Metodika pro využití samostatných vzorových el. obvodů

Kolektiv autorů 2014

Registrační číslo projektu

Název projektu

Produkt č.9

CZ.1.07/1.1.16/02.0119

Automatizace názorně

Metodika pro využití samostatných

vzorových el. obvodů pro 3 leté a 4 leté

obory.

Str. 2

Obsah 1. Úvod ................................................................................................................................................................ 3

2. Optický alarm astabilní s regulací .................................................................................................................... 5

3. Akustický alarm................................................................................................................................................ 7

4. Optický alarm zábleskový s NE555 .................................................................................................................. 9

5. Snímač intenzity osvětlení ............................................................................................................................. 11

6. Regulátor otáček stejnosměrného motoru do výkonu 1,6 kW ..................................................................... 13

7. Laserová závora ............................................................................................................................................. 15

8. Spínač ovládaný světlem ............................................................................................................................... 19

9. Ovládání spotřebiče mobilem ....................................................................................................................... 22

10. Řadič krokového motoru ........................................................................................................................... 25

11. Ovládání posuvné brány ............................................................................................................................ 30

12. Seznam použité literatury: ........................................................................................................................ 34

Zpracoval kolektiv autorů SŠ TEGA Blansko ........................................................................................................ 34

Str. 3

1. Úvod

Pro různé konstrukce elektronických obvodů máme dnes k dispozici obrovskou součástkovou základnu, a ne jinak je to s možnostmi různých zapojení a funkcí elektronických obvodů, které si můžeme vyrobit. Tato metodika zpracovává některá zapojení typových úloh, kde každé zapojení reprezentuje určitou oblast elektroniky a automatizace. Na základě osnov zpracovaných ve školním vzdělávacím programu pro elektrotechnické obory byla vytipována zapojení, ve kterých se uplatňují teoretické a praktické znalosti žáků, které jsou vyučovány učiteli teoretického a praktického vyučování. Tato zajímavá zapojení pak mohou být použita jako ukázková zařízení v předmětech elektroniky a automatizace. Zapojení jsou také zajímavá i pro osobní použití. Celá koncepce praktických zapojení v tomto materiálu není řešena z pohledu uceleného konkrétního automatizačního, či řídícího systému, ale jsou zde vytvořeny samostatné funkční obvody, které v těchto systémech můžeme použít.

Seznam zapojení pro 3-leté obory : Snímač intenzity osvětlení Optický alarm zábleskový s NE555 Akustický alarm Regulátor otáček stejnosměrného motoru do výkonu 1,6 kW Optický alarm astabilní s regulací

Seznam zapojení pro 4-leté obory : Snímač ovládaný světlem Ovládání spotřebiče mobilem Ovládání posuvné brány Řadič krokového motoru Laserová závora

Z uvedeného seznamu úloh je patrné, že z těchto zapojení můžeme použít z hlediska automatizačního obvodu (viz obr.1) např. snímač ovládaný světlem nebo snímač intenzity osvětlení ve funkci čidel, regulátor otáček stejnosměrného motoru ve funkci regulátoru apod.

Str. 4

Obrázek č.1 - Blokové schéma automatického regulačního obvodu

Veličiny řídícího obvodu:

y(t) – regulovaná veličina (okamžitá hodnota) w(t) – řídící veličina (hodnota, kterou požadujeme) e(t) – regulační odchylka [e(t) = w(t) – y(t)] – rozdíl mezi řídící

a regulovanou veličinou u(t) – akční veličina (veličina, která způsobí regulaci systému pomocí akčního členu)

Str. 5

2. Optický alarm astabilní s regulací

2.1 Úvod Zapojení slouží k optické signalizaci nebezpečného stavu sledované veličiny nebo situace.

2.2 Popis zapojení a funkce Toto zařízení slouží jako výstražný nebo informační optický panel s možnosti nastavení rychlosti změny

zobrazovaných symbolů. Slouží jako jedna z komponent v automatizační a zabezpečovací technice. Jeho

napájení je ve 12ti voltovém provedení.

2.3 Schéma zapojení

2.4 Seznam součástek

R1, R2 1k8 Svorkovnice AK 300/2

R3, R4 390R IC1 NE555

P1 100k/N

C1 22M/25V DPS 50 x 75 mm

C2 10nF

C3 100M/25V

Str. 6

2.5 Zadání

1. Proveďte návrh zapojení obvodu. Vycházejte ze standardních rozměrů součástek. 2. Překontrolujte a proměřte parametry klasických součástek. 3. Vyrobte DPS určené velikosti a proveďte její kontrolu. 4. Osaďte DPS součástkami, překontrolujte a proveďte její oživení. 5. Odzkoušejte funkci alarmu.

Dodržujte BOZP

2.6 Postup, montáž a technologie

Překreslete schéma zapojení a seznam součástek do sešitu. Návrh desky plošného spoje navrhněte a

nakreslete standardním způsobem. Návrh zapojení proveďte také pomocí SW Eagle. Rozměry součástek

zjistěte v katalogu případně najděte na internetu. Dodané součástky proměřte pomocí přístroje Metex. Je-li

některá ze součástek poškozena nebo nevyhovují-li její parametry v porovnání z katalogovými hodnotami,

součástku vyměňte. DPS nakreslete dle návrhu, odleptejte, očistěte a osaďte změřenými součástkami.

Dodržujte BOZP. Zkontrolujte osazení a proveďte oživení výrobku.

2.7 Závěr

Účelem této práce bylo seznámit studenty s konkrétním postupem výroby dle uvedeného zadání a

možnost využití alarmu jako prvku v elektropneumatice..

Str. 7

3. Akustický alarm

3.1 Úvod Zapojení slouží k akustické signalizaci nebezpečného stavu sledované veličiny nebo situace.

3.2 Popis zapojení a funkce Toto zařízení slouží k akustické indikaci nebezpečných stavů. Slouží jako jedna z komponent v automatizační a

zabezpečovací technice. Jeho napájení je ve 12-ti voltovém provedení.


3.4 3.4 Seznam součástek

R1 1kΩ T1,2 BC548

R2 47kΩ T3 BC547

R3 47kΩ X1 svorkovnice AK300/4

R4 1kΩ

R5 39Ω DPS 30 x 75 mm

C1 22nF

C2 22nF

Str. 8

3.5 Zadání


Dodržujte BOZP

3.6 Postup, montáž a technologie

Překreslete schéma zapojení a seznam součástek do sešitu. Návrh desky plošného spoje navrhněte a




součástku vyměňte. DPS nakreslete dle návrhu, odleptejte, očistěte a osaďte změřenými součástkami.


3.7 Závěr Účelem této práce bylo seznámit studenty s konkrétním postupem výroby dle uvedeného zadání a

možnost využití alarmu jako prvku v elektropneumatice.

Str. 9

4. Optický alarm zábleskový s NE555

4.1 Úvod Zapojení slouží k optické signalizaci nebezpečného stavu sledované veličiny nebo situace.

4.2 Popis zapojení a funkce

Toto zařízení slouží k optické indikaci nebezpečných stavů. Slouží jako jedna z komponent v automatizační a

zabezpečovací technice. Jeho napájení je ve 12-ti voltovém provedení.


4.4 Seznam součástek

R1 220R Svorkovnice AK 300/2

R2 180R DPS 30 x 75 mm

R3 10k

C1 100M/16V

D1, D2 LED bílá

IC1 NE555

Str. 10

4.5 Zadání


Dodržujte BOZP

4.6 Postup, montáž a technologie Překreslete schéma zapojení a seznam součástek do sešitu. Návrh desky plošného spoje navrhněte a




součástku vyměňte.DPS nakreslete dle návrhu, odleptejte, očistěte a osaďte změřenými součástkami.


4.7 Závěr Účelem této práce bylo seznámit studenty s konkrétním postupem výroby dle uvedeného zadání a možností

jejího využití jako prvku v elektropneumatice.

Str. 11

5. Snímač intenzity osvětlení

5.1 Úvod Zapojení slouží ke kontrole intenzity osvětlení v daném prostoru a k jeho případnému přisvětlení.

5.2 Popis zapojení a funkce Spínač intenzity osvětlení slouží jako jedna z komponent v automatizační a zabezpečovací technice. Může být

použit i jako součást „Inteligentního domu“.

Toto zařízení slouží ke kontrole intenzity osvětlení v daném prostoru, k jeho porovnání s nastavenou

hodnotou a k případnému přisvětlení přidaným zdrojem světla. Ten je možno připojit přes kontakty relé.


5.4 Seznam součástek R1,R5 3k3 P1 1M/N

R2 12kΩ D1 1N4104

R3 2k2 D2 BZX 83V 010

R4 150Ω T1,T2 BC546

R6 680R T3 BC327

R7 1k8 K1 RP432012

R8 330R

C1 470μF/35V DPS 50 x 75 mm

Str. 12

5.5 Zadání

1. Proveďte návrh zapojení obvodu. Vycházejte ze standardních rozměrů součástek. 2. Překontrolujte a proměřte parametry klasických součástek. 3. Vyrobte DPS určené velikosti a proveďte její kontrolu. 4. Osaďte DPS součástkami, překontrolujte a proveďte její oživení. 5. Odzkoušejte funkci snímače.

Dodržujte BOZP




některá ze součástek poškozena nebo nevyhovují-li její parametry v porovnání s katalogovými hodnotami,

součástku vyměňte.

DPS nakreslete dle návrhu, odleptejte, očistěte a osaďte změřenými součástkami. Dodržujte BOZP.

Zkontrolujte osazení a proveďte oživení výrobku.

5.7 Závěr Účelem této práce bylo seznámit studenty s konkrétním postupem výroby dle uvedeného zadání a

možností jejího využití jako prvku v elektropneumatice.

Str. 13

6. Regulátor otáček stejnosměrného motoru do výkonu 1,6 kW

6.1 Úvod Zapojení slouží k regulaci různých typů ss motorů v rozmezí od 5 do 60V. Nejvyšší přípustný proud tekoucí

přes vinutí motoru je 27A. Zapojení je konstruováno tak, aby při libovolných otáčkách nedocházelo ke ztrátě

krouticího momentu motoru.

6.2 Popis zapojení a funkce Toto zařízení slouží k řízení otáček ss motorů bez výrazného poklesu jejich krouticího momentu. Jde o princip

napájení pulzním proudem konstantního kmitočtu s proměnnou střídou přenášeného výkonu. Tím je zajištěna

plynulá regulace téměř od nuly.


6.4 Seznam součástek R1 100Ω P1 1M/N

R2 100kΩ D1, D3 1N4148

R3 1k5 D2 BZX 83V 010

R4 470Ω T1 BUZ 10

C1 4n7 IO NE 555

C2 10nF

C3, C5 100nF DPS 50 x 75 mm

C4 100μF/35V

Str. 14

6.5 Zadání

1. Proveďte návrh zapojení obvodu. Vycházejte ze standardních rozměrů součástek. 2. Překontrolujte a proměřte parametry klasických součástek. 3. Vyrobte DPS určené velikosti a proveďte její kontrolu. 4. Osaďte DPS součástkami, překontrolujte a proveďte její oživení. 5. Odzkoušejte funkci regulátoru.

Dodržujte BOZP.




některá ze součástek poškozena nebo

nevyhovují-li její parametry v porovnání s katalogovými hodnotami, součástku vyměňte. DPS nakreslete dle

návrhu, odleptejte, očistěte a osaďte změřenými součástkami. Napájecí napětí připojte k vývodům PAD1 a

PAD4 a motorek pak k vývodům PAD 2 a PAD3. Dodržujte BOZP. Zkontrolujte osazení a proveďte oživení

výrobku.

6.7 Závěr

Tímto regulátorem je možné regulovat i ostatní zařízení, například žárovky malého napětí.

Účelem této práce bylo seznámit studenty s konkrétním postupem výroby dle uvedeného zadání a možností

jejího využití jako prvku v elektropneumatice.

Str. 15

7. Laserová závora

7.1 Úvod: Laserová závora slouží pro zabezpečení libovolného prostoru, průchodu nebo průjezdu až na vzdálenost

několika desítek metrů. Přerušení paprsku, ať už vstupem nebo průchodem osoby či průjezdem vozidla, je

signalizováno rozpojením výstupního relé. Jeho kontakt může být zapojen např. na zabezpečovací ústřednu

nebo na počitadlo impulsů.

7.2 Popis zapojení:

Základem zapojení je laser a fototranzistor. V zapojení je použit mikroprocesor PIC12F629. Tím je možné celou

konstrukci zjednodušit oproti verzi s klasickými součástkami a doplnit další funkce a zvýšit spolehlivost.

Napájení laseru a procesoru je 5V, toto zajišťuje stabilizátor 78L05. Relé má 12V cívku a je napájeno přímo z

12V, tj. před stabilizátorem.

Laserová závora je umístěna na dvou deskách - na řídící desce, resp. desce přijímače a na desce vysílače, kde je

umístěn laser.

Obě desky jsou propojeny dvojlinkou až na vzdálenost 50 metrů (i více, dle průřezu).

7.3 Popis funkce:

V klidovém stavu laser z vysílače svítí na fototranzistor na přijímací straně, relé drží. Pokud dojde k přerušení

paprsku, relé rozepne. Dle nastavení pomocí propojky J2 buď po celou dobu, kdy je paprsek přerušen, nebo jen

na dobu 0,8 sek.

