Включение и выключение нагрузки одной кнопкой своими руками
Многие бытовые электроприборы, будь то музыкальные центры, телевизоры, различные светильники, включаются и выключаются путём нажатия одной и той же кнопки. Нажал один раз – прибор включился, нажал ещё раз – выключился. В радиолюбительской практике часто возникает необходимость реализовать этот же принцип. Такие кнопки часто используют при построении самодельных усилителей в изящных корпусах, устройство с этим принципом включения и выключения выглядит уже куда более совершенным, напоминая заводской прибор.
Схема устройства
Схема включения и выключения нагрузки одной кнопкой представлена ниже. Она проста как валенок, не содержит дефицитных компонентов и запускается сразу. Итак, схема:
Её ключевое звено – популярная микросхема таймер NE555. Именно она регистрирует нажатие клавиши и устанавливает на выходе либо логическую 1, либо 0. Кнопка S1 – любая кнопка на замыкание без фиксации, т.к. через неё практически не протекает ток, требований к кнопке нет практически никаких. Я взял первую попавшуюся, советскую 60-х годов.
Конденсатор С1 и резистор R3 подавляют дребезг контактов кнопки, С1 лучше всего применить неполярный керамический или плёночный. Светодиод LED1 индицирует о состоянии нагрузки – светодиод горит, нагрузка включена, погашен – выключена. Транзистор Т1 коммутирует обмотку реле, здесь можно применить любой маломощный транзистор структуры NPN, например, BC547, КТ3102, КТ315, BC184, 2N4123. Диод, стоящий параллельно обмотке реле, служит для подавления импульсов самоиндукции, возникающих в обмотке. Можно применять любой маломощный диод, например, КД521, 1N4148. Если нагрузка потребляет небольшой ток, можно подключать её непосредственно к схеме вместо обмотки реле. В таком случае стоит поставить транзистор помощней, например, КТ817, а диод можно исключить.
Материалы
Для сборки схемы понадобится:
- Микросхема NE555 – 1 шт.
- Транзистор BC547 – 1 шт.
- Конденсатор 1 мкФ -1 шт.
- Резистор 10 кОм – 2 шт.
- Резистор 100 кОм – 1 шт.
- Резистор 1 кОм – 2 шт.
- Кнопка без фиксации – 1 шт.
- Диод КД521 – 1 шт.
- Светодиод на 3 в. – 1 шт.
- Реле – 1 шт.
Кроме того, необходим паяльник, флюс, припой и умение собирать электронные схемы. Электронные компоненты стоят почти копейки и продаются в любом магазине радиодеталей.
Сборка устройства
В первую очередь, необходимо изготовить печатную плату. Она выполняется методом ЛУТ, файл к статье прилагается. Отзеркаливать перед печатью не нужно. Метод ЛУТ неоднократно описывался в интернете, научиться ему не так уж и трудно. Несколько фотографий процесса:
Скачать плату:
Если под рукой нет принтера, нарисовать печатную плату можно маркером или лаком, ведь она достаточно небольшая. После сверления отверстий плату нужно залудить, чтобы предотвратить окисление медных дорожек.
После изготовления платы можно приступать к запаиванию в неё деталей. Сначала запаиваются мелкие компоненты – резисторы, диоды. После этого конденсаторы, микросхемы и всё остальное. Провода можно как впаять напрямую в плату, так и соединить их с платой с помощью клеммников. Контакты питания и контакты OUT для подключения реле я вывел через клеммники, а кнопку впаял непосредственно в плату на паре проводков.
Таким образом, эту плату можно встроить в какой-нибудь прибор, будь то усилитель, самодельный светильник, или что-либо иное, требующего включения и выключения одной кнопкой без фиксации. В сети есть множество других подобных схем, построенных на советских микросхемах, транзисторах, однако именно эта схема с использованием микросхемы NE555 зарекомендовала себя как самая простая и одновременно с этим надёжная.
Смотрите видео
Принцип работы наглядно показан на видео.
Электротехника: Периодическое автоматическое включение/выключение приборов.
