Миниатюрный таймер отключения для настольной лампы

Автор: axillent
Опубликовано 27.02.2014
Создано при помощи КотоРед.

Вводная

У этого устройства сложилась небольшая предыстория. Одна из задач которую решает автоматизация домашнего освещения просто может быть названа так - "Уходя гасите свет!". Ну то есть если домочадцы что-то забыли выключить, это должна сделать автоматика. Одно дело автоматизировать стационарный свет, другое когда речь идет о мобильном освещении. Встраивать управляемые реле в настольные лампы мне показалось избыточным. Это с одной стороны. Решено было ограничиться таймером отключения - спустя заданное время лампа отключается и чтобы ее снова включить, надо выключить и включить ее снова.

С другой стороны - для встраивания в светильник даже самого простого устройства нужен очень компактный дизайн. В первую очередь вопрос возникает по низковольтному питания МК. И так, начнем с питания.

Питание МК

Даже самые компактные импульсные блоки питания с гальванической изоляцией от сети имеют приличные габариты. Фокус был сделан на подбор решения без гальванической развязки. отсутствие развязки не является критичным по той причине, что опасность поражения током возникает только во время наладки устройства, но при правильной установке она исключена на всем сроке использовании светильника.

Вариантов схем мне удалось найти не так много. Условно их можно сгруппировать в три типа.

Первый - "конденсаторный". Основной его принцип работы - гашение излишков напряжения. Вариаций существует несколько, но везде это комбинация последовательного (конденсаторами, резисторами, транзисторами) или параллельного (стабилитронами, динисторами/тиристорами/симисторами) гашения излишков. Это всегда смесь гашения активного и реактивного. Без реактивного (конденсаторами) гашения пришлось бы гасить существенную мощность с большими потерями и нагревом. Без активного гашения не возможно стабилизировать напряжение при изменениях напряжения сети и токов потребления нагрузки. Безусловное достоинство таких схем - простота и доступность для повторения. Но в нашем случае габариты все равно великоваты. Пленочный гасящий конденсатор с высоким рабочим напряжением великоват для нашей задачи. Ищем дальше.

Второй - "импульсный преобразователь". Если не изобретать велосипед, то можно взять специальную микросхему из линейки LNK302/LNK304/LNK306. Я уже использовал эту схему в нескольких устройствах и она показала себя с самой лучшей стороны. Это пожалуй самый эффективный преобразователь из бестрансформаторных. Все у него хорошо - и широкий диапазон входных напряжения и незначительный нагрев с возможностью получить в нагрузке мощность до нескольких ватт, все кроме одного - ему тоже требуются габаритные высоковольтные конденсаторы. Не обязательно пленочные, но как минимум электролитические с рабочим напряжением 400в и выше. В общем вывод - не подходит.

И третий - "интегрирующий ключевой". Название не однозначное, но цели дать правильное название в этой статье не стоит. Назвал я так его потому, что в таких блоках питания используется ключ и низковольтный конденсатор. Ключ открывается на ту часть полупериода когда напряжение не превышает нужное пороговое и за это время конденсатор заряжается, когда напряжение полу-волны возрастает, ключ закрывается и нагрузка начинает питаться от разряжаемого конденсатора. Вариантов в сети я нашел всего два. Интересно это описано здесь. Из всего перечисленного самым-самым компактным получился вариант третьего типа на микросхеме SR037/SR036.

SR037/SR036 - позволяют получить питание МК прямо от сети 5В (SR037) или 3.3В (SR036). Схема содержит в минимуме всего 5 деталей! Это диодный мост, сама микросхема, высоковольтный MOSFET в качестве ключа, интегрирующий конденсатор с рабочим напряжением до 25В-35В и сглаживающий конденсатор в цепь стабилизированных 5В/3.3В. Самая крупная деталь в этой схеме - электролитический конденсатор, но даже с учетом его размера схема удовлетворяет условиям задачи.

