So erstellen Sie ein Zeitrelais zum Selbermachen

Was ist ein Zeitrelais? Aktionsalgorithmus Zeitrelais einfach genug, aber manchmal kann es Bewunderung verursachen. Wenn wir uns an die alten Waschmaschinen erinnern, die liebevoll als "Eimer mit Motor" bezeichnet wurden, dann war die Wirkung des Zeitrelais sehr klar: Sie drehten den Knopf ein paar Zecken, etwas fing an zu ticken und der Motor startete.

Sobald der Griffzeiger die Skalenteilung Null erreichte, endete das Waschen. Später erschienen Autos mit zwei Timern - Waschen und Drehen. In solchen Maschinen wurden die Zeitrelais in Form eines Metallzylinders hergestellt, in dem der Uhrmechanismus verborgen war, und draußen gab es nur elektrische Kontakte und einen Steuerknopf.

Moderne Waschmaschinen - automatische Maschinen (mit elektronischer Steuerung) haben auch ein Zeitrelais, und es wurde unmöglich, es als separates Element oder Teil auf der Steuerplatine zu erkennen. Alle Zeitverzögerungen werden programmgesteuert mit dem Steuermikrocontroller ermittelt. Wenn Sie sich den Zyklus der automatischen Waschmaschine genau ansehen, kann die Anzahl der Zeitverzögerungen einfach nicht gezählt werden. Wenn alle diese Zeitverzögerungen in Form eines Uhrwerks der oben genannten durchgeführt würden, wäre einfach nicht genügend Platz im Körper der Waschmaschine.

Zeitrelais Sie werden nicht nur in Waschmaschinen, beispielsweise in Mikrowellenherden, eingesetzt. Mit Hilfe von Zeitverzögerungen wird nicht nur die Betriebszeit geregelt, sondern auch die Heizleistung. Dies geschieht wie folgt: Die HF-Spannung wird 5 Sekunden lang eingeschaltet und 5 Sekunden lang ausgeschaltet. Die durchschnittliche Heizleistung beträgt in diesem Fall 50%. Um 30% Leistung zu erhalten, reicht es aus, den RF 3 Sekunden lang einzuschalten. Dementsprechend befindet sich die Hochfrequenzlampe im ausgeschalteten Zustand 7 Sekunden lang. Natürlich können diese Zahlen unterschiedlich sein, zum Beispiel 50 und 50 oder 30 und 70, nur hier wird das Verhältnis der Ein-Aus-Zeit der HF gezeigt.

Die Erwähnung alter Waschmaschinen wird aus einem bestimmten Grund gegeben. In diesem Beispiel können Sie hier sehen und sogar mit Ihren Händen fühlen, wie das Zeitrelais funktioniert.

Das Drehen der Kurbel im Uhrzeigersinn ist nichts anderes als eine Verschlusszeit. Der Aktuator (Elektromotor) wird sofort eingeschaltet. Die Verschlusszeit, in diesem Fall in Minuten, bestimmt den Drehwinkel des Griffs. Somit werden zwei Aktionen gleichzeitig ausgeführt: Laden der Belichtungszeit und tatsächliches Starten der Zeitverzögerung selbst. Nach Ablauf der eingestellten Zeit wird der Antrieb ausgeschaltet. Alle Zeitrelais oder Timer funktionieren sogar ungefähr, auch diejenigen, die darin versteckt sind Mikrocontroller (MK).

Vom Uhrwerk zur Elektronik

So erhalten Sie eine Zeitverzögerung mit MK

Die Geschwindigkeit des modernen MK ist sehr hoch, bis zu mehreren zehn Mips (Millionen von Operationen pro Sekunde). Es scheint, dass es vor nicht allzu langer Zeit einen Kampf um 1 Mips auf PCs gab. Jetzt erfüllen auch veraltete MKs, zum Beispiel die 8051-Familie, diese 1 Mips problemlos. Somit dauert es genau eine Sekunde, um 1.000.000 Operationen abzuschließen.

Hier eine scheinbar vorgefertigte Lösung, wie man eine Zeitverzögerung bekommt. Führen Sie dieselbe Operation einfach millionenfach durch. Dies kann ganz einfach erfolgen, wenn diese Operation im Programm wiederholt wird. Das Problem ist jedoch, dass MK zusätzlich zu dieser Operation für eine Sekunde nichts anderes tun kann. Hier haben Sie die Errungenschaft des Ingenieurwesens, hier haben Sie Mips! Und wenn Sie eine Verschlusszeit von mehreren zehn Sekunden oder Minuten benötigen?

