Wyłącznik czasowy ogrzewania tylnej szyby z przyciskiem monostabilnym

Miejsce dobre do dyskusji nad własnymi projektami - pochwal się wszystkim co samodzielnie stworzyłeś.
ODPOWIEDZ
Marian B
Użytkownik
Posty: 130
Rejestracja: 03 lip 2008, 23:04
Lokalizacja: Szczecinek

Wyłącznik czasowy ogrzewania tylnej szyby z przyciskiem monostabilnym

Post autor: Marian B » 26 mar 2021, 14:55

Obrazek
Wyłącznik czasowy ogrzewania tylnej szyby z przyciskiem monostabilnym.

Jest to rozwinięcie, modernizacja układu z tego tematu:
https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewt ... 8#13085678
Układ został zaprojektowany specjalnie do współpracy z bistabilnym wyłącznikiem ogrzewania szyby w samochodzie Octavia 1, symbol katalogowy wyłącznika 1U0 959 621 A.
Wyłącznik fabrycznie przewidziany do bezpośredniego włączania grzejnika, bez przekażnika pośredniczącego.
Bardzo łatwo można go przekształcić w przycisk monostabilny, ale jest "niedogodność" wymuszająca wymyślanie nie typowych rozwiązań przy zastosowaniu jako monostabilny przycisk.
Problemem jest kontrolka włączenia (miniaturowa żaróweczka) umieszczona wewnątrz wyłącznika. Żaróweczka jednym końcem podłączona do styku włączania grzejnika, a drugim do styku wspólnej masy, razem z masą LED podświetlenia. Kontrolka niema swojego oddzielnego wyprowadzenia.
Takie podłączenie kontrolki uniemożliwia proste wykorzystanie styków wyłącznika/przycisku do sterowania "elektroniką" i jednoczesne wykorzystanie kontrolki zgodnie z przeznaczeniem.
Wyłącznik ma tylko cztery końcówki:
zasilanie +12V, grzejnik, podświetlenie, masa.
"Dorobienie" piątego wyprowadzenia dla kontrolki, praktycznie nie możliwe, zastosowanie innego przełącznika/przycisku to zmiana "wystroju" samochodu i prowadzenie dodatkowych przewodów.

W układach załącz/wyłącz przyciskiem nie stabilnym, z wykorzystaniem przekażników, tranzystorów, prąd płynący przez przycisk zmienia kierunek w zależności od tego czy załączamy, czy wyłączamy układ.
Po głębszej analizie poprzedniego układu z przekażnikiem o podwójnych sykach przełącznych (a1, a2), wpadłem na pomysł aby wykrywać kierunek przepływającego przez przycisk prądu za pomocą LED transoptorów, i sterować tranzystorem wykonawczym (stopniem czasowym) za pomocą tranzystorów w transoptorach.
Na początku był to układ z dwoma transoptorami, działał bardzo dobrze, ale był bardziej skomplikowany, było więcej elementów, konieczny był dodatkowy tranzystor, oraz tranzystory transoptorów musiały być na większy prąd (Darlington), ewentualnie dodatkowe tranzystory.

W rezultacie po wielu próbach powstał bardzo prosty i pewny w działaniu układ czasowy z czterema transoptorami i najprostszym przekażnikiem, z możliwością wyboru pracy jako zwykły wyłącznik. Można go wykorzystać do rożnych celów, z dowolnym przyciskiem, z kontrolką wewnątrz przycisku lub bez kontrolki.
Przycisk może być miniaturowy, gdyż płynie przez niego prąd zasiania LED transoptorów, około 5 mA tylko w czasie naciskania przycisku.
Do prawidłowego działania układu potrzebne są tylko cztery elementy bierne: rezystory R1, R2, R3, oraz kondensator C1.
Rezystory R4 oraz R5 zostały dodane póżniej dla bezpieczeństwa układu. Rezystor R4 zabezpiecza układ przed zwarciem, lawinowym uszkodzeniem na wypadek gdy uszkodzeniu/zwarciu ulegnie dowolny tranzystor, także T1.
Rezystor R5 ogranicza prąd rozładowania kondensatora C1 przez tranzystor T3. Prąd ładowania kondensatora C1 przez tranzystor T4 jest ograniczony sumą rezystancji R4 i R5.

Działanie układu zarówno przy włączaniu, jak i przy wyłączaniu jest takie, że naciśnięcie przycisku to przygotowanie układu do zmiany stanu przekażnika.
Zwolnienie przycisku powoduje zmianę stanu przekażnika.

Układ ma dodatkową zaletę, "pamięć włączenia" po wyłączeniu zasilania.
Po wyłączeniu zasilania (stacyjką) niema przerwy w odmierzaniu zadanego czasu, naładowany kondensator C1 wolno rozładowuje się przez rezystor R1.
Gdy nie nagrzany silnik i samochód, często zdarza się, że silnik zatrzyma się, np. przy ruszaniu. Aby go uruchomić, w większości samochodów trzeba wyłączyć i ponownie włączyć zapłon i rozrusznik. Gdy przed tym było włączone ogrzewanie szyby, po ponownym uruchomieniu silnika nie trzeba naciskać przycisku, ogrzewanie włączy się samoczynnie kontynuując zadany poprzednio czas włączenia bo kondensator C1 nie zdążył się rozładować.

W przypadku gdy układ będzie wykorzystywany jako załącz/wyłącz oraz nie zależy na "pamięci włączenia", można zmniejszyć pojemność C1 nawet do wartości 0,1µF (dla R1=2M). Poniżej tej wartości, np. 47nF układ pracuje już nie stabilnie, nie zawsze działa.
Do poprawnego działania jako zwykły wyłącznik (nie czasowy) stała czasu R1C1 powinna być zdecydowanie większa od czasu zwalniania i przyciągania kotwicy przekażnika.
"Pamięć włączenia" po wyłączeniu zasilania w przypadku układu czasowego jest nieco krótsza od czasu włączenia ze względu na histerezę przekażnika. Na przykład dla R1=2M i C1=100µF różnica wynosi około 25 sekund.


Schemat modułu czasowego z przejściówkami pokazany na Rys.1.
Schemat montażowy i uniwersalna płytka na Rys.2.
Na Rys.3. pokazany ten sam układ tylko inaczej narysowany, lepiej na nim widoczna zasada działania.
Rys.4. pokazuje sposób podłączenia modułu bez robienia przejściówek, ale wtedy trzeba przeciąć co najmniej jeden przewód i dołączyć się do dwóch innych.
Obrazek Obrazek Obrazek Obrazek
Obrazek Obrazek Obrazek Obrazek

Główne założenia projektowe były takie:

__ Wyeliminowanie możliwie wszystkich dodatkowych styków przekażników.
W nowym układzie powinien być tylko przekażnik wykonawczy ze stykiem zwiernym lub przełącznym.
Na schemacie jest styk przełączny, ale w przypadku gdy rezystancja obciążenia jest mała, kilka omów, np. grzałka, silnik, można wykorzystać przekażnik/stycznik z stykiem tylko zwiernym.
Wtedy w obwodzie zasilania LED D4,D5 będzie dodatkowo rezystancja obciążenia z równolegle podłączoną kontrolką w przycisku. Ta dodatkowa (mała) rezystancja w obwodzie zasilania LED niema wpływu na działanie układu.

__ Wykorzystanie oryginalnego wyłącznika bistabilnego samochodu Octavia 1 (nr. katalogowy 1U0 959 621 A) bez ingerencji do jego wnętrza, z wykorzystaniem wszystkich jego możliwości, a więc kontrolka włączenia i podświetlenie.
Konstrukcja wyłącznika w Octavii 1 jest taka, że lekkie naciśnięcie klawisza, na małą odległość, powoduje załączenie styku, a dopiero głębsze wciśnięcie klawisza powoduje zadziałanie zapadki.
Założenie na suwadło tuż pod klawiszem ogranicznika ruchu tego suwadła w postaci klamry z drutu o średnicy 1,5 mm powoduje zamianę wyłącznika bistabilnego na monostabilny przycisk. To cała przeróbka wyłącznika, odwracalna w razie potrzeby przez zdjęcie klamry.

__ Podłączenie modułu czasowego powinno być bez ingerencji w instalację samochodu (np. przecinanie przewodów).
Moduł czasowy jest włączony jako przejściówka pomiędzy wyłącznikiem a gniazdem tego wyłącznika w instalacji, za pomocą samodzielnie wykonanych złącz, gniazda i wtyku. Zostały one zrobione z typowych konektorów, a jako materiał wypełniający użyta została "Poxilina". Opis wykonania przejściówek w linku na początku artykułu.

__ Wymiary modułu czasowego w obudowie powinny być takie, aby można było go włożyć przez otwór w pulpicie przeznaczony do montażu wyłącznika, a więc bardzo łatwy montaż bez potrzeby demontażu jakichkolwiek osłon. Celowo zrezygnowałem z "eleganckich" zacisków śrubowych do podłączenia modułu, przewody połączeniowe są wlutowane w odpowiednie miejsca na płytce. Takie zaciski byłyby dobre, gdyby moduł miał inne przeznaczenie, na różne potrzeby, np. kilkanaście sztuk na sprzedaż. Wtedy i płytka byłaby inna.

__Powinna być sygnalizacja dżwiękowa zarówno włączenia, jak i wyłączenia grzejnika. Oczywiście sygnalizacja dżwiękowa jest pożyteczna, ale nie konieczna, można jej nie budować.

__Powinna być możliwość wyboru trybu pracy.
Praca jako wyłącznik czasowy, lub zwykły załącz/wyłącz za pomocą przycisku. Wyboru dokonuje się przez odpowiednie podłączenie rezystora R1 do specjalnych kołków, punktów lutowniczych.