Микросхема редкость. Видимо она не очень удовлетворяет современным требованиям экологии (есть подозрение, что снята с производства), все же ее эффективность хуже чем у импульсного преобразователя, но тем не менее ее все еще можно купить. Сложнее оказалось с ключевым транзистором. По даташиту рекомендован VN2460N8. Найти это транзистор мне не удалось ни "здесь" ни "там". Высоковольтных компактных транзисторов мне удалось в принципе найти не много. В итоге проводилось тестирование с двумя - BSS127 и STN1HNK60. Первый в SOT23, второй в SOT223. С обоими удалось запустить схему питания, но с BSS127 при токах потребления выше 3-4ма на транзисторе возникает большое падение напряжения (у него Rdson в 160 Ом вместо рекомендованных 20 Ом). Для раскачки твердотельного реле нужны минимум 10 мА, поэтому выбор пал в устройстве на STN1HNK60. При необходимых 12-14 мА получаются стабильные 4.9-5В. Была так же проба применить многослойную керамику вместо большого электролита. В общем это работает - батарея Y5V 10мкф на 50В из 10 штук. Но! В первые столкнулся с "пением" керамики. Вернул электролит на место.

Схема и программа

Схема как всегда простая и говорит сама за себя - кроме источника питания у нас на борту предохранитель, твердотельное реле с zero-cross, МК из семейства tiny4/5/9/10 (подойдет любой) и "переключатель" для выбора времени задержки. Переключение делается пайкой перемычек с двоичным кодированием (футпринт рассчитан на нулевки формата 0603), для этого есть три бита. Формула зашита в программе и легко меняется. В приложенной версии время задержки считается как T = 10 мин + 20 мин * X, где X - цифра заданная двоичным кодом на "переключателе". Если не ставить ни одну из перемычек то время задержки составить порядка 150 минут (X=7), если замкнуть все (X=0) - порядка 10 минут. Чтобы использовать все три бита для кодирования времени - нужно во фьюзах запрограммировать RSTDISBL и быть готовым к тому, что повторную прошивку нужно будет делать с подачей +12В на вывод RESET (атмеловские фирменные программаторы делают это автоматом).

Плата

По сложившейся традиции плата вырезана канцелярскими ножницами из двух-стороннего стеклотекстолита толщиной 0.5мм и изготовлена ЛУТом. На правом торце платы (торец противоположный тому вдоль которого установлен электролит) есть четыре "боковых" перемычки, они паяются тонким проводком через торец с одной стороны на другую.

"Верх" (рисунок платы зеркально)	"Низ"

Установка

Как определено в начале статьи - устройство изобреталось для установки внутри настольных ламп. Кандидатов дома несколько, в качестве подопытной была выбрана вот эта серая "мышь" (кого еще может выбрать кот для опытов?):

Провод уходит сразу вверх что не позволяет использовать объем платформы стоящей на столе и место для установки остается только в пространстве пластмассового колпака в верхней части светильника где-то внутри между выключателем, колпаком и патроном E27:

Там мы собственно плату и разместили. По объему можно даже сказать, что осталось "много свободного пространства", но использовать его можно только если делать специальный формат платы или делать ее составной, а это лишит устройство универсальности. Вот такой вот компромисс.

Вывод

Уже на этапе отладки своего таймера вдруг обнаружил, что сезон таймеров на сайте в самом разгаре) Честно - я не подгадывал специально) Просто так сложилось.

В очередной раз получил удовольствия от применения малышек от Атмела. Чуть раньше публиковал еще две статьи про самые мелкие tiny тут и тут.

Буду рад, если мой опыт окажется полезным, приятной пайки!

Файлы:

Архив с файлами проекта

Все вопросы в Форум.

Эти статьи вам тоже могут пригодиться:

Таймер полотенцесушителя

Простой поминутный таймер (1-255 мин Attiny13)

Карманный кухонный таймер 0…99 с простым управлением и автономным питанием.

Таймер на ЖКИ

Таймер 9.59

Универсальный таймер на микроконтроллере.

Кухонный таймер.

Трехпрограммный таймер

Таймер циклический; от 3-х секунд включения, и пауза до 100 суток .

Суточный таймер "MONSTER", 16 исполнительных каналов.

Кухонный таймер "Чтота".

Таймер с ЖКИ

кухонный таймер & часы

Вибротаймер.

Ленивый таймер (для кухни).

Встраиваемый блондинко-таймер из 6 деталей.

Таймер-контроллер для засветки фоторезиста.

4-х-канальный кухонный таймер

МФУ для стола радиолюбителя

Цифровое реле времени на AT90S2313. Таймер для детонатора