Техническое задание
Разработать системууправления освещением при помощи любого пульта дистанционного управления отбытовой аппаратуры. Необходимым условием является то, что для включениянагрузки необходимо, чтобы кнопка на пульте была нажата в течение времени более2 сек. Дальность действия данного устройства должна быть не менее 5 метров.
Аннотация
Приведены этапыразработки и расчет параметров схемы системы управления освещением при помощилюбого пульта дистанционного управления от бытовой аппаратуры. Также указаныпараметры оптических приборов, используемых в данном устройстве. В работеприсутствует рассчитанная и полностью рабочая принципиальная схема данногоустройства.
Работа содержит 5 страници 5 рисунков.
Ключевые слова: дистанционноеуправление, пульт, управление освещением.
The Summary
Developmentcycles and calculation of parameters of the scheme of a control system byillumination by means of any remote control from the household equipment areresulted. Also parameters of the optical devices used in the given device arespecified. At work there is calculated and the completely working basic schemeof the given device.
The projectcontains 5 pages and 5 drawings.
Keywords:remote control, the board, management of illumination.
Оглавление
Техническое задание
Аннотация
The Summary
Введение
1. Анализ технического задания
2. Описание разработки прибора
3. Параметры оптических приборов,используемых в проекте
3.1. Электрические характеристикиреле КР293КП4В
3.2. Тепловые характеристики реле
3.3. Выходная емкость реле ввыключенном состоянии
3.4. Напряжение изоляцииреле
3.5. Характеристикифотодиода ФД263-01
Введение
Привычной частьюсовременного телевизора, видеомагнитофона, спутникового тюнера или музыкальногоцентра является пульт дистанционного управления (ДУ) на ИК-лучах. Таким пультомможно также управлять и освещением с помощью небольшой приставки. При этомнажимается одна из кнопок (редко используемых). Данное устройство позволяет слюбого пульта ДУ на расстоянии до 5 м включать и выключать нагрузку, напримеросвещение.
Обычно для управленияработой телевизора приходится держать нажатой кнопку пульта не более 1 с.Разработанное устройство выполняет переключение нагрузки, если кнопка на пультенажата в течение времени более 2 с. Этот алгоритм выделения команды дляуправления переключением позволяет значительно упростить электрическую схему исвести к минимуму финансовые затраты.
1. Анализ технического задания
Так как припроектировании данного устройства подразумевается, что передатчикомИК-импульсов будет являться пульт дистанционного управления от любого бытовогоприбора, который уже представляет собой готовое законченное устройство, то припроектировании схемы мы не будем учитывать схемотехнику передатчика, а обратимособое внимание лишь на приемную часть. В данном случае структурная схемаразрабатываемого устройства будет иметь следующий вид (рис. 1)./> /> /> /> /> /> /> /> />
Передатчик ИК-импульсов /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Рис.1 Структурная схемаустройства.
При управлении мощнойнагрузкой, такой, как электрическая лампа, зачастую применяют электромагнитныереле. Однако, рассмотрев специфику работы данного устройства (частые включенияи выключения прибора), было принято решение об отказе от использования данногоэлемента в принципиальной схеме. Это обусловлено низкой надежностью самогореле: при длительной и частой работе с мощной нагрузкой его контакты зачастуюподгорают, что приводит к нечеткому срабатыванию устройства и, в конечномсчете, к полному выходу его из строя. Управляя нагрузкой с мощностью до 200-300Вт возможно перейти к бесконтактной схеме – с использованием тиристора илисимистора в качестве силового элемента управления лампой.
Учитывая тот факт, что впроцессе эксплуатации совместно с прибором могут применяться различные пультыДУ, имеющие разное соотношение между длительностью кодовой посылки иинтервалом, для четкого срабатывания устройства учтена возможность егоподстройки под конкретный передатчик путем изменения параметров одного изэлектронных компонентов схемы приемника.
В целях упрощенияпринципиальной схемы прибора, в качестве приемника можно взять любую из типовыхсхем, применяемых в телевизорах для ДУ.
При анализе техническогозадания учтено требования простоты практической реализации схемы и сведены кминимуму финансовые затраты при изготовлении данного устройства.
2. Описание разработки прибора
Устройство состоит изприемника ИК-импульсов (см. рис. 2), и блока управления (см. рис. 3). Вкачестве приемника можно взята одна из типовых схем, применяемых в телевизорахдля дистанционного управления.
/>
Рис.2 Принципиальнаясхема приемника ИК-импульсов.
Приемник ИК-импульсовпредставляет собой многокаскадный усилитель, который формирует на своем выходепрямоугольные импульсы кодовой посылки передатчика, которая поступает на еговход (база транзистора VT2) сфотодиода VD1. В данной схеме транзистор VT1 выполняет функцию стабилизаторанапряжения для фотодиода VD1.При попадании на фотодиод ИК-импульсов от пульта дистанционного управления, егообратный ток меняется по тому же закону, что и в передатчике. Таким образом, набазе VT1 формируются пачки импульсов,которые в дальнейшем усиливаются последующими каскадами. Таким образом, навыходе приемника мы получаем прямоугольные импульсы кодовой посылки.