Схема для периодического автоматического включение/выключение приборов (в частности вентилятора для проветривания автомобиля в гараже) уже приводилась в статье АВТОпроветриватель, однако работало устройство не совсем правильно. Более простой и надёжный АВТОпроветриватель можно сделать на таймере 555 (NE555, LM555, КР1006ВИ и т.д.). Схема приведена на рисунке:Рисунок 1 — Устройство периодической автоматической коммутации нагрузки
Разводить плату удобнее по схеме:
Рисунок 2 — Устройство периодической автоматической коммутации нагрузки
Источником питания (для силовой части со стороны реле) может быть например сеть 220В но не обязательно можно и аккумулятор и много чего. Нагрузкой может быть прибор (вентилятор, лампа и др.) подробнее о нагрузке ниже.
Реле включается и замыкает источник питания на нагрузку только тогда когда на выходе микросхемы будет низкий уровень напряжения, вытекающий ток из базы транзистора VT1 станет достаточным для того чтобы этот транзистор вошел в насыщение этот транзистор не перегорит так как у обмотки реле достаточное активное сопротивление для того чтобы ток через транзистор был меньше предельно допустимого для КТ209К:
Если использовать схему выше то длительность работы прибора, подключенного через реле к питания, нельзя сделать больше времени когда прибор не работает. Если нужно чтобы прибор дольше работал то можно использовать схему:
Рисунок 3 — Устройство периодической автоматической коммутации нагрузки
В этой схеме транзистор открывается тогда когда на выходе микросхемы присутствует высокий уровень напряжения, максимальный ток коллектора транзистора КТ315 меньше чем транзистора КТ209К но он всё равно не перегорит так как ток через обмотку реле К1 при напряжениях указанных на схеме не должен быть больше 100мА. Для того чтобы определить какой ток потечёт через обмотку реле можно замерить сопротивление этой обмотки и напряжение питания поделить на это сопротивление или можно соединить последовательно источник питания, обмотку реле, амперметр (или мультиметр в режиме миллиамперметра) и посмотреть ток, если он меньше 100мА то транзистор кт315 можно использовать если нет то тогда надо поставить транзистор с большим током. Также необходимо смотреть на то какой ток может коммутировать реле и на какое напряжение оно рассчитано, если подключить слишком мощный прибор или несколько параллельно то контакты реле могут не выдержать. Для того чтобы определить подходит ли прибор или нет можно поделить его мощность на напряжение питания (для сети 220) и посмотреть если получившееся число меньше тока реле (обычно 5…20 А) то это реле подходит если нет то надо реле с большим током. Это же и относится ко всем предыдущим схемам с реле. Пример работы с вентилятором (вентилятор без лопастей) на видео:
Рассчитать длительности можно в программе приведённой ниже. Для схемы на рисунке 3 длительность работы равна длительности импульса, для схемы на рисунках 1 и 2 длительность работы равна длительности паузы. Для схем на рисунках 1 и 2 сопротивлением R2 является сумма сопротивлений резисторов R2 и R3:
Таймер на микросхеме NE555 (включения и выключения) (видео)
Однако в сегодняшней статье вовсе не о фантастических реалиях возможного отключения всех часов в мире, даже не о гипотетически невероятном, а все же о реально доступном! Ведь если нам надо, если то к чему мы привыкли так необходимо, так зачем же отрешаться от удобного!? Собственно речь пойдет как раз о таймере, который тоже в некотором роде участвует в распределении нашего времени. С помощью самодельного таймера не всегда удобно измерять время, ведь сегодня они доступны даже первоклашке! Прогресс шагнул так далеко, что многофункциональные часы можно купить в Китае за пару баксов. Однако это не всегда панацея.
Скажем если необходимо запускать или отключать какое-то электронное устройство, то лучше всего это реализовать на электронном таймере. Именно он возьмет на себя обязанности по включению и выключению устройства, путем автоматической электронной коммутации управления устройствами. Именно о таком таймере на микросхеме NE 555 я и расскажу.
