Metodika pro využití samostatných vzorových el. obvodů

Registrační číslo projektu
CZ.1.07/1.1.16/02.0119
Název projektu
Automatizace názorně
Produkt č.9
Metodika pro využití samostatných
vzorových el. obvodů pro 3 leté a 4 leté
obory.
Kolektiv autorů
2014
Obsah
1.
Úvod ................................................................................................................................................................3
2.
Optický alarm astabilní s regulací ....................................................................................................................5
3.
Akustický alarm................................................................................................................................................7
4.
Optický alarm zábleskový s NE555 ..................................................................................................................9
5.
Snímač intenzity osvětlení .............................................................................................................................11
6.
Regulátor otáček stejnosměrného motoru do výkonu 1,6 kW .....................................................................13
7.
Laserová závora .............................................................................................................................................15
8.
Spínač ovládaný světlem ...............................................................................................................................19
9.
Ovládání spotřebiče mobilem .......................................................................................................................22
10.
Řadič krokového motoru ...........................................................................................................................25
11.
Ovládání posuvné brány ............................................................................................................................30
12.
Seznam použité literatury: ........................................................................................................................34
Zpracoval kolektiv autorů SŠ TEGA Blansko ........................................................................................................34
Str. 2
1. Úvod
Pro různé konstrukce elektronických obvodů máme dnes k dispozici obrovskou
součástkovou základnu, a ne jinak je to s možnostmi různých zapojení a funkcí
elektronických obvodů, které si můžeme vyrobit. Tato metodika zpracovává některá
zapojení typových úloh, kde každé zapojení reprezentuje určitou oblast elektroniky a
automatizace.
Na základě osnov zpracovaných ve školním vzdělávacím programu
pro elektrotechnické obory byla vytipována zapojení, ve kterých se uplatňují
teoretické a praktické znalosti žáků, které jsou vyučovány učiteli teoretického
a praktického vyučování. Tato zajímavá zapojení pak mohou být použita jako ukázková
zařízení v předmětech elektroniky a automatizace. Zapojení jsou také zajímavá i pro
osobní použití.
Celá koncepce praktických zapojení v tomto materiálu není řešena z pohledu
uceleného konkrétního automatizačního, či řídícího systému, ale jsou zde vytvořeny
samostatné funkční obvody, které v těchto systémech můžeme použít.
Seznam zapojení pro 3-leté obory :
Snímač intenzity osvětlení
Optický alarm zábleskový s NE555
Akustický alarm
Regulátor otáček stejnosměrného motoru do výkonu 1,6 kW
Optický alarm astabilní s regulací
Seznam zapojení pro 4-leté obory :
Snímač ovládaný světlem
Ovládání spotřebiče mobilem
Ovládání posuvné brány
Řadič krokového motoru
Laserová závora
Z uvedeného seznamu úloh je patrné, že z těchto zapojení můžeme použít
z hlediska automatizačního obvodu (viz obr.1) např. snímač ovládaný světlem nebo
snímač intenzity osvětlení ve funkci čidel, regulátor otáček stejnosměrného motoru ve
funkci regulátoru apod.
Str. 3
Obrázek č.1 - Blokové schéma automatického regulačního obvodu
Veličiny řídícího obvodu:
y(t) – regulovaná veličina (okamžitá hodnota)
w(t) – řídící veličina (hodnota, kterou požadujeme)
e(t) – regulační odchylka [e(t) = w(t) – y(t)] – rozdíl mezi řídící
a regulovanou veličinou
u(t) – akční veličina (veličina, která způsobí regulaci systému pomocí
akčního členu)
Str. 4
2. Optický alarm astabilní s regulací
2.1 Úvod
Zapojení slouží k optické signalizaci nebezpečného stavu sledované veličiny nebo situace.
2.2 Popis zapojení a funkce
Toto zařízení slouží jako výstražný nebo informační optický panel s možnosti nastavení rychlosti změny
zobrazovaných symbolů. Slouží jako jedna z komponent v automatizační a zabezpečovací technice. Jeho
napájení je ve 12ti voltovém provedení.
2.3 Schéma zapojení
2.4 Seznam součástek
R1, R2
1k8
Svorkovnice
AK 300/2
R3, R4
390R
IC1
NE555
P1
100k/N
C1
22M/25V
DPS
50 x 75 mm
C2
10nF
C3
100M/25V
Str. 5
2.5 Zadání
1.
2.
3.
4.
5.
Proveďte návrh zapojení obvodu. Vycházejte ze standardních rozměrů součástek.
Překontrolujte a proměřte parametry klasických součástek.
Vyrobte DPS určené velikosti a proveďte její kontrolu.
Osaďte DPS součástkami, překontrolujte a proveďte její oživení.
Odzkoušejte funkci alarmu.
Dodržujte BOZP
2.6 Postup, montáž a technologie
Překreslete schéma zapojení a seznam součástek do sešitu. Návrh desky plošného spoje navrhněte a
nakreslete standardním způsobem. Návrh zapojení proveďte také pomocí SW Eagle. Rozměry součástek
zjistěte v katalogu případně najděte na internetu. Dodané součástky proměřte pomocí přístroje Metex. Je-li
některá ze součástek poškozena nebo nevyhovují-li její parametry v porovnání z katalogovými hodnotami,
součástku vyměňte. DPS nakreslete dle návrhu, odleptejte, očistěte a osaďte změřenými součástkami.
Dodržujte BOZP. Zkontrolujte osazení a proveďte oživení výrobku.
2.7 Závěr
Účelem této práce bylo seznámit studenty s konkrétním postupem výroby dle uvedeného zadání a
možnost využití alarmu jako prvku v elektropneumatice..
Str. 6
3. Akustický alarm
3.1 Úvod
Zapojení slouží k akustické signalizaci nebezpečného stavu sledované veličiny nebo situace.
3.2 Popis zapojení a funkce
Toto zařízení slouží k akustické indikaci nebezpečných stavů. Slouží jako jedna z komponent v automatizační a
zabezpečovací technice. Jeho napájení je ve 12-ti voltovém provedení.
