Карта сайта
404
Неправильно набран адрес или такой страницы на сайте больше не существует.
Вернитесь на главную страницу или воспользуйтесь картой сайта.
Карта сайта
|
|
© 2015-2023 ООО «Бэтком» Все права защищены
Разработка сайта ЛОГОС-К
О гистерезисе напряжения переключения триггера Шмитта микросхемы К561ТЛ1
Радиолюбители широко применяют микросхему К561ТЛ1 и её аналоги как отечественные (K564TJ11, К1561ТЛ1), так и зарубежные (например, CD4093), которые содержат четыре триггера Шмитта с входной логической функцией 2И-НЕ.
Одна из особенностей элементов — изменение выходного напряжения Uвых происходит скачком при относительно медленном изменении входного до пороговых значений Uвх (переключение из состояния 1 в состояние 0) и (переключение из 0 в 1), как показано на рис. 1.
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 3
Такая передаточная характеристика триггера Шмитта обеспечена наличием в нём внутренней положительной обратной связи. Благодаря ей эти элементы удобны для формирования сигналов с крутыми фронтом и спадом при подаче на их вход плавно меняющегося напряжения.
Вторая особенность — наличие гистерезиса выходного напряжения при переключении, что повышает помехоустойчивость работы триггера Шмитта при входном сигнале, содержащем помехи значительного уровня.
Передаточная характеристика, представленная на рис. 1, соответствует элементу микросхемы К561ТЛ1 при напряжении питания Uпит = 10 В. Разность между пороговыми значениями напряжения переключения определяет ширину петли гистерезиса Ur = Uвх10 — Uвх01, причём пороговые значения (а значит, и ширина петли в вольтах) зависят от напряжения питания Эксперименты с узлом, схема которого изображена на рис.
2, показали, что при напряжении питания Uпит = 5 В Ur = 0,6…0,8 В, при 10 В — 2…2,8 В и при 15 В -3…3,5 В
Триггеры Шмитта часто используют как компараторы напряжения в различных устройствах автоматики, например, фото- и термореле. В ряде практических случаев ширину петли гистерезиса бывает необходимо уменьшить. Этого можно достигнуть введением отрицательной обратной связи между входом и выходом элемента (рис. 3). Здесь Roc и RBX — резисторы цепи обратной связи, RиC — сопротивление источника сигнала. Через резистор Roc на вход элемента будет поступать часть выходного напряжения — напряжение обратной связи
Если выходной ток элемента DD1.1 мал, можно считать, что Uвых = Uпит. В результате ширина петли гистерезиса при наличии обратной связи игос уменьшается: Uг ос = Ur — K*Uoc, где К — поправочный коэффициент. При этом напряжение переключения Uвх10 уменьшается, а Uвх01 увеличивается. Подборкой резисторов Roc и RBX можно установить желаемое значение Uroc.
Следует, однако, иметь в виду, что при уменьшении ширины петли гистерезиса напряжения вплоть до нуля работа логического элемента вблизи моментов переключения становится неустойчивой и он может переходить в режим генерации высокочастотных колебаний.
Эксперименты были проведены с несколькими экземплярами микросхемы К561ТЛ1 при напряжении питания 10 В. Так, для Roc = 560 кОм, Rис->0 и при элементе с Ur = 2,8 В измерена ширина петли гистерезиса UCOc с разными резисторами RBX. При RBX = 22 кОм Uгoc оказалась равной 2,5 В, при 43 кОм — 2,15 В, при 150 кОм — 0,8 В, а при 200 кОм — 0,07 В. При дальнейшем увеличении сопротивления резистора RBX в моменты переключения элемента происходило его самовозбуждение на высокой частоте. В результате для исследованных экземпляров микросхем было определено значение поправочного коэффициента К=0,8.
Автор: И. Нечаев, г. Москва
Блок защиты от протечки воды — промышленные датчики и самодельные приборы
Вода дырку найдет. Эта поговорка известна всем.
Самое главное, что это подтверждается, пусть и не очень часто, но последствия могут быть самыми плачевными. Здесь мы поговорим о том, чем чревата протечка водопроводных или канализационных труб в квартире. Часто об этих случаях мы узнаем от разгневанного соседа, живущего этажом ниже.
