Универсальный циклический таймер на микросхемах CD4521
Для установки временных интервалов от нескольких минут дочасов в бытовых целях часто используют механические таймеры (как на старых стиральных машинах).
Такой таймер имеет ручку-указатель и шкалу, а так же розетку для подключения нагрузки. Ручку устанавливаете на нужное время и отпускаете. Нагрузка включается, а механизм громко тикая медленно перемещает ручку на исходное положение. Затем тиканье прекращается, а нагрузка выключается.
Но бывает, что нужно управлять нагрузкой циклически, так чтобы она некоторое время работала, потом некоторое время была выключена. И желательно отдельно регулировать интервал работающего и интервал выключенного состояния.
Здесь предлагается описание аналогичного устройства, но электронного. Он, так же как и механический, не отличается высокой точностью выдержки времени, но он не тикает, и работает в циклическом режиме. Таймер позволяет устанавливать интервалы продолжительности работы нагрузки и продолжительности её выключенного состояния от 1 до 140 минут (в двух диапазонах 1...14 минут и 10...140 минут).
Принципиальная схема
В основе схемы лежит интегральная микросхема CD4521. Эта микросхема содержит элементы для построения схемы мультивибратора (кварцевого или RC) и 24-х разрядный двоичный счетчик. На двух таких микросхемах сделано два почти одинаковых таймера, один, на D1 служит для установки интервала работы нагрузки, а второй, на D2, для установки интервала перезапуска первого таймера, то есть, времени выключенного состояния нагрузки.
Рис. 1. Принципиальная схема таймера на микросхемах CD4521.
Рассмотрим работу на примере первого таймера. В момент включения цепь C2-R1 принудительно устанавливает счетчик D1 в нулевое положение. Так же, обнулить счетчик можно и кнопкой S1. На всех его выходах нуль, нуль и на выводе 13, к которому подключен светодиод оптопары А1. Через этот светодиод протекает ток и оптопара открывается, а нагрузка включается.
В то же время, транзистор VT1 закрыт, поэтому, на его коллекторе присутствует напряжение логической единицы, которое поступает на вывод 2 D2 и удерживает счетчик D2 в нулевом состоянии.
Продолжительность временного интервала зависит от частоты мультивибратора, которая устанавливается элементами R3-R4-C4-C5-S2. Выключателем S2 переключают диапазоны установки (когда он разомкнут - 1..14 минут, замкнут -10...140 минут), а переменным резистором R3 устанавливают время плавно в пределах диапазона.
И так, с момента запуска таймера начинается отсчет времени согласно установкам S2 и R3. Наблюдать за ходом отсчета времени можно по трем светодиодам HL1, HL2, HL3. Они зажигаются согласно двоичному коду и позволяют следить за процессом приближения к окончанию интервала.
Как только заданный интервал заканчивается на выводе 13 D1 появляется единица. Теперь ток через светодиод оптопары А1 прекращается и нагрузка выключается. Открывается диод VD3 и блокирует мультивибратор микросхемы D1. Счетчик D1 замирает в таком состоянии. На этом работа первого таймера в этом цикле завершается.
Одновременно открывается транзистор VT1, на его коллекторе устанавливается логический ноль. Это позволяет начать работать второму таймеру на микросхеме D2.
Продолжительность временного интервала второго таймера, зависит от частоты мультивибратора, которая устанавливается элементами R14-R15-C6-C7-S3. Выключателем S3 переключают диапазоны установки (когда он разомкнут - 1..14 минут, замкнут - 10...140 минут), а переменным резистором R14 устанавливают время плавно в пределах диапазона.
Наблюдать за ходом отсчета времени можно по трем светодиодам HL4, HL5, HL6. Они зажигаются согласно двоичному коду и позволяют следить за процессом приближения к окончанию интервала.
Как только заданный интервал выключенного состояния нагрузки заканчивается на выводе 13 D2 появляется единица. Открывается диод VD5 и блокирует мультивибратор микросхемы D2. Счетчик D2 замирает в таком состоянии. На этом работа первого таймера в этом цикле завершается.
Одновременно, единица с вывода 13 D2 через диод VD4 поступает на вывод 2 D1, и обнуляет его. Транзистор VT1 закрывается, поэтому, на его коллекторе присутствует напряжение логической единицы, которое поступает на вывод 2 D2 и обнуляет и удерживает счетчик D2 в нулевом состоянии. Раз D2 обнулен, на его выводе 13 тоже ноль, теперь D1 может снова работать. Начинается новый цикл
Источником питания служит готовый сетевой источник питания с выходным постоянным напряжением 10-15V, который подключается через разъем ХЗ. Желательно, чтобы источник питания был с гальванической развязкой от сети.
Светодиоды HL1-HL7 - сверхяркие, но можно и обычные индикаторные (например, АП307). Все светодиоды можно исключить из схемы, но её работа будет не так наглядна.
Налаживание сводится к проверке монтажа и работоспособности, а так же, градуировке шкалы. При этом можно пользоваться частотомером, измеряя частоту на выводе 4 D1 и D2, во время работы соответствующего интервала. Частота 17,48 кГц = 1 мин., 8,74 кГц = 2 мин., 5,83 кГц = 3 мин., 4,37кГц = 4 мин., 3,5 кГц = 5 мин., 2,9 кГц = 6 мин., 2,2 кГц = 8 мин., 1,75 кГц = 10 мин., 1,46 кГц = 12 мин.
Воронов Д. РК-2015-12.
Литература: 1. Воронов Д. «Универсальный таймер», ж. РК №2, 2009 г.