Timer - ein Gerät zum Zählen der Zeit

Um eine solche Verlegenheit zu vermeiden, hat sich der Prozessor nicht einfach so aufgewärmt und einen unnötigen Befehl ausgeführt, der nichts Nützliches bewirken würde. In der Regel wurden mehrere Zeitgeber in den MK eingebaut.Wenn Sie nicht auf Details eingehen, ist der Timer ein Binärzähler, der die Impulse zählt, die von einer speziellen Schaltung im MK erzeugt werden.

Beispielsweise wird in der MK-Familie 8051 ein Zählimpuls erzeugt, wenn jeder Befehl ausgeführt wird, d.h. Der Timer zählt einfach die Anzahl der ausgeführten Maschinenbefehle. Währenddessen ist die Zentraleinheit (CPU) leise mit der Ausführung des Hauptprogramms beschäftigt.

Angenommen, der Timer beginnt von Null an zu zählen (es gibt dafür einen Zählerstartbefehl). Jeder Impuls erhöht den Inhalt des Zählers um eins und erreicht schließlich den Maximalwert. Danach wird der Inhalt des Zählers zurückgesetzt. Dieser Moment wird als "Gegenüberlauf" bezeichnet. Dies ist genau das Ende der Zeitverzögerung (denken Sie an die Waschmaschine).

Angenommen, der Timer ist 8-Bit, dann kann er verwendet werden, um einen Wert im Bereich von 0 bis 255 zu berechnen, oder der Zähler läuft alle 256 Impulse über. Um die Verschlusszeit zu verkürzen, reicht es aus, die Zählung nicht von vorne zu beginnen, sondern von einem anderen Wert aus. Um es zu erhalten, reicht es aus, diesen Wert zuerst in die Theke zu laden und dann die Theke zu starten (denken Sie erneut an die Waschmaschine). Diese vorinstallierte Zahl ist der Drehwinkel des Zeitrelais.

Mit einem solchen Timer mit einer Betriebsfrequenz von 1 Mips können Sie eine Verschlusszeit von maximal 255 Mikrosekunden erzielen. Sie benötigen jedoch einige Sekunden oder sogar Minuten. Was sollten Sie tun?

Es stellt sich heraus, dass alles ganz einfach ist. Jeder Timerüberlauf ist ein Ereignis, bei dem das Hauptprogramm unterbrochen wird. Infolgedessen wechselt die CPU zu der entsprechenden Unterroutine, die aus solch winzigen Ausschnitten mindestens bis zu mehreren Stunden und sogar Tagen beliebige hinzufügen kann.

Die Interrupt-Serviceroutine ist normalerweise kurz, nicht mehr als ein paar Dutzend Befehle. Danach kehrt das Hauptprogramm zurück, das weiterhin von derselben Stelle aus ausgeführt wird. Versuchen Sie diesen Auszug durch eine einfache Wiederholung der Befehle, über die es oben gesagt wurde! In einigen Fällen müssen Sie jedoch genau das tun.

Zu diesem Zweck gibt es in den Prozessorbefehlssystemen einen NOP-Befehl, der nichts tut, sondern nur Maschinenzeit benötigt. Es kann verwendet werden, um Speicher zu reservieren, und beim Erstellen von Zeitverzögerungen nur sehr kurze in der Größenordnung von einigen Mikrosekunden.

Ja, der Leser wird sagen, wie er gelitten hat! Von Waschmaschinen direkt zu Mikrocontrollern. Und was war zwischen diesen Extrempunkten?

Was sind Zeitrelais?

Wie bereits erwähnt, Die Hauptaufgabe des Zeitrelais besteht darin, eine Verzögerung zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal zu erhalten. Diese Verzögerung kann auf verschiedene Arten erzeugt werden. Die Zeitrelais waren mechanisch (bereits am Anfang des Artikels beschrieben), elektromechanisch (ebenfalls basierend auf einem Uhrwerk, nur die Feder wird von einem Elektromagneten gewickelt) sowie mit verschiedenen Dämpfungsvorrichtungen. Ein Beispiel für ein solches Relais ist der in Abbildung 1 gezeigte pneumatische Zeitschalter.

Zeichnen 1. Pneumatisches Zeitrelais.

