrem . . . . . .KM-35N lub odpowiednik z rodziny Z
Podstawka 20pin
Komplet ppodzespołów zz płytką jjest ddostępny ww sieci hhandlowej AAVT jjako kkit sszkolny AAVT