При проектировании даннойсхемы использовался пакет MicroCap 7.14. Результаты, полученные в результате моделирования в даннойпрограмме, приведены на рис.2 и рис.3. Как видно из графика переходныхпроцессов, в точке “out” мы получаемпрактически неискаженные прямоугольные импульсы, что говорит о высокойэффективности данной схемы.
Так как в пакете MicroCap отсутствует элемент «фотодиод», топри выполнении моделирования он был заменен его эквивалентной схемой,представляющей собой параллельно соединенные источник тока I1, диод VD2 и конденсатор Cpn. Емкость Cpn – это емкость pn-перехода фотодиода, она взята изсправочника и равна 160 пФ.
/>
Рис.3 Принципиальнаясхема приемника ИК-импульсов в пакете MicroCap.
/>
Рис.4 Результат анализапереходных процессов в среде MicroCap.
Принципиальная схема узлауправления приведена на рис.5. Он собран на трех КМОП микросхемах и состоит изформирователя широких импульсов (D1.1), селектора двухсекундного временного интервала(D1.2) и двоичных счетчиков на элементах триггеров D2...D3. Кнопки SB1 и SB2позволяют включать и выключать нагрузку без пульта ДУ.
/>
Рис.5 Принципиальнаясхема блока управления.
Индикатором срабатыванияпоследнего триггера (D3.2) является свечение светодиода HL1. Оптронный ключ VS1обеспечивает электрическую развязку блока управления от сети 220 В, чтопозволяет получить хорошую устойчивость схемы к помехам.
На рис.6 приведеныдиаграммы напряжений в контрольных точках, поясняющие работу блока управления.В начальный момент подачи питания на схему, цепь из элементов C4-R5обеспечивает установку триггера в D3.2 в исходное состояние (лог. «0»на выходе 1). При нажатой кнопке на пульте ДУ из приходящих пачекимпульсов на входы элементов D1.1 и D1.2 формируются более широкие. ТриггерD1.2 через 2 сек. обеспечивает установку счетчиков D2, D3.1 в исходноесостояние, т.е. формирует импульс обнуления на выходе D1 (вывод 12).
/>
Рис.6 Диаграммынапряжений в контрольных точках.
Схема устройстванекритична к выбору деталей и их номиналы могут отличаться от указанных на 30%.Все постоянные резисторы применены типа МЛТ, подстроечный R1 — типа СП4-1.Неполярные конденсаторы типа К10-17, электролитические СЗ и С5 (для приемникаС1, С2 и С5, С6) типа К53-16. Диоды КД522 можно заменить любыми импульсными.Стабилизатор напряжения D4 (импортный аналог 78L12) заменяется болеераспространенным из серии КР142ЕН8Б. Трансформатор Т1 типа ТП112-8-1, но такжеподойдет любой из тех, что применяется в отечественных телевизорах для питанияв дежурном режиме или любой другой сетевой трансформатор с напряжениемвторичной обмотки — 15...20 В, и током не менее 10 мА.
В случае отказа отиспользования оптрона в блоке управления, оконечный каскад управления лампойможно выполнять на обычном симисторе по схеме, показанной на рис. 7.
/>
Рис.7 Возможный вариантсхемы оконечного каскада.
При подключении вместооптронного ключа симистора, импульсный трансформатор Т2 выполняется наферритовом кольце типоразмера К16х10х4 мм марки М4000НМ1 или М2000НМ проводомПЭЛШО диаметром 0,18 мм и содержит в обмотке 1 — 80 витков, 2 — 60 витков.
Приставка проверена вработе с пультами ДУ от импортных телевизоров и спутниковых тюнеров разных фирм— LG, SAMSUNG, SONY, GENERAL SATELLITE, TRICOLOR-TV DR-4000, HUMAX,AVERMEDIA, DREAM MULTIMEDIA. Но так как у каждого пульта своесоотношение между длительностью кодовой посылки и интервалом, для четкогосрабатывания переключения может потребоваться подстройка схемы резистором R1(или подбора номинала конденсатора С1).
3. Параметры оптических приборов, используемых в проекте
3.1 Электрические характеристики реле КР293КП4В
Основные характеристикипри Т=25º С
Название прибора:КР293КП4В (5П14.2В)
Назначение: Двухканальныйоптоэлектронный коммутатор постоянного тока
Максимальный токкоммутации: 120 А
Максимальное напряжениекоммутации: 400 В
Максимальное выходноесопротивление в открытом состоянии: 18 Ом
Тип корпуса: 8LDIP8
Аналог: К294КП10ВП7
Твердотельные реле всехтипономиналов серии КР293 унифицированы по входным характеристикам, которыеопределяются параметрами используемого в приборе светоизлучающего диодаинфракрасного диапазона. Зависимость величины прямого входного напряжения Vвх ивыходного сопротивления Rвых от уровня входного тока в диапазоне температурприведены на рис. 8 и 9, соответственно.