Das Relais besteht aus einem elektromagnetischen Antrieb und einem pneumatischen Aufsatz. Die Relaisspule ist bei Betriebsspannungen von 12 ... 660 V AC (16 Gesamtnennwerte) mit einer Frequenz von 50 ... 60 Hz erhältlich. Je nach Version des Relais kann die Verschlusszeit entweder beim Auslösen oder beim Loslassen des elektromagnetischen Antriebs beginnen.

Die Zeit wird durch eine Schraube eingestellt, die den Querschnitt des Lochs reguliert, damit Luft aus der Kammer austritt. Die beschriebenen Zeitrelais unterscheiden sich in nicht sehr stabilen Parametern, daher werden nach Möglichkeit immer elektronische Zeitrelais verwendet. Gegenwärtig sind solche mechanischen und pneumatischen Relais möglicherweise nur in alten Geräten zu finden, die noch nicht durch moderne Geräte ersetzt wurden, und sogar in einem Museum.

Elektronische Zeitrelais

Möglicherweise war eine der häufigsten Relais der Serien VL-60 ... 64 und einige andere, beispielsweise die Relais VL-100 ... 140.Alle diese Timer wurden auf einem speziellen Chip KR512PS10 aufgebaut. Das Erscheinungsbild des Freileitungsrelais ist in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2. Zeitrelais Serie VL.

Die Schaltung des Zeitrelais VL-64 ist in Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 3 Schema des Timers VL - 64

Wenn dem Eingang über die Gleichrichterbrücke VD1 ... VD4 eine Spannung zugeführt wird, wird die Spannung über den Stabilisator des Transistors KT315A dem DD1-Chip zugeführt, dessen interner Generator beginnt, Impulse zu erzeugen. Die Frequenz der Impulse wird durch einen variablen Widerstand PPB-3B (der auf der Vorderseite des Relais angezeigt wird) geregelt, der in Reihe mit einem Zeitkondensator mit 5100 pF geschaltet ist, der eine Toleranz von 1% und eine sehr kleine TKE aufweist.

Die empfangenen Impulse werden von einem Zähler mit variablem Teilungskoeffizienten gezählt, der durch Umschalten der Anschlüsse der Mikroschaltung M01 ... M05 eingestellt wird. Beim Relais der VL-Serie wurde diese Umschaltung werkseitig durchgeführt. Das maximale Teilungsverhältnis des gesamten Zählers erreicht 235.929.600. Laut Dokumentation für die Mikroschaltung kann bei einer Frequenz des Master-Oszillators 1 Hz die Verschlusszeit mehr als 9 Monate erreichen! Laut den Entwicklern ist dies für jede Anwendung völlig ausreichend.

Pin 10 des END-Chips ist das Ende der Verschlusszeit, verbunden mit Eingang 3 - ST Start - Stopp. Sobald am END-Ausgang eine Spannung mit hohem Pegel auftritt, stoppt die Impulszählung und am 9. Ausgang von Q1 erscheint eine Spannung mit hohem Pegel, wodurch der Transistor KT605 geöffnet und das an den Kollektor KT605 angeschlossene Relais ausgelöst wird.

Moderne Zeitrelais

In der Regel werden auf MK gemacht. Es ist einfacher, eine vorgefertigte proprietäre Mikroschaltung zu programmieren, ein paar Tasten und eine digitale Anzeige hinzuzufügen, als etwas Neues zu erfinden und dann auch die Zeit zu optimieren. Ein solches Relais ist in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4 Mikrocontroller-Zeitrelais

Warum ein Do-it-yourself-Zeitrelais?

Und obwohl es so viele Zeitschaltuhren gibt, fast für jeden Geschmack, muss man zu Hause manchmal etwas Eigenes tun, oft sehr einfach. Aber solche Entwürfe rechtfertigen sich oft vollständig und vollständig. Hier sind einige davon.

Sobald wir gerade den Betrieb des KR512PS10-Mikroschaltkreises als Teil des Freileitungsrelais untersucht haben, müssen wir anfangen, Amateurschaltungen daraus zu ziehen. Abbildung 5 zeigt die Timer-Schaltung.

Abbildung 5. Timer am KR524PS10-Mikrokreis.

Die Mikroschaltung wird vom parametrischen Stabilisator R4, VD1 mit einer Stabilisierungsspannung von etwa 5 V gespeist. Zum Zeitpunkt des Einschaltens erzeugt die Schaltung R1C1 einen Rücksetzimpuls für die Mikroschaltung. Dies startet den internen Generator, dessen Frequenz durch die R2C2-Kette eingestellt wird, und der interne Zähler der Mikroschaltung beginnt, Impulse zu zählen.

