ДИСТАНЦИОННО ВКЛЮЧАЕМ СВЕТИЛЬНИК, УСТАНОВЛЕННЫЙ НАД ВОРОТАМИ ГАРАЖА

В осенне-зимний период темнеет рано и поздно светает, поэтому освещение площадки перед воротами гаража становится актуальным. Осенью, поздним вечером перед заездом в гараж, после путешествия по грязным дорогам и лужам может возникнуть необходимость помыть автомобиль. Зимой, ранним утром, чистить снег перед воротами гаража удобнее, разумеется, при включенном освещении. Для этих целей (и для других целей тоже) был приобретен уличный светильник и установлен над воротами гаража:

Светильник представляет собой светодиодный прожектор, выпускаемый китайской конторой под брендом «ОНЛАЙТ». Его внешний вид и технические характеристики показаны на упаковке:

Через некоторое время эксплуатации возникла идея - управлять этим светильником дистанционно, т.е. не только тогда, когда находишься в гараже, но и с улицы. Если прожектор включить заранее, например, из кабины авто, на котором подъезжаешь к гаражу, то открывать ворота ключом при ярком освещении будет весьма комфортно. Для управления светильником был выбран следующий алгоритм работы:

1. Включение временной работы светильника – дистанционное;

2. Включение постоянной работы светильника – местное.

Таким образом, с улицы светильник можно включить только для временной работы, а переключить на постоянную работу (и обратно на временную) можно только в гараже. Время включенного состояния светильника для дистанционного управления подобрано практически и равно 5-ти минутам. Алгоритм индивидуальный и может быть заменен любым другим пользовательским алгоритмом.

Для исключения влияния погодных условий на стабильность работы в качестве управляющего выбран радиоканал, а для быстрой реализации проекта используется готовое решение – беспроводный звонок под торговым брендом «FORZA»:

 Заявленная дальность до 150 метров, но в действительности этот показатель можно смело делить на три. Для проекта были сделаны необходимые замеры режимов по постоянному току, показанные на РИС.1:

При нажатии на кнопку «ВЫЗОВ» от элемента питания типа «А23» схемой передатчика потребляется не более Iвкл=6,0mA. В режиме ожидания радиокоманды схема звонка потребляет от источника питания U=3V не более Iожидан=450мкА. При появлении радиокоманды звучит мелодия, при этом ток потребления увеличивается до нескольких десятков миллиампер. Число мелодий указанно на упаковке звонка и закодировано в цифрах, нанесенных на корпус микросхемы музыкального синтезатора. Мелодия для воспроизведения выбирается кнопкой «ВЫБОР МЕЛОДИИ». В исходном состоянии звуковые выходы SP1 и SP2 микросхемы имеют высокий импеданс (Z-состояние).

Принципиальная электрическая схема устройства дистанционного управления освещением, а также фрагмент схемы звонка изображены на РИС.2:

Антенный контур и ВЧ-усилитель приемника пусть останутся «черным ящиком» - они нас не интересуют. Рассмотрим работу оконечного каскада  - детектора D2-C10, формирующего огибающую принятого сигнала, составного ключа Q5-Q6 и микросхемы-синтезатора U1. В исходном состоянии (без сигнала) на конденсаторе С10 «дежурит» напряжение не более Uисх=0,4V, недостаточное для открытия транзистора Q5. Положительным смещением на базе через R13 (коллекторная нагрузка Q5) закрыт транзистор Q6. С появлением сигнала напряжение на C10 увеличивается до Uсигн=1,0…2,0V (зависит от качества приема) и транзистор Q5 открывается, поэтому открывается и транзистор Q6. Через открытый Q6 на вход 3U1 поступит напряжение, включающее режим воспроизведения. На выходах SP1 и SP2 появится противофазный ШИМ-сигнал, воспроизводимый динамиком BF1. Оставим транзистор Q5 на плате – он будет работать ключом запуска и, одновременно, буферным элементом между детектором приемника и устройством управления светильником. Нужно перерезать проводник, идущий на базу SMD-транзистора Q6 или, прислонив нагретое жало паяльника к транзистору, полностью удалить его с платы. Синтезатор мелодий U1 в исходном состоянии потребляет десятые единиц микроампер, поэтому его можно оставить. Дополнительно следует отпаять провода от динамика BF1 и светодиода D, в общем, подготовить плату для установки в корпус проектируемого устройства. С платы звонка должны отходить только три провода – питание ПЛЮС (+3V), питание МИНУС (общ) и ВЫХОД (коллектор Q5):

В основе устройства распространенный 555-й таймер, управляющий через оптрон механическим реле. Питается схема от сети ~220V через источник питания с балластным конденсатором, диодно-стабилитронным выпрямительным мостом и линейным стабилизатором напряжения.

1. Подключение устройства к сети ~220V.

Балластным конденсатором С1 и мостиком VD1-VD4 напряжение сети понижается и ограничивается на уровне U=10…11V. Конденсатор С4 сглаживает пульсации напряжения, которое дополнительно понижается и стабилизируется на уровне Uстаб=5V микросхемой DA1. Для питания приемника служит параметрический стабилизатор R5-VD5, формирующий Uстаб=3V. Резистор R1 разряжает С1 при отключении устройства от сети, а резистор R3 ограничивает ток через мост при первом включении, когда С1 еще разряжен. С появлением питания через SMD-резистор R13 (на плате звонка) и через резистор R4 зарядится конденсатор С3 до напряжения U=3V. На входе запуска TR таймера установится высокий уровень напряжения. Через R6 заряжается С5, поэтому на входе RES таймера некоторое время удерживается низкий уровень напряжения. Таймер DA2 устанавливается в исходное состояние, при котором на выходе OUT – лог.0. Светодиод в оптроне VS1 погашен, следовательно, реле К1 не сработано и на выходной розетке XS1 напряжение отсутствует. Средний потребляемый ток устройством в режиме ожидания радиокоманды не превышает Iоткл=35mA. Мигающий светодиод HL1 не получает питания, поэтому через замкнутый контакт SA1 и R9 на затворе транзистора VT1 установлен низкий уровень напряжения и он закрыт. Индикатор режима работы HL2 погашен. Конденсатор С6, подключенный к входу Сv, повышает устойчивость работы таймера, снижая возможные помехи.