/>
Рис.8
/>
Рис.9
Следует отметить, чтоуменьшение входного тока относительно номинального значения кроменепосредственного увеличения выходного сопротивления приводит также к широкомуразбросу значений этого параметра, в то время как завышение входных токовпрактически не дает сколь-нибудь заметного улучшения статических характеристикприбора.
Используя реле длякоммутации аналогового сигнала в линейных схемах следует учитывать, чтовыходная вольт-амперная характеристика прибора нелинейна вне диапазона выходныхнапряжений -0.7 ...0.7 В, как это показано на рис.10. из-за шунтирующегодействия встроенного диода сток-исток МОП-транзисторов.
/>
Рис.10
Величина входного токаоказывает заметное влияние на динамические параметры твердотельного реле. Изприведенного рис.11 видно, что не следует работать на входном токе ниженоминального. В тоже время необходимо учитывать, что микросхемы серии КР293сохраняют высокие показатели надежности, если средний входной ток не будетпревышать 20 мА.
/>
Рис.11
3.2 Тепловые характеристики реле
Твердотельное релеявляется полупроводниковым прибором, который сохраняет свои функциональныевозможности и высокий уровень надежности, если рабочая температура p-nперехода, Tп, не превышает 125°С. Тепло к микросхеме может подводиться как изокружающей среды, температура которой Tс, так и в результате тепловыделения всамом приборе в результате резистивного нагрева главным образом в выходныхцепях прибора при протекании тока.
Степень перегрева p-nперехода определяется величиной, так называемого, теплового сопротивлениякристалл — окружающая среда, Rк-с, которое для всех типономиналов микросхемсерии КР293 составляет 60°С/W. Допустимая мощность Po(T), которую можетрассеять прибор при данной температуре, определяется следующим соотношением:
Pо(Tс) = ( Tп — Tс ) /Rп-с (1)
Таким образом, используязависимость выходного сопротивления прибора в открытом состоянии оттемпературы, можно определить допустимый средний рабочий ток нагрузки призаданной температуре окружающей среды. Так как,
P(Tс) = (Iвых)2 *Rвых(Tп) (2), то из (1) и(2) получим:
Iвых = ( Tп — Tс ) / Rп-сRвых(Tп) 1/2 (3)
3.3 Выходная емкость реле в выключенном состоянии
Эта емкость по сути естьемкость обратно смещенного диода сток-подложка МОП-транзистора в состоянии,когда через светодиод не протекает возбуждающий ток. Очевидно, что эта емкостьобеспеспечивает нежелательное прохождение переменного сигнала в нагрузку когдареле выключено. Для снижения выходной емкости прибора используется свойствоуменьшения баръерной емкости диода при увеличении обратного смещения наp-n-переходе. Смещение должно подаваться на один из выходных контактов реле,при этом напряжение смещения и максимальная амплитуда переменного сигнала всумме не должны превышать предельно-допустимого напряжения на выходе прибора ввыключенном состоянии.
3.4 Напряжение изоляции реле
Параметр реле«напряжение изоляции» характеризует способность реле выдерживатьприложенное между входом и выходом испытательное напряжение 1500 В в течениеодной минуты. Контролируемым параметром является ток утечки, который не долженпревышать 10 мкА. В процессе производства осуществляется 100% контроль приборовна устойчивость реле при приложении напряжения изоляции 1800 В в течении 5секунд. Величина напряжения изоляции 1500 В достаточна для большинствапромышленных применений реле, где напряжение питающей сети не превышает 220 В.Для применений, связанных с повышенными требованиями к надежности иэлектробезопасности оборудования (медицинская техника, энергетика) выпускаетсягруппа с напряжением изоляции 4000 В. Надо особо отметить, что напряжениеизоляции есть испытательное напряжение, прикладываемое к прибору на короткоевремя и производитель не гарантирует длительное нахождение прибора под этимнапряжением.
3.5 Характеристики фотодиода ФД263-01
/>
Рис.12 Внешний вид иусловное обозначение фотодиода ФД-263-01.
Выпускаются ФД-263-01 впластмассовом корпусе. Масса не более 2 г. Используются в фотоэлектронныхустройствах.
Материал: кремний
Площадьфоточувствительного элемента 9 мм2.
Электрические ифотоэлектрические параметры.
Интегральная токоваячувствительность: 4 мА/лм
Номинальноеэксплуатационное напряжение: 12 В
Темновой ток, не более:0,1 мкА
Постоянная времениприемника излучения, не более: 0,02 мкс
Область спектральнойчувствительности: 0,4...1,1 мкг
Предельныеэксплуатационные данные.
Рабочее напряжение: 30 В
Освещенность рабочая: 10000 лк
Минимальная наработка:10000 ч
Срок сохраняемости: 10лет
Диапазон рабочейтемпературы окружающей среды: -50… .+60 °С