Фото-реле на ATTiny13

Автор: maddiego
Опубликовано 16.12.2016
Создано при помощи КотоРед.

Предлагаю вашему вниманию свою фото-задумку в области автоматики

Немного лирики

Так получилось, но я затеял ремонтные работы у себя дома, и мне понадобилась система автоматического управления освещением, которое должно выключаться днём и соответственно включаться ночью. Решил я поискать на просторах Интернета подобные наработки и т.к. я фанат AVR контроллеров , не нашёл что либо подходящего для моих нужд.

А мне нужна была простая система, которая замеряла бы уровень света, переключала освещение относительно дневного/ночного времени суток и имела бы таймер задержки переключения реле.
И так родился данный проект, фото-реле на сравнительно небольшом МК Tiny13. Возможно знатоки схемотехники найдут в моём проекте недочёты или попросту скажут «зачем городить огород из МК, когда всё можно собрать на транзисторах и прочей рассыпухи», я с ними соглашусь, ведь мой проект направлен на развитие именно цифровой сферы в области электроники.

Принцип работы

Схема имеет собственный блок питания, построенный из конденсаторов C1,C2, резисторов R1,R2, стабилитрона D1 и диодного моста BR1. На стабилитроне получается напряжение 9,1В, которое на 2В выше, чем минимальное допустимое, для нормальной работы, напряжение стабилизатора 78L05 и достаточное для работы реле (хоть и номинальное напряжение катушки у него 12В, об этом позже). Диод D3 служит защитой стабилизатора, ёмкости C3,C4,C5 являются его обвеской как требует даташит. Транзистор Q1 управляет реле, диод D2 защищает транзистор от катушки реле RL1, а резистор R4 ограничивает базовый ток, идущий от контроллера. Ёмкости C6,C7,C8 сглаживают шумы на линии, ведь они подключены к АЦП. Подстрочные резисторы «LUX» и «TIME», служат для настройки порога срабатывания реле в зависимости от освещённости и регулировки задержки данного срабатывания от 1 секунды до 29 минут. Резистор R5 необходимо подбирать в зависимости от типа фоторезистора, которым является «SENS» на 500к. Суть подбора в том, что бы получить напряжение на ножке 7 контроллера близкое к 2,5В, при уровне освещения, в которое необходимо произвести включение реле.

С цепью питания пришлось повозиться. Дело в том, что максимально допустимый ток через стабилитрон D1 составляет 31мА, если его мощность равна 1Вт. При этом потребляемый ток реле вместе со стабилизатором напряжения U2 и контроллером U1, должен составлять не более 30мА при условии что входное напряжение сети не всегда будет 220В, возможно и 235В и 190В. Так вот, к чему я пришёл, установив ёмкость C1 именно на 0,47 мкФ, ток через стабилитрон составлял 20мА при уровне входного напряжения 200В, и 22мА при 220В, что следует, стабилитрон D1 выдержит ток до 240В и даже 300В, в теории, конечно же. Что касается реле, проведя опыты, я выяснил что реле срабатывает при напряжении 6,9В и токе 18мА, а отпускание катушки происходит аж при 2В! В свою очередь, стабилизатор U2 имеет собственное потребление тока в 5мА, которое увеличивает на 2мА от Tiny13. В итоге мы получаем общий требуемый ток в 25мА, что немного превышает возможности блока питания, однако недостающий ток компенсируется небольшим падением напряжения, в зависимости от уровня входного напряжения. Другими словами, на практике я видел картину, как на входе было напряжение 190В, при включении реле, падение напряжения на стабилитроне было 7,2В, а стабилизатор 78L05 работал как положено (даже в случае если напряжение упадёт, допустим, до 4В, контроллер U1 сможет и дальше функционировать, до падения напряжения на уровень 2,7В).

Программа для контроллера была написана на языке Си в CodeVision AVR 3.12. Занимает 100% его ОЗУ и 98% флеш памяти. Помимо функции контроля реле, в МК вложен программный UART, который отправляет раз в секунду на скорости 9600 символов, данные о статусе системы.
Например:

LUX 601/518 OFF
Time 15m

Первая строка означает что свет, который видит фоторезистор, составляет 601 единицу АЦП из 1023, а порог, который выставлен резистором «LUX» составляет 518 единиц АЦП из 1023. Следовательно, сейчас день и слово «OFF» говорит о том, что МК ждёт ночи. Если же, будет надпись «ON», то таймер задержки срабатывания реле запущен и вскоре реле включится. Не трудно догадаться, что «Time 15m» говорит об остатке минут до срабатывания реле. UART работает на скорости 9600 символов в секунду, имеет 8 битов и 1 стоповый бит, без контроля чётности.

ВНИМАНИЕ! Подключение любого терминала или компьютера или любого устройства к UART выходу МК, должно производится, только через оптрон или трансформатор или любой другой компонент, который обеспечит гальваническую развязку между схемой фото-реле и терминалом. Данный выход предназначен только для отладки устройства, при его сборке и питания в 5В от программатора!

ВНИМАНИЕ! При включении схемы, не касайтесь, каких либо её частей, т.к. блок питания не имеет гальванической развязки с электросетью! Все настройки проводить либо при полном отключении питания схемы от электросети, либо в специальных резиновых перчатках, соблюдая технику безопасности при работе с электросетью.

Примечания

Наладка устройства заключается лишь в подборе делителя напряжения R5 и «SENS».

Во время работы, резистор R2 нагревается до 40 градусов, это нормально.

Корпус баночки я нашёл в хоз. магазине, в которой лежали таблетки хлорки, подойдёт любой другой корпус, желательно с матовым покрытием для рассеивания прямых локальных лучей света, которые могут мешать работе фото-реле.

Установку устройства производить в дали от источника света, которым управляет данное фото-реле, иначе оно попросту будет выключаться от самого себя.

Далее предлагаю посмотреть на фотографии и ознакомиться со всеми файлами проекта (исходный код на CVAVR, проектом в Proteus v8.4 SP0 и печаткой в SprintLayout v6.0).

Вроде бы всё, всё остальное как обычно на форум.

Файлы:
Все файлы проекта

Все вопросы в Форум.

Эти статьи вам тоже могут пригодиться:

Надежное фотореле специально для начинающих.

Фотореле на TL431

Сумеречный выключатель освещения, на микросхеме NE555 + симистор.