И, как правило, затопление нижних соседей происходит как раз после того, как они сделали дорогой ремонт, потому что больше они сейчас ничем не занимаются. Здесь можно увидеть что угодно: провисший и обрушившийся натяжной потолок, обои за стенами, наплавленный паркет или вспученный линолеум, под которым настелили теплый пол. И совсем нехорошо, чтобы потоп пошел на электропроводку.
Начинается составление актов, обращение в суды и домоуправляющие компании. Повторный ремонт делается, естественно, за счет верхнего соседа. И уж совсем испорченных отношений и потраченных нервов лучше не вспоминать.
Всего этого могло и не быть, если бы утечку заметили на ранней стадии. Ведь чаще всего все начинается с отдельных безобидных капель, которые сложно заметить.
Постепенно эти капли превращаются в тонкую струйку, а потом труба рвется или просто пробивает прокладку, и неприятностей не избежать.
Конечно, современные пластиковые трубы имеют гарантию пятьдесят лет, но откуда столько труб, кто лично может это подтвердить? Поэтому авария может случиться в самый неподходящий момент. Но уместно ли вообще в данном случае говорить о каком-то подходящем моменте?
Для предотвращения «глобального потопа» используются всевозможные датчики и сигнализаторы протечек. Проблема, видимо, стоит настолько остро, что в последние годы промышленность начала выпускать различные устройства, помогающие бороться с утечками.
Сложность и функциональность таких устройств, точнее их ассортимент, очень широк. Это могут быть простые сигнализаторы, сообщающие о протечке звуковым сигналом, более сложные устройства могут перекрывать воду во всей квартире.
Самые простые «пищалки» питаются от батареек, более сложные, разумеется, от сети.
Естественно, такие устройства недешевы, и чем выше их функциональность, тем дороже они стоят. Конечно, невозможно рассмотреть все устройства, но мы постараемся кратко описать некоторые из них хотя бы по принципу: что умеет, какой используется датчик влажности, блок питания и, конечно же, цена.
Промышленные индикаторы протечек
GIDROLOCK предлагает широкий спектр приборов и систем для борьбы с протечками. Для установки в квартирах изделия представляют собой набор, состоящий из нескольких компонентов. В комплект входит несколько датчиков протечки, обычно 3 или 2 шт. При желании их количество можно увеличить.
Рисунок 1. Датчик протечки ВСП (датчик воды пассивный)
Кроме датчиков протечки в комплект также входят два (холодная и горячая вода) шаровые краны с электроприводом (ШЭП) итальянской фирмы BUGATTI, блок управления, 12 вольтовая батарея, 1,3 ампер*час.
Шаровые краны доступны с присоединительной резьбой 1/2, 3/4 и один дюйм. Отсюда и разница в назначении и цене наборов. Краны ШЭП выпускаются на 12В постоянного тока и 220В переменного тока. Однако, учитывая требования электробезопасности, лучше ориентироваться на низковольтное оборудование 12-24В.
Рисунок 2. Кран шаровой электрический
Итак, в набор «КВАРТИРА 1» входят 2 ШЭПы полудюймовые, а его стоимость составляет 10 000 руб. «КВАРТИРА 1» в той же комплектации, но с латунным ШЭПом чуть дороже — 11600. Различить эти наборы можно по названию: первый называется ULTIMATE BUGATTI, а второй — PROFESSIONAL BUGATTI.
Комплект квартиры 3 с 1-дюймовым ШЭП уже 12400 руб. Цена где-то на уровне недорогого ноутбука или планшета, вроде дороговато. Но по сравнению с ремонтом у соседей по нижнему этажу — не очень. Со временем цены могут меняться, разумеется, в сторону увеличения.
Если готовый комплект по каким-либо причинам не подходит, например, не хватает датчиков, вы всегда можете докупить любой недостающий элемент в розницу.
Компания также предоставляет такую услугу.
Датчики с WSR (радиодатчик воды)
Одной из новинок GIDROLOCK являются датчики протечек с радиоканалом. Такие датчики можно подключать к блокам управления последних моделей: GIDROLOCK CONTROL, GIDROLOCK PREMIUM, GIDROLOCK UNIVERSAL и др. Применение датчиков с радиоканалом оправдано при использовании в системах водоснабжения, отопления или канализации, при использовании обычных проводные датчики невозможны или затруднительны: удаленность расположения датчиков или нежелание забивать стены для прокладки линий связи.