3.3 Schéma zapojení
3.4 3.4 Seznam součástek
R1
1kΩ
T1,2
BC548
R2
47kΩ
T3
BC547
R3
47kΩ
X1
svorkovnice AK300/4
R4
1kΩ
R5
39Ω
DPS
30 x 75 mm
C1
22nF
C2
22nF
Str. 7
3.5 Zadání
1.
2.
3.
4.
5.
Proveďte návrh zapojení obvodu. Vycházejte ze standardních rozměrů součástek.
Překontrolujte a proměřte parametry klasických součástek.
Vyrobte DPS určené velikosti a proveďte její kontrolu.
Osaďte DPS součástkami, překontrolujte a proveďte její oživení.
Odzkoušejte funkci alarmu.
Dodržujte BOZP
3.6 Postup, montáž a technologie
Překreslete schéma zapojení a seznam součástek do sešitu. Návrh desky plošného spoje navrhněte a
nakreslete standardním způsobem. Návrh zapojení proveďte také pomocí SW Eagle. Rozměry součástek
zjistěte v katalogu případně najděte na internetu. Dodané součástky proměřte pomocí přístroje Metex. Je-li
některá ze součástek poškozena nebo nevyhovují-li její parametry v porovnání z katalogovými hodnotami,
součástku vyměňte. DPS nakreslete dle návrhu, odleptejte, očistěte a osaďte změřenými součástkami.
Dodržujte BOZP. Zkontrolujte osazení a proveďte oživení výrobku.
3.7 Závěr
Účelem této práce bylo seznámit studenty s konkrétním postupem výroby dle uvedeného zadání a
možnost využití alarmu jako prvku v elektropneumatice.
Str. 8
4. Optický alarm zábleskový s NE555
4.1 Úvod
Zapojení slouží k optické signalizaci nebezpečného stavu sledované veličiny nebo situace.
4.2 Popis zapojení a funkce
Toto zařízení slouží k optické indikaci nebezpečných stavů. Slouží jako jedna z komponent v automatizační a
zabezpečovací technice. Jeho napájení je ve 12-ti voltovém provedení.
4.3 Schéma zapojení
4.4 Seznam součástek
R1
220R
Svorkovnice
AK 300/2
R2
180R
DPS
30 x 75 mm
R3
10k
C1
100M/16V
D1, D2
LED bílá
IC1
NE555
Str. 9
4.5 Zadání
6.
7.
8.
9.
10.
Proveďte návrh zapojení obvodu. Vycházejte ze standardních rozměrů součástek.
Překontrolujte a proměřte parametry klasických součástek.
Vyrobte DPS určené velikosti a proveďte její kontrolu.
Osaďte DPS součástkami, překontrolujte a proveďte její oživení.
Odzkoušejte funkci alarmu.
Dodržujte BOZP
4.6 Postup, montáž a technologie
Překreslete schéma zapojení a seznam součástek do sešitu. Návrh desky plošného spoje navrhněte a
nakreslete standardním způsobem. Návrh zapojení proveďte také pomocí SW Eagle. Rozměry součástek
zjistěte v katalogu případně najděte na internetu. Dodané součástky proměřte pomocí přístroje Metex. Je-li
některá ze součástek poškozena nebo nevyhovují-li její parametry v porovnání z katalogovými hodnotami,
součástku vyměňte.DPS nakreslete dle návrhu, odleptejte, očistěte a osaďte změřenými součástkami.
Dodržujte BOZP. Zkontrolujte osazení a proveďte oživení výrobku.
4.7 Závěr
Účelem této práce bylo seznámit studenty s konkrétním postupem výroby dle uvedeného zadání a možností
jejího využití jako prvku v elektropneumatice.
Str. 10
5. Snímač intenzity osvětlení
5.1 Úvod
Zapojení slouží ke kontrole intenzity osvětlení v daném prostoru a k jeho případnému přisvětlení.
5.2 Popis zapojení a funkce
Spínač intenzity osvětlení slouží jako jedna z komponent v automatizační a zabezpečovací technice. Může být
použit i jako součást „Inteligentního domu“.
Toto zařízení slouží ke kontrole intenzity osvětlení v daném prostoru, k jeho porovnání s nastavenou
hodnotou a k případnému přisvětlení přidaným zdrojem světla. Ten je možno připojit přes kontakty relé.
5.3 Schéma zapojení
5.4 Seznam součástek
R1,R5
3k3
P1
1M/N
R2
12kΩ
D1
1N4104
R3
2k2
D2
BZX 83V 010
R4
150Ω
T1,T2
BC546
R6
680R
T3
BC327
R7
1k8
K1
RP432012
R8
330R
C1
470μF/35V
DPS
50 x 75 mm
Str. 11
5.5 Zadání
1.
2.
3.
4.
5.
Proveďte návrh zapojení obvodu. Vycházejte ze standardních rozměrů součástek.
Překontrolujte a proměřte parametry klasických součástek.
Vyrobte DPS určené velikosti a proveďte její kontrolu.
Osaďte DPS součástkami, překontrolujte a proveďte její oživení.
Odzkoušejte funkci snímače.
Dodržujte BOZP
5.6 Postup, montáž a technologie
Překreslete schéma zapojení a seznam součástek do sešitu. Návrh desky plošného spoje navrhněte a
nakreslete standardním způsobem. Návrh zapojení proveďte také pomocí SW Eagle. Rozměry součástek
zjistěte v katalogu případně najděte na internetu. Dodané součástky proměřte pomocí přístroje Metex. Je-li
některá ze součástek poškozena nebo nevyhovují-li její parametry v porovnání s katalogovými hodnotami,
součástku vyměňte.
DPS nakreslete dle návrhu, odleptejte, očistěte a osaďte změřenými součástkami. Dodržujte BOZP.
Zkontrolujte osazení a proveďte oživení výrobku.
