Обогреватель на дистанционном управлении. Часть 2.
В этой части продолжим формировать схему согласно плану озвученного ранее. Напомню, что в прошлой части мы зафиксировали выходной сигнал на триггере, разобрали как будет работать вентилятор, а также разобрали схему включения силовой нагрузки.
Теперь:
В третьей части посмотрим, что получилось в результате сборки и подключим обогреватель к системе умного дома.
Дежурный режим
Обогреватель переходит в дежурный режим после подачи сетевого питания. Питание подается на плату приемника, а также на триггер. На триггере в свою очередь на выходах А1, В1, С1, D1 устанавливается «0» в ожидании сигналов от приемника. На инверсных выходах А0, В0, С0 и D0 в дежурном режиме – «1». Поскольку сигнал А с пульта запускает в работу вентилятор, он же должен отменить «дежурный режим» и дать возможность включать или выключать другие режимы.
Для того чтобы визуально определить в каком из режимов находится обогреватель буду использовать кусок светодиодной ленты на четыре цвета. Использование ленты совсем не обязательно. На самом деле, это может быть один или несколько самых дешевых светодиодов, включенных через ограничительный резистор.
Белый цвет, на мой взгляд, хорошо сочетается с дежурным режимом. Светиться белые светодиоды будут не постоянно и при этом всего лишь на треть от максимальной яркости. Их свечение не должно мешать ни днем ни ночью. Поэтому они не будут светиться непрерывно. Светодиоды будут загораться изредка, плавно и тут же гаснуть. На мой взгляд будет смотреться отлично. С этим нам поможет справиться довольно распространённая микросхемка LM358. Схема включения приведена ниже:
Если резистор R2˃R1, то светодиод находится большее время в выключенном состоянии и ненадолго загорается. Если R2˂R1 режим работы инвертируется. Основное время светодиод горит, гаснет лишь на короткие промежутки времени.
Значение резистора R4 влияет на частоту переключений. Чем значение меньше, тем быстрее. Ну и разумеется, емкость конденсатора будет влиять на плавность включения светодиода. В целом обвязка микросхемы совсем не большая. Каждый может поэкспериментировать и подобрать оптимальные для себя параметры. На анимации видно что получилось у меня.
Для включения схемы сигналом управления я использовал ключ на биполярном транзисторе 2n5551. Может пропускать через себя ток до 0.5А, имеет коэффициент усиления β=170. Сигнал управления будем подавать на базу через ограничительный резистор. Схема примет вид:
И добавим эту схему в общую структуру:
Индикация работы вентилятора и индикация нагрева
Работа вентилятора на мой взгляд хорошо совмещается с перемигиванием двух цветов светодиодов. Медленное перемигивание — значит тихий режим, быстрое – более шумный. Я выбрал два цвета на светодиодной ленте синий и зеленый. Чтобы заставить их моргать нужен мультивибратор или генератор прямоугольных импульсов, дополненный инвертирующей схемой. Я долго перебирал различные варианты и вот к какой схеме я пришел.
Работа схемы основана на распространённой микросхеме NE555. Обвязка требует минимальное количество элементов. Резистор R1 и конденсатор С1 задают частоту импульсов на выходе генератора. Амплитуда импульсов равна величине питающего напряжения. При отсутствии на выходе генератора импульса напряжение на нем относительно земли равно нулю. На контактах зеленого светодиода 12 вольт. На затворе транзистора 2n7000 напряжение отсутствует, он закрыт. Через синий светодиод ток не течет. Все меняется при появлении импульса на выходе. На выводах зеленого светодиода разница потенциалов нулевая, зато открывается транзистор, горит синий светодиод. Все просто.
Ток на выходе микросхемы может поддерживать нагрузку до 200 мА. С нагрузкой, потребляющей больше, схема работать не будет. Для изменения частоты генератора будем изменять емкость конденсатора С1. Если емкость уменьшить частота увеличится. Управляя емкостью, управляем скоростью перемигивания. Вполне нормальный визуальный эффект дает переключение между частотами приблизительно 0,5 Гц и 1,5 Гц. Поскольку при включении обогревателя по умолчанию работает быстрый обдув, то и перемигивание светодиодов при включении будет быстрое.
Для переключения частоты генератора потребуется собрать схему ниже:
Открываясь транзисторный ключ добавит еще один конденсатор и увеличит емкость за счет параллельного подключения конденсаторов С1 и С2. Соответственно частота уменьшится.
