Универсальный таймер для циклической работы

Для установки вре­менных интервалов от нескольких минут до часов в бытовых це­лях часто используют механические тайме­ры (как на старых стиральных машинах). Такой таймер имеет ручку-указатель и шкалу, а так же розет­ку для подключения нагрузки. Ручку уста­навливаете на нужное время и отпускаете. Нагрузка включается, а механизм громко тикая медленно пере­мещает ручку на исходное положение. Затем тиканье прекра­щается, а нагрузка выключается. Но бы­вает, что нужно управ­лять нагрузкой цикли­чески, так чтобы она некоторое время ра­ботала, потом некото­рое время была выключена. И жела­тельно отдельно регу­лировать интервал работающего и интер­вал выключенного состояния.

Здесь предлагается описание аналогич­ного устройства, но электронного. Он, так же как и механический, не отличается высокой точностью выдержки времени, но он не тикает, и работает в циклическом режиме. Таймер позволяет устанавливать интервалы продолжительности работы нагрузки и продолжительности её выключенного состояния от 1 до 140 минут (в двух диапазонах 1…14 минут и 10…140 минут).

Принципиальная схема показана на рисунке. В основе схемы лежит интегральная микросхема CD4521. Эта микросхема содержит элементы для построения схемы мультивибратора (кварцевого или RC) и 24-х разрядный двоичный счетчик. На двух таких микросхемах сделано два почти одинаковых таймера, один, на D1 служит для установки интервала работы нагрузки, а второй, на D2, для установки интервала перезапуска первого таймера, то есть, времени выключенного состояния нагрузки.Рассмотрим работу на примере первого таймера. В момент включения цепь C2-R1 принудительно устанавливает счетчик D1 в нулевое положение. Так же, обнулить счетчик можно и кнопкой S1. На всех его выходах нуль, нуль и на выводе 13, к которому подключен светодиод оптопары А1. Через этот светодиод протекает ток и оптопара открывается, а нагрузка включается. В то же время, транзистор VT1 закрыт, поэтому, на его коллекторе присутствует напряжение логической единицы, которое поступает на вывод 2 D2 и удерживает счетчик D2 в нулевом состоянии.

Продолжительность временного интер­вала зависит от частоты мультивибра­тора, которая устанавливается элемен­тами R3-R4-C4-C5-S2. Выключателем S2 переключают диапазоны установки (когда он разомкнут — 1..14 минут, замкнут — 10…140 минут), а переменным резистором R3 устанавливают время плавно в пределах диапазона.

И так, с момента запуска таймера начинается отсчет времени согласно установкам S2 и R3. Наблюдать за ходом отсчета времени можно по трем свето­диодам HL1, HL2, HL3. Они зажигаются согласно двоичному коду и позволяют сле­дить за процессом приближения к окончанию интервала.

Как только заданный интервал закан­чивается на выводе 13 D1 появляется единица. Теперь ток через светодиод оптопары А1 прекращается и нагрузка выключается. Открывается диод VD3 и блокирует мультивибратор микросхемы D1. Счетчик D1 замирает в таком состоянии. На этом работа первого таймера в этом цикле завершается.

Одновременно открывается транзистор VT1, на его коллекторе устанавливается логический ноль. Это позволяет начать работать второму таймеру на микросхеме D2.

Продолжительность временного интер­вала второго таймера, зависит от частоты мультивибратора, которая устанавлива­ется элементами R14-R15-C6-C7-S3. Выключателем S3 переключают диапазо­ны установки (когда он разомкнут — 1..14 минут, замкнут — 10…140 минут), а пере­менным резистором R14 устанавливают время плавно в пределах диапазона.

Наблюдать за ходом отсчета времени можно по трем светодиодам HL4, HL5, HL6. Они зажигаются согласно двоичному коду и позволяют следить за процессом приближения к окончанию интервала.

Как только заданный интервал выключенного состояния нагрузки закан­чивается на выводе 13 D2 появляется единица. Открывается диод VD5 и блокирует мультивибратор микросхемы D2. Счетчик D2 замирает в таком состоянии. На этом работа первого таймера в этом цикле завершается.

Одновременно, единица с вывода 13 D2 через диод VD4 поступает на вывод 2 D1, и обнуляет его. Транзистор VT1 закры­вается, поэтому, на его коллекторе присутствует напряжение логической единицы, которое поступает на вывод 2 D2 и обнуляет и удерживает счетчик D2 в нулевом состоянии. Раз D2 обнулен, на его выводе 13 тоже ноль, теперь D1 может снова работать. Начинается новый цикл.

Источником питания служит готовый сетевой источник питания с выходным постоянным напряжением 10-15V, который подключается через разъем Х3. Желательно, чтобы источник питания был с гальванической развязкой от сети.

Светодиоды HL1-HL7 — сверхяркие, но можно и обычные индикаторные (напри­мер, AJ1307). Все светодиоды можно исключить из схемы, но её работа будет не так наглядна.

Налаживание сводится к проверке монтажа и работоспособности, а так же, градуировке шкалы. При этом можно пользоваться частотомером, измеряя частоту на выводе 4 D1 и D2, во время работы соответствующего интервала. Частота 17,48 кГц = 1 мин., 8,74 кГц = 2 мин., 5,83 кГц = 3 мин., 4,37кГц = 4 мин., 3,5 кГц = 5 мин., 2,9 кГц = 6 мин., 2,2 кГц = 8 мин., 1,75 кГц = 10 мин., 1,46 кГц = 12 мин.

Литература:

1. Воронов Д. «Универсальный таймер», ж. Радиоконструктор №2, 2009 г.

Автор: Воронов Д.