5.7 Závěr
Účelem této práce bylo seznámit studenty s konkrétním postupem výroby dle uvedeného zadání a
možností jejího využití jako prvku v elektropneumatice.
Str. 12
6. Regulátor otáček stejnosměrného motoru do výkonu 1,6 kW
6.1 Úvod
Zapojení slouží k regulaci různých typů ss motorů v rozmezí od 5 do 60V. Nejvyšší přípustný proud tekoucí
přes vinutí motoru je 27A. Zapojení je konstruováno tak, aby při libovolných otáčkách nedocházelo ke ztrátě
krouticího momentu motoru.
6.2 Popis zapojení a funkce
Toto zařízení slouží k řízení otáček ss motorů bez výrazného poklesu jejich krouticího momentu. Jde o princip
napájení pulzním proudem konstantního kmitočtu s proměnnou střídou přenášeného výkonu. Tím je zajištěna
plynulá regulace téměř od nuly.
6.3 Schéma zapojení
6.4 Seznam součástek
R1
100Ω
P1
1M/N
R2
100kΩ
D1, D3
1N4148
R3
1k5
D2
BZX 83V 010
R4
470Ω
T1
BUZ 10
C1
4n7
IO
NE 555
C2
10nF
C3, C5
C4
100nF
DPS
50 x 75 mm
100μF/35V
Str. 13
6.5 Zadání
1.
2.
3.
4.
5.
Proveďte návrh zapojení obvodu. Vycházejte ze standardních rozměrů součástek.
Překontrolujte a proměřte parametry klasických součástek.
Vyrobte DPS určené velikosti a proveďte její kontrolu.
Osaďte DPS součástkami, překontrolujte a proveďte její oživení.
Odzkoušejte funkci regulátoru.
Dodržujte BOZP.
6.6 Postup, montáž a technologie
Překreslete schéma zapojení a seznam součástek do sešitu. Návrh desky plošného spoje navrhněte a
nakreslete standardním způsobem. Návrh zapojení proveďte také pomocí SW Eagle. Rozměry součástek
zjistěte v katalogu případně najděte na internetu. Dodané součástky proměřte pomocí přístroje Metex. Je-li
některá ze součástek poškozena nebo
nevyhovují-li její parametry v porovnání s katalogovými hodnotami, součástku vyměňte. DPS nakreslete dle
návrhu, odleptejte, očistěte a osaďte změřenými součástkami. Napájecí napětí připojte k vývodům PAD1 a
PAD4 a motorek pak k vývodům PAD 2 a PAD3. Dodržujte BOZP. Zkontrolujte osazení a proveďte oživení
výrobku.
6.7 Závěr
Tímto regulátorem je možné regulovat i ostatní zařízení, například žárovky malého napětí.
Účelem této práce bylo seznámit studenty s konkrétním postupem výroby dle uvedeného zadání a možností
jejího využití jako prvku v elektropneumatice.
Str. 14
7. Laserová závora
7.1 Úvod:
Laserová závora slouží pro zabezpečení libovolného prostoru, průchodu nebo průjezdu až na vzdálenost
několika desítek metrů. Přerušení paprsku, ať už vstupem nebo průchodem osoby či průjezdem vozidla, je
signalizováno rozpojením výstupního relé. Jeho kontakt může být zapojen např. na zabezpečovací ústřednu
nebo na počitadlo impulsů.
7.2 Popis zapojení:
Základem zapojení je laser a fototranzistor. V zapojení je použit mikroprocesor PIC12F629. Tím je možné celou
konstrukci zjednodušit oproti verzi s klasickými součástkami a doplnit další funkce a zvýšit spolehlivost.
Napájení laseru a procesoru je 5V, toto zajišťuje stabilizátor 78L05. Relé má 12V cívku a je napájeno přímo z
12V, tj. před stabilizátorem.
Laserová závora je umístěna na dvou deskách - na řídící desce, resp. desce přijímače a na desce vysílače, kde je
umístěn laser.
Obě desky jsou propojeny dvojlinkou až na vzdálenost 50 metrů (i více, dle průřezu).
7.3 Popis funkce:
V klidovém stavu laser z vysílače svítí na fototranzistor na přijímací straně, relé drží. Pokud dojde k přerušení
paprsku, relé rozepne. Dle nastavení pomocí propojky J2 buď po celou dobu, kdy je paprsek přerušen, nebo jen
na dobu 0,8 sek.
Propojkou J1 lze nastavit pracovní mód závory. Pokud je propojka J1 propojena, laser svítí trvale. Pokud je
propojka rozpojena, laser pulzuje. Obojí má své výhody. Pokud laser svítí trvale, je rychlejší reakce na rozpojení
paprsku. V praxi je však nepatrná prodleva v impulsním režimu bezpředmětná. Roli to hraje snad jen pokud
chceme sledovat přerušení paprsku na velmi krátkou dobu, tj. laserová závora není použita pro sledování
průchodu osob a průjezdu vozidel.
Více výhod je na straně impulsního režimu. Jednak je zde vyšší odolnost proti narušení, neboť procesor sám
řídí přerušování a ve stejných intervalech požaduje odezvu, takže pokud budete chtít na přijímací stranu
posvítit např. laserovým ukazovátkem, bude okamžitě spuštěn poplach, neboť procesor rozpozná jiný rytmus,
nebo v tomto případě nepřerušení paprsku v požadované době. Další výhodou je vyšší životnost laseru a nižší
spotřeba. Nevýhodou je kratší dosah závory, prakticky do 50 metrů. V běžném průjezdu nebo průchodu však
dostačující.
Str. 15
7.4 Schéma
Obr.1. Celkové schéma zapojení
7.5 Zadání:
Prostudujte popis činnosti a schéma.
Zkontrolujte součástky dle seznamu.
Vyhledejte v katalogu pouzdro a charakteristické údaje IC1a IC2.
Navrhněte a vyrobte DPS, dvě desky 37 x 42 mm, ( Eagle ), dodržte rozmístění součástek dle obr.2.
