Рис. 111. Упрощенная схема автоматического переключателя внут­реннего освещения

Рис. 111. Упрощенная схема автоматического переключателя внут­реннего освещения

В каждую дверь вмонтировано по два световых заслона (Fl — Л1 и F2 — Л2), расположенных на одина­ковом расстоянии (около 10 см) и на одинаковой высоте (рис. 110). Когда кто-то входит в помещение, они сра­батывают и включается свет. Одновременно с этим счет­чик получает один импульс. Если люди из помещения выходят, то счетчик считает в обратном порядке и гасит свет, как только помещение покидает последний человек. Схему можно условно разделить на две основные части (см. рис. 111): счетчики 1 и 2 с входом НЕ-И и реле; блок определения направления движения.

Счетный блок состоит из двух бинарных десятичных счетчиков. Если они оба установлены на нуль, то всегда их параллельно соединенные выводы (IC1 и IC2) на­ходятся в одинаковом состоянии, поэтому обмотка реле обесточена. Как только счетчик 2 получит импульс, на его выходе появляется логическая единица и реле сра­батывает. Каждый следующий числовой импульс уве­личивает различия между счетчиками.

Если числовой импульс получит счетчик 1, то разни­ца показаний счетчиков сокращается, что в конце кон­цов приводит к одинаковому состоянию всех парал­лельных выводов, и реле отпускает.

Для определения идентичности параллельных выходов используют резисторы R2 — R9 (по 10 кОм), ин­верторы I1, 12, 13 и 14, а также диоды Dl — D8. Элемен­ты D1 — D8, а также D9 — D12 — это германиевые диоды типа АА133, поскольку из-за большого падения напря­жения (свыше 0,6 В) на кремниевых диодах не может быть обеспечено надежное переключение инвертора.

Рассмотрим работу схемы. Если выводы 12 счетчи­ков (рис. ПО) имеют одинаковое напряжение (нулевое), то через диоды DJ и D2 на входе инвертора 14 уста­навливается нулевой уровень. В таком случае точка А инвертора 14 должна иметь уровень логической 1 (рис. 111). Поскольку на резисторах R2 — R4 напряжение ме­нее 0,4 В, его нет и на выходе инвертора (в точке Л).

Пусть на выводах 12 счетчиков будут уровни логиче­ской 1. Тогда на выходе инвертора будет логический 0. Напряжение точки А в этом случае тоже равно нулю. Если выводы 12 имеют различные уровни, то входы ин­вертора 14 подключены к земле через диод D1 или D2. На его входе, следовательно, появляется логический сигнал «Да». Поскольку резисторы R2 и R4 имеют оди­наковые номиналы, то в точке А появляется напряже­ние около 1,2 В. Поэтому, если состояние счетчиков 1 и 2 различное, по крайней мере на одной из точек А, В, С и D появляется напряжение, большее 1,2 В. Это на­пряжение через диоды D9 — D12 изменяет базовый ток транзистора Т1, который включает реле в коллекторной цепи транзистора ТЗ.

Источником импульсов и цепью распознавания на­правления движения является интегральная микросхема типа СА3086, которая включает в себя пять не связан­ных друг с другом транзисторов. Два из них использо­ваны для создания триггера Шмитта. Прекращение ос­вещения светочувствительного элемента F2 вызывает скачок положительного напряжения на коллекторе вто­рого транзистора. Оно через конденсатор, соединенный с выводами 5 и 6, попадает и на базу третьего транзи­стора (вывод 6}, на чьем коллекторе возникает импульс отрицательного напряжения. Последний через конден­сатор С1 формирует импульс «движение вперед».

Если свет падает на F2 через четвертый транзистор, находящийся после триггера Шмитта (выводы 9, 10, И интегральной микросхемы типа СА3086), то с помощью конденсатора 4,7 нФ формируется импульс «движение назад». Резисторы, подключенные к выводам 6 и 12, служат для разряда конденсаторов, соединенных с выводами 5 — 6 и 11 — 12 IC4.

Затемнение F1 означает подключение к земле катода диодов DM, D15 через инвертор 16. Следовательно, им­пульсы переключения через конденсатор 4,7 нФ, соединен­ный с выводами 5 и 11 IC4, поступают к земле и счет­чик перестает считать.

Рассмотренная схема питается от напряжения 5 В. Реле, установленное в переключателе, функционирует от 12 В, поэтому только к транзистору ТЗ должно быть по­дано питание 12 В. Целесообразно создать источник питания для всего устройства с таким напряжением, а от него через стабилизатор получать уже необходимые 5 В.

Светочувствительный переключатель может быть установлен и в помещении, где несколько дверей. Для этого надо столько раз смонтировать блок распознава­ния направления движения (и подачи импульсов), сколько дверей в помещении. Все импульсы «движение вперед» или «движение назад» надо подводить к одно­му и тому же счетчику.