Схема таймера на микросхеме NE555
Взгляните на рисунок. Как это может показаться банально, но микросхема NE555 именно в этой схеме работает в своем штатном режиме, то есть по прямому назначению. Хотя на самом деле может быть применяться как мультивибратор, как преобразователь аналогового сигнала в цифровой, как микросхема обеспечивающая питание нагрузки от датчика света, как генератор частоты, как модулятор для ШИМ. В общем чего только с ним не придумали за время его существования, которое уже перевалило за 45 лет. Ведь вышла микросхема впервые в далеком 1971…
Теперь все же давайте кратко еще раз пробежимся по подключению микросхемы и принципу работы схемы.
После нажатия на кнопку «reset» мы обнуляем потенциал на входе микросхемы, так как по сути заземляем вход. При этом конденсатор на 150 мКФ оказывается разряжен. Теперь в зависимости от емкости подключенной к ножке 6,7 и земле (150 мКФ), будет зависеть период задержки-выдержки таймера. Заметьте, что здесь также подключен и ряд резисторов 500 кОм и 2.2 мОм, то есть эти резисторы тоже участвуют в формировании задержки-выдержки.
Регулировать задержку можно с помощью переменного резистора 2.2 М (на схеме он постоянный, его можно заменить само собой на переменный). Также время можно менять путем замены конденсатора 150 мкФ.
Так при сопротивлении цепочки резисторов около 1 мОм, задержка будет около 5 мин. Соответственно если выкрутить резистор на максимум и сделать так, чтобы конденсатор заряжался максимально медленно, то можно достичь задержки в 10 минут. Здесь надо сказать, что при начале отсчета таймера загорается зеленый светодиод, когда же срабатывает таймер, то на выводе появляется минусовой потенциал и из-за этого зеленый светодиод гаснет, а загорается красный. То есть в зависимости от того, что вам надо, таймер на включение или выключение, вы можете воспользоваться соответствующим подключением, к красному или зеленому светодиоду. Схема простая и при правильном соединении всех элементов в настройке не нуждается.
P/S Когда я нашел в интернете эту схему, то в ней было еще соединение между выводом 2 и 4, но при таком подключении схема не работала!!! Может это косяк конкретного экземпляра, может что-то не так во мне или луне на небе в ту ночь, но потом 4 разорвал, 2 вывод подключил к 6 контакту, такое заключение было сделано исходя из других аналогичных схем в интернете и все работало!!!
В случае необходимости управления таймером силовой нагрузкой, можно использовать сигнал после резистора в 330 Ом. Эта о точка показана красным и зеленым крестиком. Используем обычный транзистор, скажем КТ815 и реле. Реле можно применить на 12 вольт. Пример такой реализации управления силовым питанием приведен в статье датчик свет, сморите ссылку выше. В этом случае можно будет выключать-включать мощную нагрузку.
Datasheet ( Даташит) на таймер NE555
В общем если вы хотите, то можете взглянуть на номинальные параметры и внутреннее устройства таймера, хотя бы в виде принципиальной схемы работы по блокам. Кстати даже в этом даташите будет приведена и схема подключения. Даташит от компании ST, это компания с именем, а значит думается о том, что характеристики здесь могут быть завышены. Если вы возьмете китайский аналог, то вполне возможно параметры будут несколько отличаться. Обратите внимание, что это микросхема может быть с индексом SA555 или SE555.
Подводя итог о таймере на микросхеме NE555
Приведенная здесь схема хотя и работает от 9 вольт, но вполне допускает питание и на 12 вольт. Это значит, что такую схему можно использовать не только для домашних проектов, но и для машины, когда схему напрямую можно будет подключить к бортовой сети автомобиля. Хотя для верности лучше поставить LM 7508 или КРЕНку на 5-9 вольт.
В этом случае такой таймер может быть применен для задержки включения камеры или ее выключения. Возможно применить таймер для «ленивых» указателей поворотов, для обогрева заднего стекла и т.д. Вариантов действительно много.
Остается лишь резюмировать, что время аналоговой техники все же проходит, ведь в данной таймере применены дорогостоящие конденсаторы, особенно это актуально для таймера со значительной задержкой, когда емкости будут большие. Это и деньги и габариты в устройстве таймера. Поэтому если вопрос будет стоять остро об объемах производства, о стабильности работы, то здесь, пожалуй, выиграет даже самый простой микроконтроллер.
Единственное препятствие, так это то, что микроконтроллеры все же надо уметь программировать и применять познание не только электрической части, соединений но и языков, способов программирования, это тоже чье то время, удобство и в конечном счете деньги.
Видео о работе таймера на микросхеме NE555
Для тех кто не любит читать, далее есть маленькое видео.
Включить-выключить. Схемы управления питанием | Электроника для всех
С батарейным питанием все замечательно, кроме того, что оно кончается, а энергию надо тщательно экономить. Хорошо когда устройство состоит из одного микроконтроллера — отправил его в спячку и все. Собственное потребление в спящем режиме у современных МК ничтожное, сравнимое с саморазрядом батареи, так что о заряде можно не беспокоиться. Но вот засада, не одним контроллером живо устройство. Часто могут использоваться разные сторонние периферийные модули которые тоже любят кушать, а еще не желают спать. Прям как дети малые. Приходится всем прописывать успокоительное. О нем и поговорим.
▌Механическая кнопка
Что может быть проще и надежней сухого контакта, разомкнул и спи спокойно, дорогой друг. Вряд ли батарейку раскачает до того, чтобы пробить миллиметровый воздушный зазор. Урания в них для этого не докладывают. Какой нибудь PSW переключатель то что доктор прописал. Нажал-отжал.
Вот только беда, ток он маленький держит. По паспорту 100мА, а если запараллелить группы, то до 500-800мА без особой потери работоспособности, если конечно не клацать каждые пять секунд на реактивную нагрузку (катушки-кондеры). Но девайс может кушать и поболее и что тогда? Приматывать синей изолентой к своему хипстерскому поделию здоровенный тумблер? Нормальный метод, мой дед всю жизнь так делал и прожил до преклонных лет.
▌Кнопка плюс
Но есть способ лучше. Рубильник можно оставить слабеньким, но усилить его полевым транзистором. Например вот так.
Тут переключатель просто берет и поджимает затвор транзистора к земле. И он открывается. А пропускаемый ток у современных транзисторов очень высокий. Так, например, IRLML5203 имея корпус sot23 легко тащит через себя 3А и не потеет. А что-нибудь в DPACK корпусе может и десяток-два ампер рвануть и не вскипеть. Резистор на 100кОм подтягивает затвор к питанию, обеспечивая строго определенный уровень потенциала на нем, что позволяет держать транзистор закрытым и не давать ему открываться от всяких там наводок.
▌Плюс мозги
Можно развить тему управляемого самовыключения, таким вот образом. Т.е. устройство включается кнопкой, которая коротит закрытый транзистор, пуская ток в контроллер, он перехватывает управление и, прижав ногой затвор к земле, шунтирует кнопку. А выключится уже тогда, когда сам захочет. Подтяжка затвора тоже лишней не будет. Но тут надо исходить из схемотехники вывода контроллера, чтобы через нее не было утечки в землю через ногу контроллера. Обычно там стоит такой же полевик и подтяжка до питания через защитные диоды, так что утечки не будет, но мало ли бывает…
Или чуть более сложный вариант. Тут нажатие кнопки пускает ток через диод на питание, контроллер заводится и сам себя включает. После чего диод, подпертый сверху, уже не играет никакой роли, а резистор R2 эту линию прижимает к земле. Давая там 0 на порту если кнопка не нажата. Нажатие кнопки дает 1. Т.е. мы можем эту кнопку после включения использовать как нам угодно. Хоть для выключения, хоть как. Правда при выключении девайс обесточится только на отпускании кнопки. А если будет дребезг, то он может и снова включиться. Контроллер штука быстрая. Поэтому я бы делал алгоритм таким — ждем отпускания, выбираем дребезг и после этого выключаемся. Всего один диод на любой кнопке и нам не нужен спящий режим 🙂 Кстати, в контроллер обычно уже встроен этот диод в каждом порту, но он очень слабенький и его можно ненароком убить если вся ваша нагрузка запитается через него. Поэтому и стоит внешний диод. Резистор R2 тоже можно убрать если нога контроллера умеет делать Pull-down режим.
▌Отключая ненужное
Можно сделать и по другому. Оставить контроллер на «горячей» стороне, погружая его в спячку, а обесточивать только жрущую периферию.