Osaďte DPS a zkontrolujte správnost osazení, očistěte.
Oživte výrobek, popřípadě diagnostikujte a odstraňte závady.
Obr.2. Rozmístění součástek DPS – přijímač a vysílač
Str. 16
Tabulka funkcí:
Propojka:
Stav:
Režim:
J1
spojena
Trvalý svit laseru
J1
rozpojena
Impulsní režim laseru
J2
spojena
Relé je rozpojeno po celou dobu přerušení paprsku
J2
rozpojena
Při přerušení paprsku dojde k rozpojení relé na 0,8 sek.
7.6 Mechanická konstrukce:
Laserová závora je umístěna na dvou plošných spojích: deska přijímače a deska vysílače. Hlavní část je ta
přijímací. Zde je umístěn i snímací fototranzistor nebo fotodioda D1. Zvolili
jsme fototranzistor LTR4206.
Před osazením do plošného spoje je třeba ohnout nožičky o 90°. Laser, který je umístěn na druhé desce, je
přichycen klasickou kabelovou úchytkou.
Osazené desky jsou pak umístěny v plastových krabičkách KM02 s vyvrtanými otvory 10 mm pro průchod
paprsku – viz. obrázek.
Vysílací část s laserem je s řídící částí propojena prostřednictvím svorek LA a LK (laser anoda, katoda).
I když plocha fototranzistoru je poměrně malá, díky rozptylu paprsku laseru na větší vzdálenost, je zaměření
poměrně snadné a funkce spolehlivá.
Je třeba zabránit dopadu externího světla na fototranzistor. Ve vnitřních prostorech je to jednoduché, pokud
laserovou závoru budete používat venku, tam už je třeba větší opatrnosti a vhodného umístění tak, aby do
krabičky přijímače nesvítilo slunce.
Je vhodné použít trubičku o průměru asi 6 - 7 mm, délky 25 mm a fototranzistor umístit do ní. Tuto prostrčíme
ven z krabičky. Svojí délkou sníží vliv okolního osvětlení na funkci laserové závory.
Technické údaje:
Napájení: 12V =
Max. odběr proudu (laser svítí, relé drží): 65 mA
Typ laseru: polovodičový laser, výkon max. 5 mW, třída 3 A, vlnová délka 30 – 680 nm
Pracovní dosah závory: cca 50 – 100 metrů, teoreticky až několik stovek metrů, při použití optiky
Rozměry plošných spojů: 42 x 37 mm
Rozměry plastových krabiček: 48 x 42 x 22 mm (bez úchytů)
Zatížení kontaktu relé: 100 mA (odporová zátěž )
Str. 17
7.7 Seznam součástek (Eagle)
Part
Value
Device
Package
Library
Sheet
C1
100µF/16V
CPOL-EUE2.5-5
E2,5-5
rcl
1
C2
100nF
C-EU025-
C025-024X044
rcl
1
C3
100nF
C-EU025-
C025-024X044
rlc
1
C4
47µF/10V
CPOL-EUE2.5-5
E2,5-5
rcl
1
D1
LTR4206
BPX81
BPX81
opto-trans
1
D2
1N4148
1N4148
DO35-10
diode
1
D3
1N4148
1N4148
DO35-10
diode
1
D4
LA8R
LA8R
HLMP6
display-hp
1
IC1
PIC12F629P
PIC12F629P
microchip
microchip
1
IC2
78L05Z
78L05Z
TO92
linear
1
K1
35701331
35701331
relay
relay
1
R1
1k
R-EU_0204/7
0204/7
rlc
1
R2
1k
R-EU_0204/7
0204/7
rlc
1
R3
10k
R-EU_0204/7
0204/7
rlc
1
R4
47
R-EU_0207/10
0207/10
rcl
1
T1
BC557
BC557
TO92-EBC
transistor-pnp
1
T2
BC547
BC548
TO92-EBC
transistor-npn
1
X1
MPT2
2POL254
con-phoenix
con-phoenix
1
X2
MPT2
2POL254
con-phoenix
con-phoenix
1
X3
AK550/2
AK550/2
con-ptr500
con-ptr500
1
X4
AK550/2
AK550/2
con-ptr500
con-ptr500
1
X5
AK550/2
AK550/2
con-ptr500
con-ptr500
1
J1,J2
MPT2
2POL254
con-phoenix
con-phoenix
2
KRAB.
KM02
2
Tab.1. Seznam součástek (Eagle)
Důležité upozornění:
POZOR!!!
PŘI POSVÍCENÍ LASEREM DO OČÍ MŮŽE DOJÍT K POŠKOZENÍ ZRAKU!
Str. 18
8. Spínač ovládaný světlem
8.1 Úvod:
Jsou případy, kdy je třeba vyhodnotit intenzitu osvětlení, které přesáhne určitou mez nebo ji naopak
nedosáhne. To se dá vyhodnotit pomocí následujícího zapojení. To je možno využít ke spínání osvětlení nebo
jiného obvodu, kterým chceme zatmění indikovat. Obvod lze použít jako automatické noční osvětlení a tak
podobně.
Úroveň osvětlení, při kterém obvod spíná, lze nastavit.
Technická data:
Napájení 12¨V stejnosměrných, spotřeba do 100 mA
Rozměr: 50 mm x 65 mm
Konektor na síťový adaptér
Spíná při zatemnění
Vypíná při osvětlení
Nastavitelná citlivost na světlo
Obvod má hysterezi – zabraňuje blikání při náhodných osvětleních
Výstup je spínán pomocí relé 12 V/5 A
8.2 Zadání:
Prostudujte popis funkce a schéma.
Zkontrolujte součástky dle seznamu.
Vyhledejte v katalogu pouzdro a charakteristické údaje IC1.
Navrhněte a vyrobte DPS, deska 50 x 65 mm, ( Eagle ), dodržte rozmístění součástek dle obr.2.
Osaďte DPS a zkontrolujte správnost osazení, očistěte.
Oživte výrobek, popřípadě diagnostikujte a odstraňte závady.
8.3 Popis zapojení a funkce:
Celkové schéma zapojení je na obr.1.
Zařízení je napájeno ze stejnosměrného zdroje 12 V. Velikost odebíraného proudu je závislá na tom, zda je
použité relé K1 sepnuté, odběr je do 50 mA nebo rozepnuté, odběr kolem
1 mA.
Součástky jsou osazeny na desce jednostranného plošného spoje o rozměrech 50 x 65 mm.
Napájení je možné připojit na svorkovnici X2 nebo síťovým adaptérem na konektor X3.
Stav sepnutí relé indikuje červená dioda LED - D4. Intenzita osvětlení, při kterém má relé sepnout, je
nastavitelná. Seznam použitých součástek je v tabulce1.
Zařízení je trvale napájeno stejnosměrným napětím 12 V. V kladné větvi napájecího napětí je zapojena v sérii
ochranná dioda D1 proti přepolování, dále pak filtrační kondenzátor C1 a C2.
IC1 je integrovaný obvod LM 324, který obsahuje ve svém pouzdře 4 operační zesilovače. V zapojení je využit
jen jeden a je zapojen jako komparátor. Jeho invertující vstup 13 je zapojen na dělič napětí tvořený odporovým
trimrem P1. Tímto se nastaví intenzita osvětlení, při které má sepnout relé K1. Neinvertující vstup 12 připojen
na dělič napětí, tvořený rezistorem R1, fotoodporem LDR a R5. Tím se mění velikost napětí v závislosti na
osvětlení. Kondenzátor C3 vytváří hysterezi obvodu proti blikání při náhodném krátkodobém osvícení.
Jeho výstup je zapojen do báze tranzistoru T1, který spíná relé K1. Jeho kontakty spínají spotřebič. Dioda D3 je
zapojena paralelně k relé v závěrném směru a chrání tranzistor proti zničení při rozepnutí relé. Dioda D4
indikuje stav sepnutí relé, když je sepnuté, dioda svítí.
Str. 19
8.4 Schéma
Obr.1. Schéma zapojení
8.5 Oživení:
K oživení jsou potřebné tyto přístroje: laboratorní zdroj stejnosměrného napětí, měřicí univerzální přístroj.
Pokud jsme pracovali pečlivě, mělo by oživení probíhat bez problémů. Spínač osvětlení by měl pracovat bez
závad – na první zapojení. V opačném případě provést diagnostiku závad a jejich odstranění.
Po vizuální kontrole správnosti osazení DPS připojte na napětí 12 Vss a kontrolujte odběr proudu. Proud by se
měl pohybovat od 1 mA do 50 mA, dle sepnutí relé.
8.6 Rozmístění součástek:
Obr.2. Rozmístění součástek
Str. 20
8.7 Seznam součástek:
Par
Value
Device
Package
Library
Sheet
C1
470µF/25V
CPOL-EUE5-10.5
E5-10,5
rcl
1
C2
100nF
C-EU025-030X050
C025-030X050
rcl
1
C3
100µF/25V
CPOL-EUE2.5-6
E2,5-6
rcl
1
D1
1N4007
1N4007
DO41-10
diody
1
D2,D3
1N4148
1N4148
DO35-10
diody
2
D4
L-3MM2MA/R
L-3MM2MA/G
LED3MM
LED
1
IC1
LM324N
LM324N
DIL14
linear
1
K1
G5L-12V/5A
G5L
G5LE
relay
1
LDR
R-EU_0207/10
0207/10
0207/10
rcl
1
P1
100k
TRIM_EU-LI10
LI10
pot
1
R1
150k
R-EU_0207/10
0207/10
rcl
1
R2,R5
15k
R-EU_0207/10
0207/10
rcl
2
R3
1k
R-EU_0207/10
0207/10
rcl
1
R4
M33
R-EU_0207/10
0207/10
rcl
1
R6
47k
R-EU_0207/10
0207/10
rcl
1
T1
BC547
BC547
TO92-EBC
transistor-npn
1
X1
AK500/3
AK500/3
con-ptr500
con-ptr500
1
X2
AK500/2
AK500/2
con-ptr500
con-ptr500
1
X3
DCJ0202
DCJ0202
DCJ0202
con-jack
1
Tab.1. Seznam součástek (Eagle)
Str. 21
9. Ovládání spotřebiče mobilem
9.1 Úvod:
Pomocí mobilu můžeme ovládat ( zapnout a vypnout ) různé domácí spotřebiče na dálku, aniž bychom museli
platit za spojení. Využívá se k tomu rozsvícení displeje.
Jen je třeba, aby na ten konkrétní mobil, který je určený ke spínání spotřebičů, nikdo jiný nevolal. V opačném
případě by docházelo k nežádoucímu sepnutí, vypnutí.
9.2 Schéma:
Obr.1. Schéma zapojení
9.3 Popis zapojení a funkce:
Celkové schéma zapojení je na obr.1.
Zařízení je napájeno ze stejnosměrného zdroje 12 V. Velikost odebíraného proudu je závislá na tom, zda je
použité relé K1 sepnuté, odběr je do 50 mA nebo rozepnuté, odběr kolem 8 mA.
Základem zapojení je naprogramovaný obvod IC1 – PIC12C508A. Součástky jsou osazeny na desce
jednostranného plošného spoje o rozměrech 45 x 100 mm.
Seznam součástek je v tabulce 2.
Zařízení je trvale napájeno stejnosměrným napětím 12V. V kladné větvi napájecího napětí je zapojena v sérii
ochranná dioda D1 proti přepolování, dále pak filtrační kondenzátor C1.
Zenerova dioda ZD1 vytváří napětí 5V pro napájení obvodu IC1.
IC1 je naprogramovaný obvod PIC12C508A. Jeho výstup je zapojen do báze tranzistoru T1, který spíná relé K1.