В случае попадания воды на электроды датчика последний передает сигнал тревожного события на приемник, подключенный к блоку управления. Передача сигнала тревоги продолжается до получения ответа от приемника (передача по принципу «запрос-ответ»). Результатом такого радиообмена является закрытие соответствующего ШЭП.
Сами датчики представляют собой большой планшет диаметром 50 и высотой 12 мм.
Радиус действия в пределах прямой видимости не менее 500 м, питание от встроенного аккумулятора, срок службы которого производитель гарантирует целых 24 года. Датчики работоспособны в диапазоне температур от -20 до +60 градусов. Намного лучше!
Рисунок 3. Датчик WSR
Датчики WSR доступны в различных цветах, которые можно указать при заказе, в том числе с рисунком, совпадающим с цветом линолеума или плитки. Основной цвет датчиков — белый. А если используются радиодатчики, то без пульта вообще не обойтись. И такой пульт тоже есть. Его дальность действия составляет 250 м, срок службы встроенного аккумулятора — 7 лет: в любой момент можно закрыть или открыть подачу электроэнергии, перекрыть подачу воды в аварийной ситуации или просто на случай ремонта, например, отдельный кран или смеситель.
Можно найти достаточное количество устройств сигнализации протечки воды промышленного производства, и оказывается, что они ничем не хуже, а может даже и лучше, чем системы ГИДРОЛОК, так что данную статью ни в коем случае нельзя расценивать как рекламную продукцию именно эта компания.
Именно эта система взята в качестве примера, чтобы показать характер и широту проблемы затопления и способы ее решения.
Помимо системы «Гидролок», интернет-магазины и фирмы предлагают также «Нептун», «Аквасторож», «Радуга», «Аквасенсор», «Адлан-Т» и другие. Какую из этих систем использовать, можно решить только в индивидуальном порядке, сравнив ее свойства, цену и финансовые возможности. Но при нынешнем уровне электроники, импортных комплектующих, а также конкуренции между фирмами все системы, скорее всего, достаточно надежны и функциональны по своим свойствам.
Датчики утечки, такие как WSP и WSR, являются точечными датчиками, поэтому они обнаруживают утечку только тогда, когда вода достигает их. В других системах используются датчики на основе сенсорного кабеля SC. Такой кабель можно легко проложить по периметру помещения, расположить змейкой по всей площади помещения или каким-либо другим способом.
Кабель SC крепится к поверхности пола пластиковыми клипсами с самоклеющейся основой или клипсами типа «серьга» с винтами.
В целом при использовании кабеля SC гарантировано исключение слепых зон.
Для использования с кабелем SC используется блок управления LDM 0.5. Подключить кабель достаточно просто: по инструкции провода четырех цветов подключить к клеммам с соответствующими номерами. На основе сенсорного кабеля работает, например, упомянутая выше система Rainbow.
Подробнее об использовании кабеля датчика СЦ можно прочитать в его техническом паспорте, который можно найти в любом интернет-поисковике. Также есть схема подключения и чертежи со схемами прокладки кабеля в помещении.
Что и говорить, промышленные производственные системы, безусловно, хороши, но рядового потребителя несколько смущает цена вопроса. Кроме того, если этот рядовой потребитель является еще и радиолюбителем, то собрать такое устройство из неликвидных деталей не составит труда. Правда, вряд ли у вас получится суперприбор, отключающий воду при аварии, но в некоторых случаях вполне достойно справляющийся с задачей простой звуковой сигнализации, собранной из нескольких частей.
Далее рассмотрим несколько схем, которые были разработаны радиолюбителями в разное время, должно быть еще советское время.
Простые самодельные схемы обнаружения протечек воды
Тут пора вспомнить еще одну пословицу: «Все гениальное просто». Вот как можно охарактеризовать схему, показанную на рисунке ниже. Наиболее подходящее для него название — «Простейший течеискатель».
Рисунок 4. Простейший датчик
Схема настолько проста, содержит всего три детали, что собрать ее самостоятельно может каждый, кто впервые в жизни берет в руки паяльник. Скорее всего, не все получится сразу: паяльник перегревается, припои получаются тусклыми и рыхлыми, выводы деталей и проводов не залужены.