2. Дистанционное управление светильником.

При нажатии кнопки «ВЫЗОВ» транзистор Q5 приемника откроется и через R4 разрядит конденсатор С3. Транзистор Q5 открыт все время, пока нажата кнопка  «ВЫЗОВ». Интегрирующая цепь R4-C3 играет роль защиты от ложных срабатываний, поэтому кнопку «ВЫЗОВ» надо удержать в нажатом положении не менее Т=0,2 секунд.  После этого произойдет запуск таймера DA2, включенного по схеме одновибратора. Внутренний разрядный транзистор закроется (вывод 7DA2 – коллектор) и конденсатор С8 начнет заряжаться через R7, т.е. начнется отсчет времени. На выходе OUT появится высокий уровень напряжения, который через ограничивающий ток R2 поступит на светодиод оптрона VS1. Срабатает реле К1 и его контактные группы К1.1 – К1.4 переключатся. На розетке XS1 появится напряжение ~220V, включающее светильник. Одновременно выходное напряжение таймера появляется на аноде мигающего светодиода HL1, который вместе с большим сопротивлением резистора R9 образует генератор импульсов. Когда HL1 вспыхивает, на затвор VT1 поступает высокий уровень напряжения и светодиод HL2 также вспыхивает. Частота вспышек может находиться в интервале F=1,5…2,5Гц. Измеренный ток потребления при сработанном реле К1 оказался немного меньше потребляемого тока в режиме ожидания команды и составил не более Iвкл=33mA. Через время Т=5 минут выход OUT принимает низкий уровень – реле К1 отключает светильник, индикатор HL2 гаснет, а внутренний разрядный транзистор открывается. Конденсатор С8 быстро разряжается и схема устройства готова к приему следующей радиокоманды.

3. Местное управление светильником.

Если переключатель SA1 перевести из положения Т=5min в положение T=const, то светильник включится и будет работать постоянно. Через диод VD6 на вход таймера поступит низкий уровень напряжения – таймер запустится, его выход OUT примет высокий уровень напряжения и реле К1 включит светильник. Через диод VD8 зашунтируется конденсатор С8 и его зарядка станет невозможной. Напряжение утечки неработающего светодиода HL1 (левый вывод R9 теперь никуда не подключен) откроет VT1, который включит индикатор HL2 постоянным свечением. Если переключатель SA1 вернуть в исходное состояние, то выключение светильника произойдет только через Т=5 минут, т.е. после зарядки конденсатора С8. Это значит, что можно не спеша выйти из гаража и при работающем прожекторе закрыть ворота на ключ, открыть дверь машины, сесть в нее и завести двигатель, а также, при необходимости, развернуться перед гаражом. Переключить светильник на постоянную работу можно и после подачи радиокоманды – во время включенного состояния светильника, при этом вспышки индикатора HL2 сменятся постоянным свечением.

4. Практическая конструкция устройства.

Схему устройства можно разместить в любом подходящем корпусе. В данном случае получился симбиоз стандартной розетки и пульта управления от какой-то детской игрушки:

Установленные на корпусе резиновый ввод для сетевого шнура, переключатель SA1 и предохранитель FU1:

Корпус розетки и корпус устройства кроме клеевого соединения для надежности дополнительно зафиксированы винтами с гайками. С помощью термоклея установлены крепежные стойки для крышки:

 Изготовленные платы бестрансформаторного источника питания с диодно-стабилитронным мостовым выпрямителем и устройства управления. Плата устройства пайкой фиксируется к контактам реле К1. На плате также установлены светодиод HL1, оптрон VS1 и ключ VT1:

Обе платы установлены в корпусе устройства:

Подключение проводов к выходной розетке XS1 и установка индикатора режима работы HL2:

Устройство полностью собрано и готово к проверке работоспособности:

Устройство с нижней крышкой. Проверка работоспособности устройства после завершения монтажа, измерение пятиминутного интервала времени:

5. Заключение.

На упаковке прожектора указан ток потребления Iпотр=0,24A при напряжении Uпит=230V. Однако, измеренный ток потребления оказался не более Iпотр.измер=0,164А. Сначала была версия, что напряжение в гараже занижено, но измерение показало, что напряжение соответствует Uпит.измер=233V. Вероятно, производитель указывает завышенные (с запасом) значения, либо совершенствует схему светодиодного драйвера, что маловероятно.

На схеме синим цветом показан переключатель SA2, которым можно сократить время выдержки таймера до Т=15 секунд. Переключатель может пригодиться для тестовых проверок устройства или для демонстрации работы в ускоренном режиме. Устройство не имеет гальванической развязки от сети ~220V, поэтому следует соблюдать осторожность, особенно в процессе отладки схемы. Микросхема аналогового таймера 555 очень подробно и с примерами практических конструкций описана в книге 5 И.П. Шелестова «Радиолюбителям полезные схемы». Издательство «СОЛОН-Пресс», Москва, 2003 год, стр. 108 – 236.

В заключении темы можно посмотреть ролик с демонстрацией работы устройства.