При монтаже переключателя особое внимание следу­ет обращать на то, чтобы при установке фотоэлементов обеспечивалась надежная работа схемы. При этом нуж­но позаботиться о точной направленности пучков света и соответствующей защите от внешних световых источ­ников. Следить необходимо еще и за тем, чтобы при перекрытии светового барьера (заслона) происходило надежное включение.
2.3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯМИ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
2.3.1. СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ
Электрические двигатели, например для небольших моделей поездов, пароходов, в основном представляют собой машины постоянного тока с возбуждением от по­стоянных магнитов. Приведем несколько примеров уп­равления такими двигателями.

Изменение направления вращения двигателей. Для изменения направления вращения достаточно поменять полярность питания. Это можно сделать следующим об­разом:

1) с помощью сдвоенного переключающего реле (с двумя контактами). В схеме на рис. 112 при отключенном реле двигатель вращается в одну сторону (по ча­совой стрелке, например); если реле сработает, то направление вращения изменится на противоположное. Недостаток метода: грубое переключение из-за быстрой работы реле. И еще: отключение и повторное включение источника тока происходит при полной нагрузке, что приводит к сильному искрению между контактами реле, что в свою очередь является причиной их выхода из строя и появления помех.

2) при помощи двух простых переключающих реле, у каждого из которых есть по одному контакту.

Как видно из рис. 113, если реле находятся в одном и том же состоянии (оба включены или оба выключе­ны), двигатель не вращается. Срабатывание реле J1 дает направление вращения по часовой, a J2 — против часовой стрелки. Достоинства метода: если оба реле включены, двигатель накоротко замкнут, никакого вра­щения нет (он заторможен). Это способствует быстрой его остановке. Поочередное срабатывание реле позволя­ет плавно изменять направление движения.

Недостатком такого устройства является необходи­мость двух каналов управления (Uvi и Uvi). Можно ог­раничиться и одним каналом, снабдив сервоузел пере­ключателями, обеспечивающими быстрое прерывание цепи (ркс. 114): в основном положении оба контакта Морзе не замкнуты, двигатель не работает; при пере­мещении переключателя налево реле Л срабатывает, что приводит к вращению двигателя против часовой стрелки.

3) используя сдвоенную батарею питания (рис. 115);

4) при помощи мостовой схемы на транзисторах (рис. 116).



Рис. 115. Изменение направле­ния вращения двигателя при помощи схемы двойного ста­ционарного питания

Рис. 116. Изменение направле­ния вращения двигателя при помощи мостовой транзистор­ной схемы
Когда на контакт Uvi подается положительный по­тенциал, а на U_V2 — отрицательный, транзисторы Т1 и ТЗ открыты, а Т2 и Т4 закрыты. Контакт А двигателя имеет положительный потенциал, а В — отрицательный,

Если на Uvi подать отрицательный потенциал, а на U_V2 — положительный, то проводящим будет транзи­стор Т4, а также Т2.

Транзисторы Т1 и ТЗ закрыты. Контакт А двигателя положительный, В — отрицательный. Направление вра­щения, следовательно, будет противоположным.



Рис. 117. Изменение направления вращения двигателя в зависимости от полярности выпрямленного напряжения
Когда транзисторы открыты, они на самом деле не обладают нулевым сопротивлением. Между их коллек­торами и эмиттерами всегда есть какое-то падение на­пряжения, и его необходимо учитывать. Если транзи­стор германиевый, то оно равно 0,5В, для кремниевого транзистора падение напряжения составляет 1 В.

На рис. 117 показан двигатель малой мощности с по­стоянным магнитом, изменение направления вращения которого достигается переменой полярности выпрям­ленного напряжения (переключатель К). Светодиоды одновременно являются и индикаторами, и выпрямите­лями. К индикаторам и переключателю подводятся два проводника а и б (рис. 117).

Схема на рис. 118 служит для запуска и остановки двигателей. Как только свет достигнет фотодиода (рис. 119, а) (фоторезистора, фототранзистора), его сопро­тивление уменьшается, транзистор Т1 закрывается, Т2 и ТЗ открываются и двигатель вступает в работу. Если ТЗ — транзистор на 200 мВт, то ток управляемого дви­гателя составляет 30 — 50 мА, если же транзистор рас­считан на несколько ватт, то 100 — 1000 мА (например, с транзисторами типа АС 128 или ASZ1016). Напряже­ние питания выбирается в соответствии с типом двига­теля и может составлять от 3 до 12 В.

При помощи схемы на рис. 118, б можно также ме­нять направление вращения, но в зависимости от степе­ни освещенности диодов D1 и D2.

Аналогичный результат можно получить, если по­следовательно с двигателем включить переменный рези­стор (потенциометр) (рис. 119, б). Однако в этом слу­чае не учитываются изменения нагрузки двигателя. Идеальным было бы решение с автоматически меняю­щимся значением сопротивления потенциометра, которое само приспосабливалось бы к изменениям нагрузки. Ес­ли бы нагрузка возрастала, сопротивление уменьшалось бы, и наоборот, т. е. напряжение поддерживалось бы все время постоянным.