Přivedením kombinací log. 1 nebo 0 na vstupech GP1, GP2,a GP3 se dá nastavit doba sepnutí od asi 0,5 s do 1
Str. 22
h. Nastavením log. 0 na vstupu GP0 je nastaven mód zapnuto/vypnuto. Toto se nastavuje na přepínači DIL4
označený S1. Kombinace nastavení jsou uvedeny v tabulce 1. Integrovaný obvod IC2 LM 741 pracuje jako
komparátor. Fotorezistor LDR1 snímá rozsvícení displeje.
Na neinvertujícím vstupu IC2 je zapojen dělič napětí, tvořený fotorezistorem LDR1 a rezistorem R6. Invertující
vstup 2, je zapojen na dělič napětí, tvořený rezistorem R5 a potenciometrem P1. Zde se nastavuje úroveň
osvětlení pro překlopení výstupu 6, IC2.
Výstup GP5 IC1 je připojen na tranzistor T1, který spíná relé. Jeho kontakty spínají spotřebič. Dioda D2 je
zapojena paralelně k relé v závěrném směru a chrání tranzistor proti zničení při rozepnutí relé.
123
pulse
4
Mode
000
0,5 s
1
pulse mode
001
2s
0
on/off mode
010
30 s
011
1 min
100
5 min
101
15 min
110
30 min
111
1h
Tabulka 1
9.4 Zadání:
Prostudujte popis funkce a schéma.
Zkontrolujte součástky dle seznamu.
Vyhledejte v katalogu pouzdro a charakteristické údaje IC1a IC2.
Navrhněte a vyrobte DPS, deska 45 x 100 mm, ( Eagle ), dodržte rozmístění součástek dle obr.2.
Osaďte DPS a zkontrolujte správnost osazení, očistěte.
Oživte výrobek, popřípadě diagnostikujte a odstraňte závady.
Obr.2. Rozmístění součástek
Str. 23
9.5 Seznam součástek:
Part
Value
Device
Package
Library
Sheet
C1
220µF/16V
CPOL-EUE2.5-7
2,5-7
rcl
1
C2
100nF
C-EU025-025X050
C025-025X050
rcl
1
C3
100nF
C-EU025-025X050
C025-025X050
rcl
1
D1
1N4007
1N4007
DO41-10
diody
1
D2
1N4148
1N4007
O41-10
diody
1
IC1
PIC12C508JN
PIC12C508JN
DIL8
microchip
1
IC2
LM741P
LM741P
DIL08
linear
1
K1
G5LE12
G5LE12
G5LE
rele
1
LDR1
VT93N2
R-EU_0207/10
0207/10
rcl
1
LED1
L-3MM2MA/R
L-3MM2MA/R
LED3MM
LED
1
P1
100k
TRIM_EU-LI10
LI10
pot
1
R1
47k
R-EU_0207/10
0207/10
rcl
1
R2
47k
R-EU_0207/10
0207/10
rcl
1
R3
47k
R-EU_0207/10
0207/10
rcl
1
R4
47k
R-EU_0207/10
0207/10
rcl
1
R5
47k
R-EU_0207/10
0207/10
rcl
1
R6
47k
R-EU_0207/10
0207/10
rcl
1
R7
1k
R-EU_0207/10
0207/10
rcl
l
R8
1k
R-EU_0207/10
0207/10
rcl
1
R9
4k7
R-EU_0207/10
0207/10
rcl
1
S1
DS04
DS-04
switch-di
switch
1
T1
BC547
BC548
TO92-EBC
transistor-npn
1
X1
AK500/3
AK500/3
con-ptr500
con-ptr500
1
X2
K500/2
AK500/2
con-ptr500
con-ptr500
1
X3
JACK35
JACK35
JACK-35
con-jack
1
ZD1
BZX83V005.1
BZX83V005.1
DO35Z10
zenerovy diody
1
ZD2
BZX83V003.0
BZX83V003.0
DO35Z10
zenerovy diody
1
Tab.1. Seznam součástek (Eagle)
Str. 24
10.
Řadič krokového motoru
10.1
Úvod:
Krokové motory jsou nedílnou součástí celé řady domácích i průmyslových zařízení. Nalezneme je
v automobilech, tiskárnách osobních počítačů, laboratorních přístrojích apod. Výhodou je možnost přesně
řídit úhel jejich natočení (počet kroků) nebo počet otáček, a to ve velmi širokém rozsahu. S výhodou se tak
nechají řídit pomocí mikroprocesorů. Podle zapojení existuje více typů krokových motorků. Uvedený řídicí
obvod je určen pro provedení s 5, 6 a 8 vývody.
10.2
Popis činnosti:
Zapojení je koncipováno tak, aby umožňovalo přímé ovládání motoru, tedy jak řízení otáček, tak
směru otáčení. Celkové schéma je na obr.1. Otáčky jsou řízeny generátorem, tvořeným hradlem IC1C. Rychlost
se nastavuje trimrem P1. Směr otáčení se volí přepínačem S1. Informace o zvoleném směru jsou přivedeny na
dvojici hradel MOS4030-IC2 a dále na dva klopné obvody MOS4013-IC3A a IC3B. Jejich výstupy pak budí
čtveřici tranzistorů MOSFET IRFZ44 – Q1- Q4. Jedná se o typ s relativně malým odporem kanálu v sepnutém
stavu. Při spínání tak dochází k minimálním úbytkům napětí i při vyšších proudech.
Motor se připojuje do svorkovnic K2 a K3 – každá je pro jeden pár vinutí.
Napájení obvodu je na svorkovnici K1. Řídící elektronika je napájena napětím 8-12 V, které je stabilizováno
zenerovou diodou DZ1. Motory mají napájení nestabilizované.
Na obr.2. je rozmístění součástek, deska spojů a osazení.
V tab.1. je seznam součástek, pouzder a knihoven v programu Eagle.
