Программируемый четырехканальный таймер
Автоматическое управление отоплением с помощью электронного таймера позволит повысить экономичность и безопасность электрической системы отопления. Такой таймер должен иметь несколько каналов, каждый из которых можно запрограммировать, например, на недельный цикл работы. В статье описан программируемый четырехканаль-ный таймер, выполненный на часовых микросхемах 176-й серии.
В последнее время для отопления промышленных, административных и бытовых зданий все более часто используют системы отопления с электрическими обогревателями. С одной стороны, это объясняется частыми перебоями в подаче тепла в централизованных системах отопления, а с другой стороны, электрическое отопление более технологично и управляемо по сравнению с системами водяного и парового централизованного отопления.
Зачастую помещения одного здания эксплуатируют несколько подразделений, имеющих различный суточный и недельный циклы работы. В этом случае управление системой отопления обычно происходит хаотически. Зачастую электрические обогреватели остаются включенными на ночь, а также в выходные и праздничные дни. Нерациональное управление отоплением приводит к перерасходу электрической энергии и может стать причиной пожара.
Трехлетняя эксплуатация таймера доказала эффективность и надежность его использования. Таймер имеет четыре независимых релейных выхода и может управлять четырьмя нагрузками. Дискретность срабатывания таймера 1 ч, этого вполне достаточно для управления отоплением. Цикл программирования каждого канала - одна неделя. В течение этого цикла каждый канал таймера может включаться произвольное количество раз (хоть каждый час).
Упрощенная функциональная схема таймера изображена на рис.1. Основу таймера составляют часы, собранные на ИМС DD1-DD3. На DD1 собран задающий генератор, на DD2 - счетчик часов и минут, а на DD3 - счетчик дней недели. Более подробно работа часов рассмотрена в [1].
Для хранения программы используется ИМС статического ОЗУ DD8. Код адреса ячейки ОЗУ формируется из значения текущего времени и дня недели, т.е. каждому часу каждого дня недели отводится одна ячейка памяти ОЗУ, в которой записано состояние релейных ключей каналов 1К-4К. Благодаря этой особенности, можно получить максимально возможную гибкость управления каналами таймера.
На выходах A...D ИМС DD2, образующих шину часов (ШЧ), последовательно, в двоично-десятичном коде, появляются значения единиц минут, десятков минут, единиц часов и десятков часов. Эти значения соответственно сопровождаются тактовыми сигналами Т1 - Т4 от ИМС DD1 и стро-бирующим сигналом Q от ИМС DD2. Параллельный код, соответствующий текущему времени в часах, накапливается в регистрах dD5 и dD6 в момент наличия тактовых сигналов Т3 и Т4. На 2И-НЕ элементах DD4.1, DD4.2, DD4.4 собраны схемы совпадения, формирующие сигналы выборки регистров микросхем DD5, DD6, DD9 и ИМС статического ОЗУ DD8.
Выходные линии регистров DD5 и DD6, счетчика дней недели DD3, а также состояние переключателя SA3 "№ ПРГ" образуют десятиразрядную шину таймера (ШТ), которая является адресной шиной ОЗУ.
Чтение ОЗУ происходит в такте Т1, в момент наличия сигнала Q от DD2. В этом случае ИМС ОЗУ DD8 и регистр DD9 активизируются низким уровнем с выхода элемента DD4.4 (2И-НЕ). Информация из ОЗУ переписывается в регистр DD9, где запоминается до следующего цикла чтения ОЗУ. Резисторы R11-R14 защищают выходы ОЗУ от перегрузки в момент замыкания программирующих ключей SB5-SB8.
Программируется ОЗУ в такте T2, если замкнут ключ SA2 "Реж.П". Одновременно часы переводятся в режим установки будильника. Этот режим используется в таймере для формирования программирующих значений времени. Кнопкой "Уст.Ч" (SB2 на рис.2) устанавливают требуемое время, а кнопкой "Уст.ДН" (SB4 на рис.2) - требуемый день недели. С помощью программирующих кнопок SB5-SB8 и переключателя состояния SA1 необходимые состояния ключей записываются в выбранную ячейку ОЗУ. Состояние выбранной ячейки ОЗУ тут же отображается индикаторами каналов HL8-HL11 (рис.2). Программирование ОЗУ необходимо произвести для каждого часа каждого дня недели.
Рассмотрим работу таймера (рис.3). Питание таймера осуществляется от сети ~220В/50Гц через клеммы XT1, XT2, предохранитель F1 и фильтр L1C12C13. Напряжение сети понижается до 12 В трансформатором T1 и выпрямляется диодным мостиком VD6. С диодного мостика выпрямленное напряжение поступает на обмотки реле К1-К4 и через диод VD5 - на конденсатор С11, сглаживающий пульсацию выпрямленного напряжения. На резисторе R15 и стабилитроне VD4 собран параметрический стабилизатор (+5 В), от которого питается схема часов таймера и заряжается аккумулятор GA1, обеспечивающий питание часов в моменты отсутствия напряжения сети. Диод VD3 в эти моменты предотвращает разряд аккумулятора через стабилитрон VD4. Для контроля наличия напряжения сети служит схема, собранная на транзисторе VT1 и резисторе R16. Пока напряжение сети есть, через стабилитрон VD4 протекает ток, и транзистор VT1 открыт. Низкий уровень на коллекторе VT1 разрешает прохождение сигнала Q через логические элементы DD7.1 и DD7.2 в схему выборки ИМС ОЗУ DD8 и в регистры DD5, DD6, DD9. При пропадании напряжения сети высокий уровень на коллекторе VT1 запретит прохождение сигнала Q и заблокирует работу дешифраторов DD10, DD11 в блоке индикации (см. рис.2). Этим достигается снижение тока, потребляемого таймером от аккумулятора.
Цепочки R6C7, R7C8 и R8C6 позволяют убрать "клыки" в тактовых сигналах Т1-Т4.
Сигнал, соответствующий текущему состоянию канала, с выхода регистра DD9 поступает на составные транзисторные ключи, собранные на транзисторах VT2-VT9 и резисторах R21-R28, и на коммутирующие катушки электромагнитных реле K1-K4. В цепи коллекторов транзисторов VT2-VT5 составных ключей включены светодиоды HL8-HL11 (рис.2), осуществляющие индикацию состояния каналов таймера. Внешние цепи управляются нормально разомкнутыми контактами реле К1-К4, которые выведены на клеммы ХТ3-ХТ10.
Детали. Трансформатор Т1 любой на 12 В, мощностью 8...10 Вт. В качестве L1 можно использовать готовый дроссель сетевого фильтра от телевизора 3УСЦТ, соединив его обмотки последовательно. Реле К1-К4 типа РП21 с обмоткой на -12 В. Аккумулятор GA1 собран из четырех дисковых аккумуляторов типа Д-0,26Д, включенных последовательно.
Автор: В.В. Володин, г. 0десса
Литература: 1. Алексеев С. Применение микросхем серии К176//Ра-дио. - 1984. - № 4-6.