Die Anzahl dieser Impulse (Zählerteilungsverhältnis) wird durch Umschalten der Klemmen der Mikroschaltung M01 ... M05 eingestellt. Bei der im Diagramm angegebenen Position beträgt dieser Koeffizient 78643200. Diese Anzahl von Impulsen bildet die gesamte Periode des Signals am END-Ausgang (Pin 10). Pin 10 ist mit Pin 3 ST (Start / Stopp) verbunden.

Sobald der END-Ausgang auf einen hohen Pegel eingestellt ist (eine halbe Periode wurde gezählt), stoppt der Zähler. Gleichzeitig stellt der Ausgang Q1 (Pin 9) auch einen hohen Pegel ein, der den Transistor VT1 öffnet. Über einen offenen Transistor wird das Relais K1 eingeschaltet, das die Last mit seinen Kontakten steuert.

Um die Zeitverzögerung zu starten, reicht es aus, das Relais kurz aus- und wieder einzuschalten. Das Zeitdiagramm der END- und Q1-Signale ist in Abbildung 6 dargestellt.

Abbildung 6. Zeitdiagramm der END- und Q1-Signale.

Mit den im Diagramm angegebenen Werten der R2C2-Steuerkette beträgt die Generatorfrequenz etwa 1000 Hz. Daher beträgt die Zeitverzögerung für den angegebenen Anschluss der Klemmen M01 ... M05 etwa zehn Stunden.

Um diese Verschlusszeit fein einzustellen, sollten Sie Folgendes tun. Verbinden Sie die Klemmen M01 ... M05 mit der Position "Seconds_10", wie in der Tabelle in der Abbildung gezeigt 7.

Abbildung 7. Timer-Einstellungstabelle (Klicken Sie auf das Bild, um es zu vergrößern).

Drehen Sie bei dieser Verbindung den variablen Widerstand R2, um die Verschlusszeit für 10 Sekunden einzustellen. per Stoppuhr. Schließen Sie dann die Klemmen M01 ... M05 an, wie in der Abbildung gezeigt.

Ein weiteres Diagramm für KR512PS10 ist in Abbildung 8 dargestellt.

Abbildung 8 Chip-Zeitrelais KR512PS10

Ein weiterer Timer auf dem KR512PS10-Chip.

Lassen Sie uns zunächst den KR512PS10 genauer betrachten, die END-Signale, die überhaupt nicht angezeigt werden, und das ST-Signal, das einfach mit einem gemeinsamen Draht verbunden ist, der einem logischen Nullpegel entspricht.

Mit diesem Einschalten stoppt der Zähler nicht, wie in Abbildung 6 gezeigt. Die Signale END und Q1 werden zyklisch fortgesetzt, ohne anzuhalten. Die Form dieser Signale wird ein klassischer Mäander sein. Somit stellte sich heraus, dass es sich nur um einen Generator von Rechteckimpulsen handelte, dessen Frequenz durch einen variablen Widerstand R2 gesteuert werden kann, und dass der Zählerteilungsfaktor gemäß der in 7 gezeigten Tabelle eingestellt werden kann.

Kontinuierliche Impulse vom Ausgang von Q1 gehen zum Zähleingang des Dezimalzählers - Decodierers DD2 K561IE8. Die eingeschaltete R4C5-Kette setzt den Zähler auf Null zurück. Infolgedessen erscheint am Ausgang des Decoders „0“ (Pin 3) ein hoher Pegel. An den Ausgängen 1 ... 9 niedrige Pegel. Mit dem Eintreffen des ersten Zählimpulses bewegt sich ein hoher Pegel zum Ausgang "1", der zweite Impuls setzt einen hohen Pegel am Ausgang "2" und so weiter bis zum Ausgang "9". Dann läuft der Zähler über und der Zählzyklus beginnt von neuem.

Das resultierende Steuersignal über den Schalter SA1 kann dem Klangerzeuger an den Elementen DD3.1 ... 4 oder dem Relaisverstärker VT2 zugeführt werden. Die Zeitverzögerung hängt von der Position des Schalters SA1 ab. Mit den im Diagramm angegebenen Klemmenanschlüssen M01 ... M05 und den Parametern der R2C2-Steuerkette können Zeitverzögerungen zwischen 30 Sekunden und 9 Stunden erzielt werden.

Boris Aladyshkin