10.3
Technologický postup:
a) Zkontrolujte dodané součástky. Doporučujeme jejich přeměření ( mimo IO ).
b) DPS osaďte propojkami a součástkami podle osazovacího plánu. Odpory osaďte
1,5 mm nad DPS.
c) Po zapájení všech součástek DPS očistěte lihem. Pozor! Při čistění se nesmí dostat kalafuna s lihem do patic
IO, konektorů a tlačítka.
d) Po kontrole a oživení proveďte měření (viz protokol) a výsledky zapište.
10.4
Oživení:
K oživení jsou potřebné tyto přístroje: laboratorní zdroj stejnosměrného napětí, osciloskop, měřicí přístroj
univerzální.
Pokud jsme pracovali pečlivě, mělo by oživení probíhat bez problémů. Řadič by měl pracovat bez závad – na
první zapojení. V opačném případě provést diagnostiku závad.
Po vizuální kontrole osazené DPS připojte krokový motor a pak DPS na napětí 12 Vss a kontrolujte odběr
proudu, otáčky, směr otáčení. Proud by se měl pohybovat v rozmezí 130 – 250 mA, dle otáček motoru.
Str. 25
10.5
Schéma:
Obr.1. Schéma zapojení
10.6
Seznam součástek:
Rezistory
Kondenzátory
Ostatní
R1
10k
C1,C2
100nF
K1
ARK500/2
R2
2,2Ω
C3
2,2µF
K2,K3
ARK500/3
R3
1k
C4
47µF
G1-G5
měř. špička
R4
470Ω
S1
P-B1720
P1
5k
Integr. obvody
Polovodiče
IC1
4093N
DZ1
BZX85V
IC2
4030N
Q1-Q4
IRFZ44
IC3
4013N
Str. 26
10.7
Návrh DPS:
Obr.2. Rozmístění součástek, deska spojů a osazení
Str. 27
10.8
Seznam součástek, pouzder a knihoven pro program Eagle
Part
Value
Device
Package
Library
Sheet
C1
100nF
C-EU050-024X044
C050-024X044
rcl
1
C2
100nF
C-EU050-024X044
C050-024X044
rcl
1
C3
2,2mikro
CPOL-EUE3.5-8
E3,5-8
rcl
1
C4
47mikro
CPOL-EUE2.5-7
E2,5-7
rcl
1
DZ1
8,2V
1,3W_BZX85V
PaJa_18
diode
1
F3
2,54/1,0
2,54/1,0
wirepad
wirepad
1
G1
2,54/1,0
2,54/1,0
wirepad
wirepad
1
G2
2,54/1,0
2,54/1,0
wirepad
wirepad
1
G3
2,54/1,0
2,54/1,0
wirepad
wirepad
1
G4
2,54/1,0
2,54/1,0
wirepad
wirepad
1
IC1
4093N
4093N
DIL14
40xx
1
IC2
4030N
4030N
DIL14
40xx
1
IC3
4013N
4013N
DIL14
40xx
1
K1
ARK500/2
ARK500/2
ARK500/2
PaJa_18
1
K2
ARK500/3
ARK500/3
ARK500/3
PaJa_18
1
K3
ARK500/3
ARK500/3
ARK500/3
PaJa_18
1
Q1
IRFZ44
IRFZ44
TO220V
transistor
1
Q2
IRFZ44
IRFZ44
TO220V
transistor
1
Q3
IRFZ44
IRFZ44
TO220V
transistor
1
Q4
IRFZ44
IRFZ44
TO220V
transistor
1
R1
10k
R-EU_0204/7
0204/7
rcl
1
R2
2.2Ω /5W
R-EU_0817/22
P0817/22
rcl
1
R3
1k
R-EU_0204/7
0204/7
rcl
1
R4
470
R-EU_0207/10
0207/10
rcl
1
R5
33/5W
R-EU_0817/22
P0817/22
rcl
1
P1
5k
TRIM_EU-LI10
LI10
pot
1
S1
P-B1720
P-B1720
switch2
switch2
1
Tab.1. Seznam součástek, pouzder a knihoven pro program Eagle
Str. 28
10.9
Postup měření na krokovém motoru:
1. Na přípravek pro měření na krokovém motoru připojte stejnosměrné napětí 12 V. Nastavujete frekvenci
spínání trimrem P1 a pro jednotlivé frekvence měřte otáčky krokového motoru (otáčkoměrem). Frekvenci
měřte pomocí osciloskopu, nebo měřiče frekvence. Nastavené a naměřené hodnoty zapisujte do tabulky.
2. Nastavte frekvenci trimrem P1 na 450 Hz a změřte otáčky motoru pro napájecí napětí
motoru 12 V, 14 V, a 16 V. Kontrolujte frekvenci. Naměřené údaje zapište do tabulky.
f [Hz]
U [V]
150
200
250
300
350
400
450
500
12V
12V
12V
12V
12V
12V
12V
12V
n [ot/min]
Nap.napětí
12 V
14 V
16 V
Otáčky/min
3. Osciloskopem zjistěte časové průběhy napětí (spínání jednotlivých vinutí) v měřících bodech G1-G4 (gate
Q1-Q2) v závislosti na frekvenci spínání-f. Zobrazené průběhy zakreslete.
f
G1
G2
G3
G4
Závěr:
Jméno : ……………………….….
Hodnocení : ………………….
Str. 29
11.
Ovládání posuvné brány
11.1
Úvod:
V dnešní době je již celkem běžné ovládat posuvné brány, popřípadě garážová vrata, pomocí elektrického
motoru. Toto je možné provést tlačítkem po drátovém vedení nebo pomocí dálkového ovládání.
K tomuto účelu je navrženo následující zapojení. Snahou bylo použít co nejvíce komponentů, které byly
po ruce, jako transformátory, usměrňovače, relé, jazýčkové spínače ovládané magnetickým polem a další
součástky. Motor je použit starší, dvanácti voltový, ze stěračů.
Na druhé straně se v podstatě vše dá koupit za rozumné peníze například v prodejně GM.
11.2
Schéma:
Obr. 1. Schéma zapojení
Str. 30
11.3
Popis zapojení:
Zapojení obr.1. je napájeno přes konektor X3 střídavým napětím 230V/50Hz. Z důvodu menší spotřeby el.
energie v klidovém stavu, jsou použity dva transformátory. Transformátor TR1 napájí pouze motor pro posun
brány. Menší transformátor TR2 napájí ostatní obvody. DPS je také osazena konektorem X2 pro možnost
napájení z externího zdroje.
V zapojení je použito tlačítko Tl 1, spínač S1 ( nahrazuje sepnutí koncových kontaktů K1, K2 ) a leddiody D4 –
D6, pomocí kterých je možno simulovat činnost zařízení ( směr otáčení motoru ). Nejdůležitější částí zapojení je
naprogramovaný obvod IC3 - PICAXE 14M, který řídí obvod IC1 – L 6202, ten obsahuje čtveřici spínaných
tranzistorů v můstkovém zapojení. Takto je možno ovládat směr otáčení elektromotoru nebo jeho zastavení.
Úbytkem napětí na rezistoru R13 by bylo také možné omezit maximální proud motorem, popřípadě zastavení
motoru nebo změnit směr otáčení. V našem případě je velikost R13 nulová, proto tato funkce není využita.
Směr otáčení indikují leddiody D4 a D5. Motor se připojí na konektor X4. Kontakty K1, K2, které jsou připojeny
na konektor X1, je možno realizovat koncovými spínači nebo raději pomocí magnetu a jazýčkového kontaktu.
Zařízení je možno spustit pomocí tlačítka nebo nejlépe dálkovým ovládáním třeba od firmy Jablotron.
Naprogramování PICAXE 14M:
Programování procesoru PICAXE je zvoleno proto, že jej může v podstatě naprogramovat i ten, pro koho není
programování zrovna koníčkem. Tyto vycházejí z procesorů PIC vyráběných firmou Microchip, do nichž byl ve
výrobě vložen speciální zaváděcí program a přeprogramována celá řada užitečných funkcí. Zaváděcí program
dovoluje přeprogramování uživatelského programu z PC bez použití programátoru. Stačí jen kabel k sériovému
portu PC. PICAXE lze přeprogramovat asi 100 000x. Informace lze najít na stránkách www.hobbyrobot.cz nebo
na www.rev-ed.co.uk/picaxe.
11.4
Popis činnosti:
Sepnutím vstupu na zem ( konektor X5) nebo sepnutím tlačítka Tl1 dojde ke spuštění programu v IC3. Sepne se
přes tranzistor T1 relé KA1. Toto přes spínací kontakt připojí primár transformátoru TR1 na 230 V. Dojde
k připojení napětí na IC1 (L 6202) , přes diodový můstek a pojistku F2. Dle stavu kontaktů K1, K2 (stav brány –
otevřena – zavřena) je přivedena kombinace log. nuly a log. jedničky na vstupy IN1, IN2 obvodu IC1. Současně
musí být log.1 na vstupu ENABLE. Tento vstup se dá využít k blokování pohybu motoru. Pokud je brána
zavřena, motor se roztočí dle programu tak, aby se brána začala otvírat a naopak. Po sepnutí koncového
kontaktu program motor zastaví. Motor se také zastaví po uplynutí naprogramovaného času pro případ
poruchy.
Str. 31
11.5
Návrh DPS:
Obr.2. Deska spojů a součástek
Obr.3. Rozmístění součástek
Obr.4. Deska spojů, propojek
Str. 32
11.6
Seznam součástek:
Part
Value
Device
Library
Sheet
B1
B2
C1,C2
C3
C4
C5,C6
D2
D4
D5
D6
D7
F1
F2
IC1
IC2
IC3
KA1
T1
R1
R2
R3,R4,R7,R11
R5.R6
R8,R9,R10
R13
S1
TR1
TR2
TL1
X1
B250C5000
RB1A
100n
220n
470µF/25V
2,2mF/25V
1N4004
L-3MM2MA/G
L-3MM2MA/G
L-3MM2MA/G
L-3MM2MA/G
SHK20L
SHK20L
L6203
78M05
PICAXE14M
G5LE12
BC548
33k
6k8
1k
10k
3k3
0
DIP02YL
TRHEI382-1X12
TRHEI201-1X12
P-B1720
AK500/3
RS-5
RB1A
C-EU025-024X044
C-EU050-025X075
CPOL-EUE3.5-8
CPOL-EUE5-13
1N4004
LED3MM
LED3MM
LED3MM
LED3MM
fuse
fuse
L6203
78XXL
DIL14
G5LE
BC548
0207/10
0207/10
0207/10
0207/10
0207/10
0207/15
switch-dil
EI38-1
EI20-1
switch2
con-ptr500
diod.mustky
diod.mustky
rcl
rcl
rcl
rcl
diode
LED diody
LED diody
LED diody
LED diody
fuse
fuse
st-micro
stabilizatory
ic-package
rele
transistor-npn
rcl
rcl
rcl
rcl
rcl
rcl
switch-dil
transformatory
transformatory
switch
con-ptr500
1
1
2
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
4
2
3
1
1
1
1
1
1
X2,X3,X4,X5
AK500/2
con-ptr500
con-ptr500
4
Tab.1. Seznam součástek
V tabulce 1 je seznam součástek, které je možno zakoupit v prodejně GM Electronic. V seznamu není uveden
motor a jazýčkové magnetické spínače.
Na obrázcích 2 až 4 je deska spojů, rozmístění a osazení součástek.
Str. 33
12.
Seznam použité literatury:
[1] Velleman [online]. [cit. 2014-06-09]. Dostupné z: http://www.velleman.eu/downloads
[2] Laserová závora [online]. [cit. 2014-06-09]. Dostupné z: http://www.flajzar.cz/ostatni-7/laserova-zavorapro-vnitrni-pouziti.htm
[3] Z archívu autorů Jiřího Skoupého a Dušana Kupky
Zpracoval kolektiv autorů SŠ TEGA Blansko
Jiří Skoupý
Dušan Kupka
Ing. František Valášek
Str. 34