Wybór opcji.
Gdy rezystor R1 podłączony do punktów 1 i 2 (do masy), jest wybrana opcja "wyłącznik czasowy".
Czas włączenia określony stałą czasową elementów R1C1. Czasy włączenia podane w tabelce na schemacie ideowym.
Gdy rezystor R1 podłączony do punktów 1 i 3 (do napięcia zasilającego po włączeniu), wybrana opcja "zwykły wyłącznik", czas włączenia nie ograniczony.
W obu opcjach jest zachowana "pamięć włączenia" po zaniku zasilania. Układ nie przestaje odliczać zadanego przez R1C1 czasu po odłączeniu zasilania.


Włączanie obciążenia.
Naciśnięcie i trzymanie przycisku K w celu włączenia obciążenia powoduje przepływ prądu przez LEDy transoptorów D4 i D5.
Droga przepływu tego prądu:
zasilanie +12V, ---> uzwojenie przekażnika P1, ---> rezystor R2, ---> LED transoptorów D4 D5, ---> zwarty przycisk K, ---> zwarte styki 3 i 4 przekażnika 1P1, ---> masa.
Prąd płynący w tym obwodzie jest ograniczony przez R3 i rezystancję cewki przekażnika, wynosi 4,27 mA, i jest zbyt mały aby włączyć przekażnik.

W czasie trzymania/zwierania przycisku w celu włączenia przewodzą tranzystory transoptorów T4 i T5.
Przez przewodzący tranzystor T4 ładuje się kondensator C1 do wartości napięcia zasilania. Jednocześnie przewodzący tranzystor T5 zwiera bramkę tranzystora T1 do masy, T1 nie przewodzi, przekażnik nie przełącza styków.
Rezystor R2 rozdziela tranzystory T4 i T5, zapobiega zwarciu przy ich jednoczesnym przewodzeniu.
Rezystor R2 ma stosunkowo dużą wartość, zapobiega to częściowemu rozładowaniu kondensatora C1 w czasie bardzo krótkich stanów przejściowych w czasie przełączania tranzystorów transoptorów. Na przykład w czasie prób z R2 o wartości tylko 10k, gdy R1=2M, C1=100µF, skrócenie czasu (6 min 34 sek) było o około 60 sekund.
Przy dużej wartości R2 różnica jest nie istotna przy czasach rzędu kilku minut.
Po zwolnieniu przycisku K, nie płynie prąd przez LED D4 i D5, nie przewodzą tranzystory transoptorów T4 i T5, napięcie z naładowanego kondensatora C1 pojawia sie na bramce tranzystora T1 i on przewodzi, przekaznik P1 włącza obciążenie stykami 5 i 4, oraz świeci kontrolka w przycisku. Jednocześnie pojawia się krótki sygnał dżwiękowy informujący o włączeniu obciążenia.


Wyłączanie obciążenia.
Gdy wybrana opcja "wyłącznik czasowy", samoczynne wyłączenie przekażnika nastąpi po upływie wybranego czasu określonego stałą czasową elementów R1,C1.
Kondensator C1 rozładowuje się przez rezystor R1, po pewnym (wybranym) czasie kondensator C1 rozładowany, niema na nim napięcia, tranzystor T1 nie przewodzi, przekażnik wyłącza obciążenie, gaśnie kontrolka w przycisku, jest krótki sygnał dżwiękowy sygnalizujący wyłączenie.

Gdy zachodzi potrzeba wyłączyć przed upływem zadanego czasu, należy nacisnąć i zwolnić przycisk.
Naciśnięty i trzymany przycisk w celu wyłączenia powoduje przepływ prądu przez LED D2 i D3 transoptorów.
Droga przepływu prądu:
zasilanie +12V, ---> zwarte styki 5 i 4 przekażnika 1P1, ---> zwarty styk K przycisku, ---> LED transoptorów D3 D2, ---> rezystor R3, ---> przewodzący tranzystor T1, ---> masa.
Prąd w tym obwodzie wynosi 5,0 mA.

W czasie trzymania/zwierania przycisku w celu wyłączenia przewodzą tranzystory transoptorów T2 i T3.
Tranzystor T2 podtrzymuje przewodzenie tranzystora T1, tranzystor T3 rozładowuje kondensator C1, rezystor R2 rozdziela tranzystory T2 i T3, zapobiega zwarciu przy ich jednoczesnym przewodzeniu.
Po zwolnieniu przycisku K tranzystory T2 i T3 nie przewodzą, na kondensatorze C1 brak napięcia bo rozładowany, tranzystor T1 przestaje przewodzić, przekażnik wyłączony, gaśnie kontrolka włączenia w przycisku, jest krótki sygnał dźwiękowy sygnalizujący wyłączenie.
W podobny sposób przebiega wyłączenie gdy wybrana opcja "zwykły wyłącznik".

ODPOWIEDZ