Кроме того, непонятно, зачем транзистору три ножки и куда их припаивать. Все это заставит вас обратиться к соответствующей литературе или просто спросить у друзей-радиолюбителей. Но, если все препятствия будут преодолены, схема сработает, и это будет непременно, то может случиться так, что ряды радиолюбителей пополнятся еще одним человеком.
Это часто случается, когда собранная конструкция дала ожидаемые результаты.
Для изготовления схемы понадобится любой маломощный p-n-p транзистор. Это могут быть КТ361, КТ502, КТ209и любые подобные. Резистор R1 имеет номинал 10 — 20 кОм. Его цель — держать транзистор закрытым. Для формирования звукового сигнала используется зуммер (зуммер — дословный перевод зуммера, звукового сигнализатора, «пищалки») со встроенным генератором. Но везде его называют зуммером на английский манер, так что придется придерживаться традиции.
Такой зуммер начинает издавать звук с частотой около 2КГц, как только на него подается напряжение питания. Зуммеры доступны для напряжения 1,5 — 12В. В данной конструкции он подходит с напряжением 9- 12В. «Плюсовой» вывод зуммера подключен к коллектору транзистора VT1.
Рисунок 5. Зуммер
Зонд-щуп выполнен в виде пластины из фольгированного стеклотекстолита размерами 20*60 мм. Для получения двух электродов достаточно разрезать фольгу на пластине резаком от ножовочного полотна.
Полученные полоски желательно облучить, остатки флюса промыть спиртом. Также можно просто положить на пол рядом с ним два электрода, лучше проволоку из нержавеющей стали. Для этих целей вполне подходят обычные спицы.
Конструкция датчика настолько проста, что не нужно изобретать печатную плату, все можно собрать настенным креплением. Даже выключатель питания не нужен: в режиме ожидания транзистор закрыт и от аккумулятора почти ничего не потребляется.
В качестве аккумулятора используется «Крона», а точнее его современный импортный аналог. Хотя такие аккумуляторы достаточно долговечны, их можно хранить несколько лет, тем не менее, состояние аккумулятора необходимо периодически проверять. Проще всего это сделать, соединив электроды зонда хотя бы влажной тканью или даже пальцем. Щуп не должен быть закорочен, так как транзистор может выйти из строя.
Датчик работает следующим образом. При попадании жидкости на электроды зонда ее сопротивление уменьшается до нескольких кОм, что приводит к открытию транзистора.
Через открытый транзистор подается напряжение питания на зуммер и раздается звуковой сигнал.
Для обнаружения протечек датчики, несколько можно разложить на полу в предполагаемых местах протечки воды. Датчики крепятся клейкой лентой или изолентой. При этом каждый датчик питается, разумеется, от своей отдельной батареи.
Схема «Сигнализация утечки звука», показанная на следующем рисунке, несколько сложнее. Смысл его тот же, что и у схемы на одном транзисторе, только чуть больше деталей и есть возможность регулировки чувствительности.
Рисунок 6. Детектор утечки звука
Его основу составляет пороговый элемент на микросхеме К561ТЛ1, включающий в себя 4 двухвходовых триггера Шмитта. В этой схеме используется только один элемент. Входы оставшихся трех неиспользуемых элементов следует соединить с общим проводом. Это снизит общий потребляемый ток и защитит выводы микросхемы от пробоя. Пороговое напряжение показано на следующем рисунке.
Рисунок 7. Технические данные микросхемы К561ТЛ1
При включении микросхемы, как показано на рисунке, получается триггер Шмитта с одним входом и одним выходом.
Логика этого элемента предельно проста. Когда входное напряжение превышает напряжение срабатывания 2,8 В, на выходе устанавливается логический ноль. При этом транзистор VT1 закрыт, поэтому зуммер молчит.
Если входное напряжение на выводах 1,2 снижать даже очень медленно и плавно, то при его снижении до 2,2В на выходе элемента DD1.1 быстро и резко отобразится уровень логической единицы, которая откроется транзистор VT1 и прозвучит звуковой сигнал. Несмотря на сравнительно небольшой размер зуммера, звук его, как правило, очень громкий и противный, не услышать его просто невозможно.
