Предисловие к русскому изданию
Рис. 129. Электрическая схема автоматического устройства для полива цветов
жүктеу/скачать 1.54 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Рис. 132. Важнейшие электробытовые приборы для домашнего хозяйства
- Рис. 141. Схема регулирования температуры воды в стиральной машине
- Рис. 142. Схема электронного управления двигателем стиральной машины
- Рис. 143. Принципиальная схема электронной установки уровня воды
- Рис. 144. Измерение влажности белья в сушильных автоматах!
- Глава 3. Бытовая электроника
- OCR Pirat
Рис. 129. Электрическая схема автоматического устройства для полива цветовВо время летних отпусков полив домашних цветов доставляет много забот. На рис. 128 показана схема устройства, пригодного для автоматического полива больших растений (например, пальмы). В грунт глиняного цветочного горшка помещены два чувствительных зонда (датчика) из медной проволоки, фиксирующих сопротивление грунта. Зонды диаметром 5 мм и длиной 5 см должны быть воткнуты в землю на расстоянии нескольких сантиметров друг от друга. Вода в землю подается электронасосом по резиновой трубке, которая должна находиться от ближайшего чувствительного зонда на расстоянии 7 — 8 см. 
Рис. 130. Автоматическое устройство для полива цветоз; а — печатная плата; б — монтажная схема (М1;1) Когда растению будет не хватать влаги, т. е. земля достаточно высохнет, сопротивление между зондами увеличивается. Тогда через контакт реле регулировочного блока электронасос получает питающее напряжение и подает в землю из резервуара необходимое количество воды. Одновременный автоматический полив нескольких растений можно осуществить, последовательно соединив несколько чувствительных зондов и сделав соответствующее распределение воды на выходе из насоса либо же одновременно используя несколько насосов. Принципиальная схема автоматического устройства для полива цветов изображена на рис. 129. Она построена на двух интегральных микросхемах типа CD4001. Конечно, можно использовать и другие подобные логические схемы ИЛИ — НЕ (NOR). Когда выходной уровень делителя напряжения (который состоит из потенциометра Р, резистора Rl, a также сопротивления земли между чувствительными зондами) превысит 4,2 В, то на выводе 5IC1 будет О, транзистор 77 через несколько секунд откроется. Это время определяется звеном R3 — С1. Одновременно переключается моностабильный мультивибратор интегральной микросхемы IC2, состоящей из двух узлов совместно с цепочкой R5 — С2, и примерно на 95 с блокирует вход 13 IC1. 
Рис. 131. Схема разводки автоматического устройства для полива цветов: I — штепсельное гнездо; II — потенциометр настройки чувствительности; III — переключатель Когда транзистор 77 открывается, реле J срабатывает и приводит в действие электронасос, который подает воду. В течение 95 с происходит подача воды. Если за это время сопротивление земли не понизится в достаточной степени, цикл повторяется. Однако, если на выводе 3 IC1 появляется логическая 1, подача воды приостанавливается до тех пор, пока снова на этом выводе не восстановится 0. Нерабочее время может быть уменьшено приблизительно до 15 с, если параллельно резистору R5 подключить резистор на 120 кОм. Печатная плата и монтажная схема регулировочного блока приведены на рис. 130, а общая схема — на рис. 131. Глава 3 БЫТОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 3.1. МИКРО-ЭВМ В БЫТОВОЙ ТЕХНИКЕ И в бытовой технике все более широкое применение находят микропроцессоры. Гигантское развитие электроники, стремительный прогресс в области миниатюризации и необходимость экономии электроэнергии поставили перед конструкторами бытовой электротехники новые задачи. К машинам для бытового пользования, где применяется электроника, могут быть отнесены, например, стиральные автоматы (которые освобождают хозяйку от замачивания белья, стирки, полоскания, сушки, а также и от подогрева воды), сушилки для одежды, гладильные машины, микроволновые плиты, посудомоечные автоматы, различного типа холодильники, морозильники, пылесосы, кондиционеры, термокастрюли и др. (рис. 132). Бытовая техника (машины и приборы) значительно облегчает работу современной домохозяйки. Известно, что еще несколько лет назад все задачи по управлению и регулированию каких-либо процессов решались в бытовых электротехнических приборах при помощи электрических и электромеханических элементов. Теперь все шире используют для этого электронику. В ближайшем будущем применение электронных схем управления и регулирования произведет революцию в промышленности, выпускающей товары бытовой техники. В этой главе мы знакомим читателей с теми важнейшими функциями, которые становятся выполнимыми благодаря применению электроники в бытовых машинах и приборах. Конечно, мы не будем описывать конструкцию всех устройств, наша цель, скорее, — пробудить интерес к конструированию таких устройств. Ключевыми элементами новой техники являются интегральные микросхемы, микропроцессоры и запоминающие устройства. Микро-ЭВМ на основе этих элементов дополняются другими составными устройствами, обеспечивающими возможность программирования. Следует упомянуть также о том, что новейшую микроэлектронику целесообразно использовать там, где она выгодно отличается от традиционных электрических и электромеханических устройств. Основными преимуществами микроэлектронной техники являются: высокая надежность, многофункциональность, малое потребление энергии, слабое влияние на окружающую среду (например, работает она практически бесшумно), износостойкость, так как в ней нет подвижных механических узлов, обычных для электрического прибора. 
Рис. 132. Важнейшие электробытовые приборы для домашнего хозяйства
Рис. 133. Поток информации в бытовых машинах с микропроцессорным управлениемНа рис. 133 изображена схема распределения потока информации бытового электроагрегата (на примере стиральной или посудомоечной машины), управляемого с помощью микро-ЭВМ. Ввод данных осуществляется человеком посредством сенсорных и кнопочных переключателей, а также датчиками импульсов. Введенную в микро-ЭВМ информацию и команды надо хранить, анализировать и обрабатывать. Человек воспринимает подтверждающие получение информации, контрольные и предупредительные сигналы, поступающие на соответствующие индикаторы (лампы накаливания, звонки и т. д.). Данные измерений (температура, давление, уровень воды, жесткость воды и т. д.), полученные микропроцессором, сравниваются с заранее установленными значениями. При возникновении различий между этими данными на реле и переключатели поступают соответствующие команды управления. 
Рис. 134. Расчетное распределение стоимости электронных устройств бытовой техники (по данным 1984 г.) При создании бытовых электроприборов должны учитываться следующие условия: во-первых, возросшие требования пользователя (например, комфортность, высокая надежность, простота и удобство пользования, современный дизайн; во-вторых, уровень развития полупроводниковой технологии; в-третьих, экологические требования (например, низкое энергопотребление, бесшумность работы и т. д.). В будущем микроэлектроника сделает возможным введение в управление и регулирование программы и характеристики с любой возможной комбинацией. Задачей промышленности будет составление таких программ, которые были бы оптимальны для пользователя. Разработчики стремятся, скорее, к упрощению, чем к усложнению обращения с приборами. Управление современными бытовыми приборами или машинами в то же время не должно быть настолько сложным, чтобы с ним пользователь не справился. На рис. 134 дано расчетное распределение стоимости электронных устройств для бытовой электротехники. Микро-ЭВМ составляют только 10 % общей стоимости. Как видно из рисунка, технологическая стоимость датчиков (сенсорных) и, прежде всего, переключателей мощности не уменьшилась с уменьшением цен на микро-ЭВМ. Так что в настоящее время промышленность располагает только условно экономичными датчиками, благодаря которым могут полностью реализоваться достоинства микро-ЭВМ. Сейчас развитие производства такой техники идет различными путями. На рис. 135 приведена структура интегральной микросхемы КМОП-типа, используемой для управления крупными машинами бытового назначения. Все функции контроля и соблюдения заданного режима выполняет интерфейсная электроника. Такая интегральная микросхема спроектирована для стиральных, посудомоечных машин и сушилок для одежды. Можно считать, что в ближайшем будущем автономные микро-ЭВМ будут регулировать климатические условия в помещении, следить за освещением и бытовыми электроприборами. Начало уже положено современными стиральными машинами, сушилками, холодильниками, термокастрюлями и т. д. Кроме того, в наших домах все более важную роль будут играть электронные устройства защиты от проникновения посторонних лиц и противопожарная сигнализация.
В новейших стиральных машинах пользователь только устанавливает вид стирки, а все остальные решения принимает микро-ЭВМ. Приборы третьего поколения уже выбирают наиболее экономичный режим, блокируют неправильное обращение с машиной и тем самым исключают лишний расход энергии. Фирмой Siemens (при участии домашних хозяек) разработана специальная эксплуатационная логика для бытовых электроприборов. За доли секунды микро-ЭВМ рассчитывает по первоначально введенным данным оптимальную для соответствующей нагрузки программу. На рис. 136 показана структурная схема стиральной машины с управлением при помощи микропроцессора. 
Рис. 136. Структурная схема (деталь) стиральной машины с микропроцессорным управлением 
Рис. 137. Функциональная программа стиральной машины, управляемой с помощью микро-ЭВМ Входными приборами здесь являются датчик темпера-туры стирального (щелочного) раствора и селективный переключатель программы стирки, а также различные контакты предохранительного блока. Они постоянно посылают в микро-ЭВМ информацию о состоянии окружающей среды, которая необходима для правильного выполнения стиральной машиной своих функций. На их основе рабочая программа рассчитывает входные данные, по которым выходные приборы осуществляют соответствующие операции. Например, рабочая программа стиральной машины запрашивает термодатчик о температуре в данный момент. Если температура воды для стирки соответствует заранее установленной, микро-ЭВМ дает команду на прерывание цепи триака ;(или магнитного пускателя) и отключение подогрева. 
Рис. 138. Входные и выходные сигналы микропроцессора типа ITT7150 фирмы ITT 
Рис. 139. Принципиальная электрическая схема стирального автомата с микропроцессором типа ITT7150: 1 — фильтр; 2 — контакт закрытия двери; 3 — магнитные клапаны; 4 — двига-тель для отсоса; 5 — основной двигатель; б — тахометр; 7 — блокировочная дверь; 8 — модуль управления частотой вращения двигателя; 9 — предварительная стирка; а — часы; б — магнитные клапаны; в — подогрев; г — скорость стирки; д — уровень воды; е — температура; ж — предварительная стирка; з — насос; и — направление; к — VDD; л — VSS; M — Управление частотой вращения; « — сброс; о — закрытие двери На рис. 137 приведены задачи, включаемые в программу стиральной машины, управляемой с помощью микро-ЭВМ. Каждый блок выдает командный сигнал (или группу сигналов) на осуществление указанных функций. Прямоугольники означают запланированные операции, т.е. задачи, ром: бы — решения, которые на основе текущего состояния программы разрешают дальнейшее ее выполнение по какому-либо направлению. При помощи такого условного разветвления может быть реализована последовательность, при которой процессор только тогда дает команду на выполнение следующей операции, когда выполняется заранее поставленное условие. (В рассматриваемом случае, когда, например, температура воды достигла заданного значения.) 
Рис. 140. Схема распределения водных потоков в посудомоечной машине: 1 — подвод воды; 2 — магнитный клапан; 3 — насос циркуляции воды; 4 — отсасывающий насос; 5 — переключатель уровня; 6 — магнитный клапан для установки смягчения воды; 7 — емкость с химическими средствами для смягчения воды; 8 — емкость для смягчающей массы На рис. 138 приведены входные и выходные сигналы микропроцессора типа ITT7150 фирмы ITT для обеспечения выполнения стиральной машиной простейших операций. На рис. 139 представлена схема соединений стиральной машины, снабженной этим микропроцессором. 
Рис. 141. Схема регулирования температуры воды в стиральной машинеСовременные стиральные машины можно усовершенствовать, учитывая в программе стирки объем загружаемого белья, степень его загрязненности, жесткость воды и автоматический долив воды при необходимости выдержать заданную концентрацию стирального раствора. Электронные датчики определяют температуру воды, щелочность раствора и степень его однородности. На основе этой информации можно рассчитать и отрегулировать оптимальный расход энергии, количества воды и моющих средств. Блок индикации дает пользователю информацию о состоянии режима и окончании стирки. При этом стиральный автомат запрашивает пользователя о вводе необходимых команд управления. В современных посудомоечных машинах барабан заменен водораспределяющей системой (рис. 140). В баке такой машины внизу, вверху и между стойками, где размещена грязная посуда, предусмотрены вращающиеся трубки для разбрызгивания воды. Моющий раствор подается к ним насосом, который через фильтр отсасы-. вает воду из углубления в баке. Для стиральных и моечных автоматов разработаны программы, включающие ряд последовательных операций выполнения заданного режима. 
Рис. 142. Схема электронного управления двигателем стиральной машиныЭлектронное регулирование подогрева воды. Водопроводная вода в стиральных и посудомоечных машинах должна быть нагрета до определенной температуры, поддерживаемой в течение заданного времени. Наибольшая эффективность моющих средств в зависимости от вида белья и состава стирального раствора обеспечивается в области температур от 30 до 90 °С. Подогрев раствора осуществляется посредством электронагревателей мощностью 1,5 — 3 кВт, снабженных радиаторами. Схема, применяемая для регулирования температуры воды, изображена на рис. 141. В качестве термодатчика здесь использован термистор с отрицательным температурным коэффициентом. При помощи переключателя возможна установка трех значений температуры. Транзисторы Т1 и Т2 образуют дифференциальный усилитель, благодаря чему регулировочная цепь нечувствительна к колебаниям температуры окружающего воздуха и питающего напряжения. 
Рис. 143. Принципиальная схема электронной установки уровня водыВ новейших стиральных машинах мы уже встречаем схемы регулирования температуры воды с управлением (регулировкой) посредством тиристоров и триаков. Управление двигателем. Для стирки различных видов белья требуются разные частоты вращения барабана стиральной машины. На рис. 142 приведена схема электронного управления двигателем такой машины. Двигатель машины подключен к диагонали диодного моста, направление тока ротора определяется полярностью управляющего напряжения. Частота вращения барабана устанавливается переключателем. В цепь двигателя в течение полупериода напряжения включается тиристор, резистор R служит для ограничения тока. Выделяемая им теплота также идет на подогрев стирального раствора. Электронное регулирование уровня воды. В посудомоечных и особенно стиральных машинах требуется оп-ределенное количество воды. При электронном регулировании уровня воды используют принцип различной электропроводности воздуха и стирального раствора. Для этого в бак помещают обычные уровневые электроды. Когда поднимающийся уровень воды достигает такого электрода, на входе соответствующего элект-эонного устройства появляется потенциал корпуса. Тог-ia реле в выходном каскаде возбуждается и магнитный клапан подачи воды выключается (рис. 143). 3.2.2. СУШИЛЬНЫЕ АВТОМАТЫ Просушивая белье в центрифуге, мы все же не получаем нужной степени сухости. Белье, как правило, надо еще досушивать. Наряду с уже существующими центрифугами быстрого вращения имеются автоматические сушильные аппараты с обдувом белья горячим воздухом. В них белье, точно так же как и в стиральной машине, находится во вращающемся барабане с отверстиями, куда вентилятор нагнетает горячий воздух. Регулирование температуры воздуха обеспечивается электронными термостатами. Когда остаточная влажность белья достигнет заданного уровня, автомат переключается на обдув белья холодным воздухом. 
Рис. 144. Измерение влажности белья в сушильных автоматах!а — путем измерения сопротивления; б — при помощи конденсатора (по его разряду) Степень влажности белья находится в пропорциональной зависимости от электрического сопротивления материала. Во время сушки цепь из электронных приборов постоянно измеряет все увеличивающееся электрическое сопротивление белья при помощи электродов, размещенных в изолированных ребрах барабана. Эти электроды соединены с электронным устройством через контактные кольца (рис. 144, а). При движении барабана белье касается металлических электродов, таким образом, из множества измеренных значений электрического сопротивления интегрированием получают среднее, которое и используется автоматическим устройст. вом для регулирования процесса сушки. Остаточную влажность белья можно измерить и при помощи конденсатора (по его разряду). Для этого в одно из ребер барабана помещают конденсатор (рис. 144, б). При каждом обороте барабана он сначала заряжается через контактные кольца до уровня рабочего напряжения. Затем влажное белье и конденсатор через пару контактных колец подключаются к входу схемы электронного управления. Заряд конденсатора определяется степенью влажности белья. Он разряжается тем быстрее, чем влажнее белье. Если оно сухое, то конденсатор не разряжается. Электронная схема выдает при этом соответствующий сигнал, и процесс сушки прекращается, а начинается обдув белья холодным воздухом. Сейчас уже и сушильные автоматы выпускаются с микропроцессорным управлением. Так что достоинства, теречисленные при описании стиральных машин (удоб-тво обслуживания, эффективность), могут быть реали-ованы и здесь. 3.2.3. ДУШ С ЭЛЕКТРОННЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ Электроника применяется и в установках личной гигиены. На рис. 145, а изображена распределительная головка так называемого контрастного душа с электронным регулированием. Электронная схема с помощью коротких регулируемых импульсов попеременно включает то горячую, то холодную воду, добиваясь таким образом массирующего воздействия на кожу и стимулирования кровообращения. В распределительной готовке душа (рис. 145, б) находится устройство для подачи импульсов, краны для горячей и холодной воды, один трехпозиционный кран (для разных видов душа) и контрольные лампы. Узел распределения воды состоит из смесителя и двух магнитных клапанов. Верхний непосредственно подключен к трубопроводу с холодной водой, а нижний расположен в трубопроводе с горячей водой. 
Рис. 145. Душ с электронной регулировкой: a — распределительная головка; 6 — структурная схема; в — схема соединений Устройство для подачи импульсов, состоящее из мультивибратора (рис. 145, в), обеспечивает в соответствии с установленным временем попеременное открывание то одного, то другого магнитного клапана, добиваясь, что-бы вода выходила из душа порциями, как бы пульсируя. ели не учитывать механизм установки времени, то введенная схема не является особенно сложной. Обмотки возбуждения магнитных клапанов находятся в коллекторной цепи транзисторов 77 и Т2. Параллельно обмоткам подсоединены контрольные лампы. Одновременно они служат для выравнивания пиков индуктивного (отключающего) напряжения. Периодичность импульсов определяется элементами R6t R7, С2 и D2. Продолжительность импульса для холодной воды устанавливается при помощи потенциометра R7. Цепь питания переменного напряжения 24 В включается выключателями. Переменное напряжение выпрямляется диодом D1 и сглаживается конденсатором С1. 3.2.4. СУШИЛКИ ДЛЯ ВОЛОС На рис. 146 представлена интересная регулировочная схема, применяемая в сушилках для волос. Здесь фильтр, находящийся в сушильном колпаке, измеряет степень влажности воздуха. При определенном уровне влажности прибор отключается. Принцип измерения основан на том, что сопротивление термистора зависит от температурного воздействия обдувающего головку воздуха. Изображенный на рисунке пороговый выклю- 3.2.5. ЭЛЕКТРОПЕЧИ Электропечь принадлежит к традиционным бытовым приборам. Не вызывает сомнений, что нужны такие схемы, которые смогли бы полностью автоматически осуществлять программу варки или жарения, без всякого вмешательства человека. Это становится возможным благодаря применению микро-ЭВМ. Бытовые кухонные плиты, оснащенные микро-ЭВМ, жарят мясо, выпекают тесто, варят и готовят гриль-блюда совершенно самостоятельно. Необходимые программы помещаются в памяти машины. Управление точно такое же, как и в стиральных машинах: при помощи размещенных на панели переключателей. При этом можно, например, одновременно приготовить два совершенно различных блюда. 
Рис. 146. Выключатель, применяемый в сушилках для волос чатель (реле) при определенной влажности выключает сушилку для волос. 3.2.6. МИКРОВОЛНОВЫЕ ПЕЧИ 
Рис. 147. Принцип действия микроволновой печи: 1 — магнетрон; 2 — приготовляемая пища Принцип работы микроволновых печей существенно отличается от всех ранее известных (рис. 147). При традиционном способе пища нагревается путем непосредственного контакта с источником теплоты. В микроволновых печах используются электромагнитные волны, воздействующие на продукты еще на молекулярном уровне. Молекулы начинают интенсивно двигаться, при этом выделяется теплота и пища приготавливается значительно быстрее. В качестве внешнего источника электромагнитных волн применяют магнетронный генератор с частотой 2,5 ГГц. ПРИЛОЖЕНИЕ Таблица используемых в книге зарубежных приборов и их отечественных аналогов
СОДЕРЖАНИЕ Предисловие к русскому изданию Предисловие Глава 1. Электрические схемы домашних сигнальных устройств 1.1. Звуковые сигнальные приборы и их электрические схемы 1.1.1. Электронные дверные звонки 1.1.2. Подключение дверных звонков 1.2. Защитные устройства и их электрические схемы 1.2.1. Основные сведения 1.2.2. Основные сигнально-предупредительные электрические схемы 1.2.3. Светочувствительные сигнальные электрические схемы 1.2.4. Сигнальные электрические схемы, срабатывающие при перекрытии луча 1.2.5. Системы сигнализации, срабатывающие при приближении или прикосновении к ним 1.2.6. Сигнально-предупредительные устройства 1.3. Электрические схемы некоторых других сигнальных устройств 1.3.1. Автоматические мигалки 1.3.2. Сигнализатор для варки яиц 1.3.3. Электронный календарь
2.1. Электронное открывание дверей....... 2.1.1. Электрические замки и принципы их действия 2.1.2. Электронное управление электрическими замками 2.1.3. Автоматическое управление дверьми 2.2. Электронные переключатели 2.2.1. Сенсорные переключатели 2.2.2. Звукочувствительные переключатели 2.2.3. Реле времени , 2.2.4. Светочувствительные переключатели 2.3. Электрические схемы управления двигателями различного назначения 2.3.1. Схемы управления электродвигателями 2.3.2. Автоматы для перемещения штор 2.3.3. Автоматический полив цветов Глава 3. Бытовая электроника3.1. Микро-ЭВМ в бытовой технике 3.2. Электрические схемы управления и регулирования бытовой техники 3.2.1. Стиральные и посудомоечные машины 3.2.2. Сушильные автоматы 3.2.3. Душ с электронным регулированием 3.2.4. Сушилки для волос 3.2.5. Электропечи
Приложение ББК 32.85 Ф43 УДК 621.382:64 Рецензент А. В. Нефедов Ф43 Ференци О. Электроника в нашем доме: Пер. с вепг. — М: Энергоатомиздат, 1987. — 176 с.: ил. Приведены и описаны электронные схемы устройств, применяемых в быту: электронного звонка, календаря замков, регулирующих схем хозяйственных, бытовых приборов и т. д. Дам перечень необходимых детален (для зарубежных элементов даются отечественные аналоги) и оборудования, показаны варианты расположения и компоновки устройств. Для любителей-конструкторов, занимающихся бытовой электроникой и электротехникой. 2403000000-468 Ф------------- 271-87 051(01)-87 ББК 32.85 (g) Ferenzi Odon, Budapest, 1983 © Перевод на русский язык, Энергоатомиздат, 1987 ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ИЗДАНИЕ ФЕРЕНЦИ ОДОН Электроника в нашем доме Редактор издательства А. А. Устинов Художественные редакторы Ю. В. Созанская, А, Т. Кирьянов Технический редактор О. Д. Кузнецова Корректор Г. А. Полонская ИБ № 1883 Сдано в набор 19.05.87. Подписано в печать 11.08.87. Формат 84Х108 1/32. Бумага типографская № 2. Гарнитура литературная. Печать высокая. Усл. печ. л. 9,24. Усл. кр.-отт. 9,56. Уч.-изд. л. 9,38. Тираж 60.000 экз. Заказ 868. Цена 1 р. 60 к. Энергоатомиздат, 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10 Владимирская типография Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфин и книжной торговли 600000, г. Владимир, Октябрьский проспект, д, 7 OCR Piratжүктеу/скачать 1.54 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