Выделив для нее отдельную шину питания. Но тут надо учесть, что есть такая вещь как паразитное питание. Т.е. если вы отключите питание, например, у передатчика какого, то по шине SPI или чем он там может управляться пойдет питание, поднимется через защитные диоды и периферия оживет. Причем питания может не хватить для его корректной работы из-за потерь на защитных диодах и вы получите кучу глюков. Или же получите превышение тока через порты, как результат выгоревшие порты на контроллере или периферии. Так что сначала выводы данных в Hi-Z или в Low, а потом обесточивайте.
▌Выкидываем лишнее
Что-то мало потребляющее можно запитать прям с порта. Сколько дает одна линия? Десяток миллиампер? А две? Уже двадцать. А три? Параллелим ноги и вперед. Главное дергать их синхронно, лучше за один такт.
Правда тут надо учитывать то, что если нога может отдать 10мА ,то 100 ног не отдадут ампер — домен питания не выдержит. Тут надо справляться в даташите на контроллер и искать сколько он может отдать тока через все выводы суммарно. И от этого плясать. Но до 30мА с порта накормить на раз два.
Главное не забывайте про конденсаторы, точнее про их заряд. В момент заряда кондера он ведет себя как КЗ и если в вашей периферии есть хотя бы пара микрофарад емкостей висящих на питании, то от порта ее питать уже не следует, можно порты пожечь. Не самый красивый метод, но иногда ничего другого не остается.
▌Одна кнопка на все. Без мозгов
Ну и, напоследок, разберу одно красивое и простое решение. Его несколько лет назад набросил мне в комменты uSchema это результат коллективного творчества народа на его форуме.
Одна кнопка и включает и выключает питание.
Как работает:
При включении, конденсатор С1 разряжен. Транзистор Т1 закрыт, Т2 тоже закрыт, более того, резистор R1 дополнительно подтягивает затвор Т1 к питанию, чтобы случайно он не открылся.
Конденсатор С1 разряжен. А значит мы в данный момент времени можем считать его как КЗ. И если мы нажмем кнопку, то пока он заряжается через резистор R1 у нас затвор окажется брошен на землю.
Это будет одно мгновение, но этого хватит, чтобы транзистор Т1 распахнулся и на выходе появилось напряжение. Которое тут же попадет на затвор транзистора Т2, он тоже откроется и уже конкретно так придавит затвор Т1 к земле, фиксируясь в это положение. Через нажатую кнопку у нас С1 зарядится только до напряжения которое образует делитель R1 и R2, но его недостаточно для закрытия Т1.
Отпускаем кнопку. Делитель R1 R2 оказывается отрезан и теперь ничто не мешает конденсатору С1 дозарядиться через R3 до полного напряжения питания. Падение на Т1 ничтожно. Так что там будет входное напряжение.
Схема работает, питание подается. Конденсатор заряжен. Заряженный конденсатор это фактически идеальный источник напряжения с очень малым внутренним сопротивлением.
Жмем кнопку еще раз. Теперь уже заряженный на полную конденсатор С1 вбрасывает все свое напряжение (а оно равно напряжению питания) на затвор Т1. Открытый транзистор Т2 тут вообще не отсвечивает, ведь он отделен от этой точки резистором R2 аж на 10кОм. А почти нулевое внутреннее сопротивление конденсатора на пару с его полным зарядом легко перебивает низкий потенциал на затворе Т1. Там кратковременно получается напряжение питания. Транзистор Т1 закрывается.
Тут же теряет питание и затвор транзистора Т2, он тоже закрывается, отрезая возможность затвору Т1 дотянуться до живительного нуля. С1 тем временем даже не разряжается. Транзистор Т2 закрылся, а R1 действует на заряд конденсатора С1, набивая его до питания. Что только закрывает Т1.
Отпускаем кнопку. Конденсатор оказывается отрезан от R1. Но транзисторы все закрыты и заряд с С1 через R3 усосется в нагрузку. С1 разрядится. Схема готова к повторному включению.
Вот такая простая, но прикольная схема. Вот тут еще полно реализаций похожих схем. На сходном принципе действия.