Входное напряжение формируется делителем, образованным цепочкой резисторов R1, R2 и датчиком утечки, конструкция которого была описана чуть выше. Несложно подсчитать, что при указанных на схеме резисторах уменьшение сопротивления датчика до 50 — 100КОм приведет к «просадке» напряжения на входе триггера Шмитта ниже 2,2В. Если датчик сухой, почти «открытый», входное напряжение почти равно напряжению питания.
Питание сигнализации осуществляется от блока питания на напряжение 9- 12В. Для этих целей вполне подойдет любой сетевой адаптер или блок питания от польских «антенных фенов».
Наличие напряжения питания контролируется с помощью светодиода HL1, который потребляет большую часть энергии, пока индикатор находится в дежурном режиме. Поэтому, если предполагается питание устройства от аккумулятора, этот светодиод следует исключить из схемы.
Такая удивительная простота приведенных выше схем обусловлена использованием в них зуммеров со встроенным генератором: подавали питание и, пожалуйста, пищали. Если использовать обычный пьезоизлучатель или динамическую головку, то схема выглядит немного иначе. Датчик затопления включает генератор, а он уже производит звуковые колебания.
Ниже приведена схема с использованием генератора на основе встроенного таймера NE555.
Рисунок 8. Схема течеискателя на таймере 555
По сути, эта схема мало чем отличается от схемы на одном транзисторе, рассмотренной выше.
Датчик протечки, те же две полоски стеклотекстолита или две спицы, подключается к базе транзистора Т1. При смачивании датчика его сопротивление уменьшается и транзистор Т1 открывается. Ток через переход коллектор-эмиттер создает падение напряжения на резисторе R3, которое подается на вывод 4 NE555.
Контакт 4 — это вход /R (сброс) таймера NE555. Логический ноль на этом входе запрещает, останавливает работу всей микросхемы, поэтому генератор молчит, а на выводе 3 присутствует уровень логического нуля. Падение напряжения на резисторе R3 воспринимается таймером как логическая единица. Поэтому генератор запускается, на выходе 3 появляются прямоугольные импульсы звуковой частоты. Сам генератор выполнен по стандартной схеме, описание которой можно найти в статье про таймер NE555.
Выходной каскад микросхемы NE555 достаточно мощный, поэтому для получения звукового сигнала к выходу схемы можно напрямую подключить электромагнитный излучатель с сопротивлением обмотки не менее 50 Ом.
Подобных простых схем много. Их чаще всего выполняют на транзисторах или микросхемах малой степени интеграции, как правило, К561. Но при некоторых отличиях в схемах принцип работы тот же: протекла вода, намок датчик, включился генератор, появился звук. Поэтому для понимания принципа работы таких течеискателей достаточно трех рассмотренных схем.
Новая элементная база — новые схемы, новые возможности
Но радиолюбители люди творческие и неугомонные. В эпоху микроконтроллеров датчики протечек создаются именно на них. Принцип работы примерно такой же, как описано выше, только реакция умных схем на утечку может быть более разнообразной. Например, при небольшом увлажнении датчика устройство начинает издавать короткие редкие звуковые сигналы. По мере подъема уровня воды гудки начинают учащаться, меняют тон или переходят в сплошной звуковой сигнал.
Подобная система также может иметь промежуточное реле, контакты которого подключаются к охранной сигнализации или к электрифицированным кранам типа ШЭП, перекрывая воду в нужный момент.
Получается система не хуже описанных выше промышленных.
На основе современной элементной базы достаточно просто создать датчики протечки, работающие по воздуху. Для этого достаточно совместить в одной конструкции микроконтроллер и модуль передачи радиосигнала. И такие схемы в арсенале любительских разработок уже есть.
Для изменения возможностей микроконтроллерной системы совсем не обязательно что-то менять в схеме с помощью паяльника и отвертки. Необходимые параметры легко достигаются простым изменением программы микроконтроллера.
Борис Аладышкин
П.С. Дополнение к статье. Пример графического рисунка того, как можно использовать датчики протечки в каком-нибудь произвольном сантехническом помещении.
Примечание. Все может измениться при использовании другого типа оборудования. Всегда следует учитывать техническое состояние вашего сантехнического узла (расположение труб для подачи воды, а также расположение других видов сантехнических изделий – раковин, ванн, унитазов и т.