При включении обогрева должен включаться красный светодиод, показывая, что идет разогрев. По моим задумкам он будет просто светиться без всяких эффектов. Поэтому здесь все просто. Управлять включением красного светодиода буду с помощью транзисторного ключа. Соединим схемы получим:
Теперь представим себе, что весь этот мигающий и светящийся набор светодиодов, кого-то начал раздражать или ночью просто мешает спать. Нам потребуется сигнал отключения подсветки без отключения обогрева и вентиляции. Чтобы отключить всю подсветку добавим еще один ключик в нашу схему:
Логика работы
Ну, что же, теперь у нас есть все необходимые модульные схемы. Осталось объединить их вместе, связать единой логикой и получать удовольствие от слаженной работы. Прежде всего объединим все схемы индикации в одну. В моем случае это ,будет еще и схема управления одной светодиодной лентой. Группируем и выводим все необходимые сигналы управления:
Структурная схема всех элементов примет вид:
Теперь осталось привести в порядок сигналы управления. Необходимо уточнить некоторые моменты, которые могут привести к неправильной работе. Например, если мы просто подадим сигнал С1 на включение обогрева, нагреватель включится без вентилятора. Разумеется, это приведет к перегреву корпуса. Тоже касается сигналов В и D. Все они должны выполняться только после выхода обогревателя из дежурного режима. Таким образом, не хватает элементов логики для создания дополнительных условий. Здесь поможет недорогая и доступная, хотя возможно относительно прожорливая, микросхемка SN7408. В одном ее корпусе размещаются четыре элемента логики «2И» — логического умножения. Это значит, что сигнал (логическая единица) на выходе появится только тогда, когда на обоих входах будет «единица». Иначе на выходе только «0».
Назначение выводов микросхемы и ее структурная схема приведены ниже:
Вставим элементы логики в структурную схему, проведем соединения. Посмотрим, что из этого получится:
Как видно из схемы в начальном состоянии управляющий сигнал подается только на схему индикации дежурного режима, а также устанавливает начальную скорость вращения вентилятора. Появление остальных сигналов заблокировано элементами логики. При нажатии кнопки А пульта на выходе А1 триггера установится логическая «1». Что даст возможность установить скорость вентилятора появлением «1» на 6-й ножке микросхемы (скорость по умолчанию). Или нажав на кнопку В пульта изменить скорость.
Также нажатием кнопки С пульта на 8-ой ножке микросхемы появится управляющий сигнал, который включит нагревательный элемент (в моем случае тэн). Этот же сигнал установит «1» на входе элемента логики (ножка «2» микросхемы). При этом на 3-й ножке микросхемы появится сигнал, засветятся красные светодиоды на ленте.
Для отключения световой индикации потребуется нажать кнопку D пульта. На 13-й ножке микросхемы установится «0» и, как следствие, установка «1» станет невозможной на 11-й, 1-й, 3-й ножках микросхемы. Индикация погаснет. Кстати, если изначально к 13-й ножке микросхемы припаять выход D1 триггера, то по умолчанию индикация будет отключена. Кому как удобно.
И все же для отображения работы нагревательного элемента я решил оставить небольшой красный светодиод малой яркости. Гореть он будет даже при общем отключении индикации. На мой взгляд, происходит нагрев или нет видеть очень важно, прежде всего в целях безопасности. Подключить такой светодиод необходимо к 8-й ножке микросхемы логики через ограничительный резистор. Номинал резистора нужно выбирать где-то 1 кОм. Яркость будет меньше и при этом все будет видно и комфортно.
В итоге все управляющие сигналы поступают в нужные места на требуемые нагрузки. Поступают они своевременно, обеспечивая корректную работу схемы.
К недостаткам можно отнести тот факт, что в дежурном режиме значения сигналов В0, В1, С0, С1, D0, D1 могу изменяться при нажатии на соответствующие кнопки пульта управления. И после выхода из дежурного режима, к примеру, может сразу включиться обогрев или не будет работать световая индикация. Все потому, что изменились начальные значения. Ничего в этом страшного нет, но это нужно понимать.
Ну, и я думаю всем понятно, что, например, сигнал А1 всегда обратный сигналу А0. Они никогда не могут быть одинаковыми. Наверное, правильней было бы изобразить сигналы как Ā и А, но поскольку на входе триггера у нас уже есть сигнал, обозначенный как А, то это могло бы внести путаницу. Так что, господа гуру, не ругайте слишком строго.
Несколько слов о схемах питания.
Что касается питания схемы, то, как уже было сказано, 12 вольт будем получать от импульсного блока питания китайского производства небольшой мощности. Работает он довольно таки стабильно, уже проверено. Необходимые 5 вольт я буду получать от понижающего преобразователя DC-DC «mini360» тоже китайского производства. Стоит он совсем недорого, выдает стабильные характеристики, размеры миниатюрные.
Подадим ему на вход 12 вольт и на выходе отрегулируем требуемые 5 вольт. В отличии от линейных стабилизаторов получим отличный КПД до 96%. При наших токах потребления преобразователь греться не будет, что важно при установке в горячий корпус обогревателя.
Можно, конечно, как говориться, «не париться» и поставить стабилизатор 78l05 с током до 500 мА. Хватит с «головой». Но лишние 7 вольт просто так не исчезнут, а будут рассеиваться в виде тепла.
Внешний вид и типичная схема включения ниже:
