2010.08_Przełącznik do żyrandola.pdf

2948

Przełacznik do żyrandola

Do czego to służy?

W przypadku, kiedy chcemy zainstalować

nowy żyrandol, może się okazać, że insta-

lacja oświetleniowa w pomieszczeniu jest

niewystarczająca dla uzyskania jego pełnej

funkcjonalności. Dzieje się tak wtedy, gdy

instalacja oświetleniowa w pomieszczeniu ma

obwód przystosowany do obsługi oświetlenia

z jedną sekcją, podczas gdy nowy żyrandol

zawiera dwie sekcje. Mało kto będzie chciał

specjalnie kuć sufit i ścianę, aby poprawić

instalację na potrzeby nowego żyrandola,

stosując trójżyłowy przewód. W takich oko-

licznościach znacznie lepszym rozwiązaniem

będzie zastosowanie opisanego niżej układu

elektronicznego.

Pozwala on na sterowanie dwiema sekcjami

żyrandola, przy istniejącej instalacji 2-prze-

wodowej za pomocą włącznika jednym kla-

wiszem. Instalacja elektryczna pozostaje bez

zmian; konieczną modyfikacją staje się jedynie

zamontowanie układu blisko żyrandola.

Jak to działa?

Zasada działania urządzenia przedstawiona

została na diagramie stanów na rysunku 1 .

Mamy trzy podstawowe stany:

•

czerpane jest ze spadku napięcia na triaku T2,

który steruje sekcją S2 żyrandola. Ponieważ

spadek napięcia na triaku podczas jego pracy

przy kącie zapłonu równym zeru jest niewy-

starczający do zasilenia układu, konieczne

jest zwiększenie tego kąta. Odbywa się to

kosztem nieco mniejszej jasności sekcji S2.

Przebiegi napięć występujące w miejscach

zaznaczonych na rysunku 2 przedstawione

zostały na rysunku 3 w postaci obszarów

wypełnionych. Schemat ideowy pokazany

jest na rysunku 4 . Układ zawiera zasilacz

beztransformatorowy, w którym elementem

ograniczającym prąd jest kondensator C1.

Napięcie za kondensatorem jest prostowane i

stabilizowane na poziomie 4,5V w obwodzie

D1,D2. Niektórych Czytelników może zdzi-

wić fakt, że zasilacz jest po stronie masy, a

nie – jak zwykle – po stronie plusa zasilania.

Wynika to z chęci uproszczenia układu, a

bezpośrednio ze sposobu sterowania triaków,

o którym mowa dalej.

Pracą układu steruje mikrokontroler

ATtiny2313. Do układu dostarczany jest prze-

bieg synchronizacji z obwodu sekcji zawiera-

jącej T2, będący pełną sinusoidą o napięciu

sieci. Wejście mikrokontrolera, na które poda-

wany jest przebieg, nie zostaje uszkodzone,

ponieważ kiedy napięcie wzrośnie powyżej

napięcia zasilania, zadziałają obwody zabez-

pieczające i prąd popłynie do szyny zasilania.

Wysoka amplituda przebiegu synchronizacji

powoduje, że w zakresie progów przełącza-

nia wejścia U1 jest on bardzo podobny do

przebiegu trapezowego; wynika to z tego, że

pochodna sinusa ma w tym miejscu ekstre-

malne wartości. Gwarantuje to powtarzalność

wykrywania zera sieci przez mikrokontroler.

Rys. 2

230VAC

W³¹cznik oœwietlenia

Us2

Us1

Rys. 1

żyrandol włączony (L),

t>=2s

•

żyrandol jest zgaszony przez czas mniej-

szy od dwóch sekund (W),

żyrandol jest zgaszony (O).

Gdy żyrandol świeci, mamy trzy opcje:

•

Rys. 3

świeci pierwsza sekcja (L1),

•

świeci druga sekcja (L2),

Us1

świecą obie sekcje (L3).

Przełączanie między poszczególnymi sta-

nami odbywa się po każdym użyciu włącz-

nika światła. W szczególności przejścia

między stanami L odbywają się tylko

wtedy, gdy urządzenie jest w stanie W.

Urządzenie po wyłączeniu światła, czyli

będące w stanie „O”, zapamiętuje ostatni

stan żyrandola w pamięci nieulotnej.

Schemat blokowy układu został zapre-

zentowany na rysunku 2 . Układ jest włą-

czony szeregowo z żyrandolem. Każda

z dwóch sekcji żyrandola jest sterowana

osobnym triakiem. Zasilanie urządzenia

Us2

Opis diagramu:

L1 - œwieci siê pierwsza sekcja

L2 - œwieci siê druga sekcja

L3 - œwiec¹ siê obie sekcje

W1,W2,W3 - oczekiwanie po zgaszeniu œwiat³a

O1,O2,O3 - ¿yrandol zgaszony

t - czas, jaki up³yn¹³ od ostatniego zgaszenia œwiat³a

OFF - zgaszenie œwiat³a

ON - w³¹czenie œwiat³a

UT2

t0 t1

Sierpieñ 2010

Elektronika dla Wszystkich

•

L1 - œwieci siê pierwsza sekcja

L2 - œwieci siê druga sekcja

L3 - œwiec¹ siê obie sekcje

W1,W2,W3 - oczekiwanie po zgaszeniu œwiat³a

O1,O2,O3 - ¿yrandol zgaszony

t - czas, jaki up³yn¹³ od ostatniego zgaszenia œwiat³a

OFF - zgaszenie œwiat³a

ON - w³¹czenie œwiat³a

Wykaz elementów

dzenie. Z klasycznymi

żarówkami urządzenie

współpracuje bez żadnego

problemu, gorzej przed-

stawia się natomiast spra-

wa z wszelkiego rodzaju

świetlówkami. Obecnie w

UE trwa kampania wyco-

fywania klasycznych żaró-

wek: we wrześniu 2009

wycofane zostały żarówki

100W, taki sam los czeka

żarówki 75W (wrzesień

2010) i 60W (wrzesień

2011). Świetlówki kom-

paktowe, mające zastąpić

żarówki, niestety są bar-

dzo toporne, jeśli chodzi o

sterowanie elektroniczne,

w szczególności za pomo-

cą triaków. Nawet prosty

układ ON/OFF na triaku

nie z każdą świetlówką kompaktową będzie

działał. Dlatego też w układzie należy sto-

sować klasyczne żarówki, a w przypadku

świetlówek kompaktowych i żarówek LED

tylko takie, które mają możliwość pracy w

układach ze ściemniaczem, co jest zazwyczaj

zaznaczone na opakowaniu bądź w specyfika-

cji źródła światła.

Montaż układu przeprowadzamy na płytce

przedstawionej na rysunku 5 . Zaczynamy od

elementów najmniejszych, kończąc na naj-

większych. Należy zwrócić szczególną uwagę

na prawidłowy montaż elementów wchodzą-

cych w skład zasilacza, gdyż błędnie zmon-

towany może spowodować nadmierny wzrost

napięcia na elementach i w konsekwencji np.

eksplozję któregoś z nich.

Obwody łączące listwę zaciskową ARK

z triakami można nieco pogrubić dla zapew-

nienia lepszego połączenia elektrycznego, np.

wlutowując miedziany przewód.

Urządzenie montujemy w podsufitce

żyrandola. Płytka ma w środku otwór o śred-

nicy około 13mm, który służy do przeprowa-

dzenia zawieszenia żyrandola. Dla pewno-

ści można zaizolować powierzchnię układu,

narażoną na zestyk z elementami konstrukcji

żyrandola, np. obudowy triaków.

S 1

green

R1,R3 . . . . . . . . . 680k Ω 0,5W

R2 . . . . . . . . . . . . . 330 Ω 0,5W

R4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10k Ω

R5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470 Ω

C1 . . . . 470nF 250VAC MKP X2

C2,C3 . . . . . . . . . . 1000uF/16V

C4,C5 . . . . . . . . . . . . . . .100nF

C6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10nF

D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . C5V1

D2-D4 . . . . . . . . . . . . . 1N4001

D6 . . . . . . . . . . . . . . . LED green

U1 . . . . . . . . . . . . . . ATtiny2313

T1,T2 . . . . . . . . . . . . . . . .BT136

Z1 . . . . . . . . . . . . .zacisk ARK3

Podstawka 20PIN

ZA S

1N4001

ATtiny2313

S 2

RESET

VCC

470R

PD0

PB7(PCINT7)

10k

PD1

PB6

1N4001

XTAL2

PB5

BT136

XTAL1

PB4

PD2(INT0)

PB3

PD3(INT1)

PB2

R 3

100nF

PD4

PB1

PD5

PB0

R 1

680k/0.5W

GND

PD6

R 2

C 1

330R/0.5W

10nF

1N4001

470nF/250VAC

C5V1

1000uF/16V

100nF

Rys. 4

1000uF/16V

przerwania zerowany jest licznik

czasu t będący zmienną typu int.

Wartość tego licznika jest inkre-

mentowana wraz z wystąpieniem

przerwania od przepełnienia

TIMER0. Na podstawie wartości

licznika ustalane są kąty zapłonu triaków

T1 i T2 dla dodatniej i ujemnej połówki

sinusoidy (t1 i t2 na 3). Triaki sterowane są

za pomocą impulsów o czasie trwania około

0,5 ms.

Wart opisu jest sposób zapisu/odczy-

tu ostatniego stanu żyrandola z pamięci

EEPROM. Pamięć ta ma ograniczoną liczbę

cykli zapisu i według karty katalogowej dla

mikrokontrolera ATtiny2313 wynosi 10E4

razy. Gdybyśmy chcieli używać jednego

adresu w pamięci EEPROM do zapamię-

tania stanu żyrandola, zakładając 10-krotną

zmianę stanu żyrandola dziennie, otrzymuje-

my ponad 3 lata pracy. Nie jest to długi czas

i trzeba zastosować efektywniejszą metodę,

która pozwoli na dłuższe działanie urządzenia

bez awarii wynikłej z przekroczenia liczby

zapisów. Metoda użyta w programie zapisuje

stan na jednym ze 100 bajtów, cyklicznie

zmieniając adres. Jest to zatem lepsze rozwią-

zanie, bowiem pozwala na dłuższe użytkowa-

nie układu.

Mikrokontroler zawiera uruchomiony

watchdog, który zabezpiecza przed ewentu-

alnym zawieszeniem się programu. Watchdog

jest resetowany w najbardziej obciążonym

miejscu programu, czyli w przerwaniu od

przepełnienia timera TMR0.

Dioda świecąca LED informuje krótkim

błyśnięciem o starcie programu i poza tym nie

pełni innej funkcji.

Komplet podzespołów z

płytką jest dostęp ny

w sie ci han dlo wej AVT ja ko

kit szkolny AVT-2948.

Rys. 5

Triaki są sterowane bezpośrednio z por-

tów mikrokontrolera. Taki sposób sterowania

zdeterminował „odwrotny” układ zasilacza,

o którym mowa wcześniej. Powodem stoso-

wania ujemnych impulsów na bramkę tria-

ków jest najkorzystniejszy z naszego punktu

widzenia bilans wartości prądu sterującego

bramką. Według dokumentacji triaka BT136

najmniejsze prądy uzyskuje się właśnie przy

sterowaniu impulsem ujemnym.

Dość niekorzystne warunki zasilania

oraz sposób działania urządzenia wymusi-

ły zastosowanie w zasilaczu kondensatorów

filtrujących o dużych pojemnościach. Poza

stabilizacją napięcia zasilającego muszą one

dostarczać energii do układu wówczas, gdy

przechodzi on między stanami i nie jest

dostarczana energia z sieci. W układzie pro-

totypowym energia zgromadzona w konden-

satorach wystarczała na około 4s pracy po

odłączeniu zasilania.

Mikrokontroler zostaje automatycznie

zresetowany przy spadku napięcia zasilania

poniżej 1,8V.

Program zawarty w mikrokontrolerze

został napisany w języku C, w środowisku

AVRStudio i można go ściągnąć z Elportalu.

Synchronizacja układu w zerze sieci odby-

wa się w procedurach obsługi przerwania

PCINT7, które występuje przy pojawieniu się

ujemnych połówek sinusoidy. Po wystąpieniu

Piotr Wójtowicz

pw@elportal.pl

Montaż i uruchomienie

Zanim przejdziemy do montażu i uruchomie-

nia, należy zwrócić uwagę na pewne kwestie.

Pierwszą z nich jest bezpieczeństwo – układ

jest pod pełnym napięciem sieci i uruchamiać

go mogą tylko wykwalifikowane osoby, sto-

sując przy tym wszelkie wymagane środki

bezpieczeństwa.

Następną kwestią jest rodzaj źródeł świat-

ła, jakie mogą być obsługiwane przez urzą-

Uwaga! Podczas użytkowania urządze-

nia w jego obwodach występują napięcia

groźne dla życia i zdrowia. Osoby nie-

doświadczone i niepełnoletnie mogą wy-

konać je wyłącznie pod kierunkiem wy-

kwaliﬁ kowanego opiekuna, na przykład

nauczyciela.

Elektronika dla Wszystkich

Sierpieñ 2010

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: