Автомат управляет освещением

Часто, уходя из комнаты на длительное время, оставляют включенным никому не нужное освещение. Случается, что свет (да и не только свет!) просто забывают выключить. Так слагаются киловатт-часы впустую растраченной электроэнергии. Снизить подобные потери электроэнергии поможет электронный автомат, который описан здесь.

Это устройство автоматически включает освещение, когда в комнату (или служебное помещение) входит первый человек, и выключает, после ухода последнего. Структурная схема автомата изображена на рис. 1.

Он состоит из фотореле, в которое входят инфракрасный (ПК.) излучатель и два приемника излучения, узла определения направления движения проходящих в зоне действия автомата людей, реверсивного счетчика и ключевого устройства, коммутирующего осветительную лампу (или лампы) в помещении.

Передатчик ИК излучения (рис. 2) состоит из генератора импульсов низкой частоты, собранного на логических элементах DD1.1—DD1.3, инвертора DD1.4 и усилителя тока на транзисторе VT1, нагруженном светодиодом VD1. Светодиод излучает ИК импульсы, следующие с низкой частотой. Оба приемника фотореле совершенно одинаковы. Схема одного из них показана на рис. 3.

Фотодиод VD1 преобразует ИК импульсы в напряжение низкой частоты, выделяющееся на резисторе R1. Через фильтр C1C2R2R3 сигнал поступает на неинвертирующий вход ОУ DA1, который способен даже при напряжении питания 2х5 В обеспечить усиление сигнала до 3 В. Диод VD2 детектирует усиленные колебания низкой частоты, а транзистор VT1 и триггер Шмитта DD1.1 формируют импульсы с уровнем логического 0, которые подводят к соответствующему входу узла определения направления движения.

Светодиод передатчика крепят на косяке двери на высоте 70...80 см от пола. Фотодиоды обоих приемников фотореле располагают на противоположном косяке на расстоянии 60...100мм один от другого и обязательно на одной горизонтали, перпендикулярной направлению на ИК излучатель. Нужно добиться, чтобы светодиод освещал оба фотодиода примерно одинаково. Каждый входящий в помещение будет перекрывать собой сначала фотодиод одного приемника, затем второго, а при выходе — наоборот. При этом на выходе приемников в соответствующей очередности появится сигнал логического 0, по которой следующий узел автомата определит и зафиксирует направление движения человека в зоне датчика.

Узел определения направления движения (рис. 4) собран на микросхемах DD1—DD3. В исходном состоянии с выхода приемников на вход инверторов DD1.1, DD1.2 поступает напряжение, соответствующее уровню 1. Поэтому триггеры DD3.1 и DD3.2, а также выходные элементы DD1.3 и DD1.4 находятся в единичном состоянии.

Предположим, что человек, входящий в комнату, перекрывает сначала фотодиод приемника 1, а затем 2. В такой же последовательности появится уро вень 0 на входе инверторов DD1.1 и DD1.2 узла определения направления движения. При такой последовательности входных сигналов на выходе элемента DD1.3 сформируется отрицательный перепад напряжения, который поступает на вход +1 реверсивного счетчика DD4. Элемент DD1.4 останется в состоянии 1. С выходов счетчика DD4 уровень 1 через элемент ИЛИ, образованный диодами VD1 - VD4, окажется приложенным к входу электронного ключа, и он включит лампу освещения.

При выходе из комнаты последовательность управляющих сигналов приемников обратна. В этом случае импульс с уровнем 0 с выхода элемента DD1.4 поступит на вход 1 реверсивного счетчика DD4, переключит счетчик в нулевое состояние и электронный ключ выключит осветительную лампу.

Реверсивный счетчик DD4 выполняет операцию суммирования и вычитания импульсов, соответствующих числу входящих в помещение и выходящих из него. Каждый входящий увеличивает состояние счетчика, а каждый выходящий уменьшает на единицу. Автомат с одним счетчиком К155ИЕ6 (DD4) способен “сосчитать” девять вошедших. Приход десятого переполняет счетчик, на его выходах 1, 2, 4 и 8 появляется уровень 0, а на выходе => 10 импульс низкого уровня.

Если счетчик К155ИЕ6 заменить на К155ИЕ7, то автомат будет считать до 15. Два счетчика К155ИЕ6 (DD4 и DD5), соединенные последовательно, позволяют считать до 99. Кнопкой SBI автомат устанавливают в исходное состояние.

Электронный ключ, обеспечивающий двуступенное включение осветительной лампы, собран на тринисторах VS1, VS2. Сигнал положительной полярности, поступающий с выхода реверсивного счетчика, усиливает по току транзистор VT1. Усиленный сигнал открывает тринистор VS1, при этом загорается и горит вполнакала лампа Е1.1, поскольку через нее протекают только однополярные полупериоды сетевого напряжения.

Одновременно начинает заряжаться конденсатор С1 (через диод VD9, резистор R4 и открытый тринистор VS1). Спустя 2...3 с, когда конденсатор зарядится до порога открывания трини-стора VS2, он откроется и лампа загорится полным накалом. Стабилитрон VD10 ограничивает напряжение на конденсаторе С1. При поступлении на вход электронного ключа напряжения, соответствующею логическому 0, транзиcтop VT1 и тринистор VS1 закрываются и лампа перехолит на режим горения вполнакала. Чepeз несколько секунд закроется тринистор VS2, и лампа погаснет.

Если мощность осветительной лампы (или ламп люстры) превышает 300 Вт, трннисторы следует устанавливать на теплоотводы с поверхностью охлаждения не менее 300 см2.

Антомат питается от двуполярного стабилизированного источника постоянного тока напряжением 2х5 В. Потребляемый от источника ток по плюсовому плечу не превышает 300 мА, а по минусовому - 30 мА.

Автомат можно дополнить индикационным табло, указывающим число людей, находящихся в помещении. Цифровые индикаторы подключают к ныходам 1, 2, 4, 8 счетчиков DD4, DD5 через дешифраторы.

В автомате можно применить фотодиоды ФД-8К, ФДК-155, светодиоды серий АЛ106, АЛ115, АЛ118, АЛ 119. Вместо КТ315Б могут быть использованы любые маломощные и средней мощности кремниевые транзисторы структуры n-р-n, например, серий КТ325, КТ603, КТ604. Вместо ИМС серии К155 можно использовать микросхемы серии К555. Диод Д209 можно заменить на Д226Б, диоды Д223В - на КД509А.

Налаживание приемника состоит в установке номинального тока через светодиод подборкой резистора R3. В приемниках фотореле следует тщательно подобрать конденсатор С3 и резисторы R5, R6, добиваясь наилучшей фильтрации продетектироваиного низкочастотного сигнала при хорошей крутизне фронта и спада управляющего сигнала. Номиналы этих элементов зависят от коэффициента усиления ОУ DA1 и от расстояния между светодиодом и фотодиодами.

Правильно смонтированный из заведомо исправных деталей узел определения направления налаживании не требует. В электронном ключе подбирают резистор R4 таким, чтобы тринистор VS2 открывался через желательный промежуток времени (например 3 с) после открывания тринистора VS1. При первом включении ламп освещения после длительного перерыва тринистор VS2 может открываться через 7...10 с; это связано с временным увеличением тока утечки конденсатора С1.

В. ЛЕМКЕ
РАДИО № 12, 1986 г