Propojkou J1 lze nastavit pracovní mód závory. Pokud je propojka J1 propojena, laser svítí trvale. Pokud je

propojka rozpojena, laser pulzuje. Obojí má své výhody. Pokud laser svítí trvale, je rychlejší reakce na rozpojení

paprsku. V praxi je však nepatrná prodleva v impulsním režimu bezpředmětná. Roli to hraje snad jen pokud

chceme sledovat přerušení paprsku na velmi krátkou dobu, tj. laserová závora není použita pro sledování

průchodu osob a průjezdu vozidel.

Více výhod je na straně impulsního režimu. Jednak je zde vyšší odolnost proti narušení, neboť procesor sám

řídí přerušování a ve stejných intervalech požaduje odezvu, takže pokud budete chtít na přijímací stranu

posvítit např. laserovým ukazovátkem, bude okamžitě spuštěn poplach, neboť procesor rozpozná jiný rytmus,

nebo v tomto případě nepřerušení paprsku v požadované době. Další výhodou je vyšší životnost laseru a nižší

spotřeba. Nevýhodou je kratší dosah závory, prakticky do 50 metrů. V běžném průjezdu nebo průchodu však

dostačující.

Str. 16

7.4 Schéma

Obr.1. Celkové schéma zapojení

7.5 Zadání:

Prostudujte popis činnosti a schéma.

Zkontrolujte součástky dle seznamu.

Vyhledejte v katalogu pouzdro a charakteristické údaje IC1a IC2.

Navrhněte a vyrobte DPS, dvě desky 37 x 42 mm, ( Eagle ), dodržte rozmístění součástek dle obr.2.

Osaďte DPS a zkontrolujte správnost osazení, očistěte.

Oživte výrobek, popřípadě diagnostikujte a odstraňte závady.

Obr.2. Rozmístění součástek DPS – přijímač a vysílač

Str. 17

Tabulka funkcí:

7.6 Mechanická konstrukce: Laserová závora je umístěna na dvou plošných spojích: deska přijímače a deska vysílače. Hlavní část je ta

přijímací. Zde je umístěn i snímací fototranzistor nebo fotodioda D1. Zvolili jsme fototranzistor LTR4206.

Před osazením do plošného spoje je třeba ohnout nožičky o 90°. Laser, který je umístěn na druhé desce, je

přichycen klasickou kabelovou úchytkou.

Osazené desky jsou pak umístěny v plastových krabičkách KM02 s vyvrtanými otvory 10 mm pro průchod

paprsku – viz. obrázek.

Vysílací část s laserem je s řídící částí propojena prostřednictvím svorek LA a LK (laser anoda, katoda).

I když plocha fototranzistoru je poměrně malá, díky rozptylu paprsku laseru na větší vzdálenost, je zaměření

poměrně snadné a funkce spolehlivá.

Je třeba zabránit dopadu externího světla na fototranzistor. Ve vnitřních prostorech je to jednoduché, pokud

laserovou závoru budete používat venku, tam už je třeba větší opatrnosti a vhodného umístění tak, aby do

krabičky přijímače nesvítilo slunce.

Je vhodné použít trubičku o průměru asi 6 - 7 mm, délky 25 mm a fototranzistor umístit do ní. Tuto prostrčíme

ven z krabičky. Svojí délkou sníží vliv okolního osvětlení na funkci laserové závory.

Technické údaje:

Napájení: 12V =

Max. odběr proudu (laser svítí, relé drží): 65 mA

Typ laseru: polovodičový laser, výkon max. 5 mW, třída 3 A, vlnová délka 30 – 680 nm

Pracovní dosah závory: cca 50 – 100 metrů, teoreticky až několik stovek metrů, při použití optiky

Rozměry plošných spojů: 42 x 37 mm

Rozměry plastových krabiček: 48 x 42 x 22 mm (bez úchytů)

Zatížení kontaktu relé: 100 mA (odporová zátěž )

Propojka: Stav: Režim:

J1 spojena Trvalý svit laseru

J1 rozpojena Impulsní režim laseru

J2 spojena Relé je rozpojeno po celou dobu přerušení paprsku

J2 rozpojena Při přerušení paprsku dojde k rozpojení relé na 0,8 sek.

Str. 18

7.7 Seznam součástek (Eagle)

Part Value Device Package Library Sheet

C1 100µF/16V CPOL-EUE2.5-5 E2,5-5 rcl 1

C2 100nF C-EU025- C025-024X044 rcl 1

C3 100nF C-EU025- C025-024X044 rlc 1


D1 LTR4206 BPX81 BPX81 opto-trans 1

D2 1N4148 1N4148 DO35-10 diode 1

D3 1N4148 1N4148 DO35-10 diode 1

D4 LA8R LA8R HLMP6 display-hp 1

IC1 PIC12F629P PIC12F629P microchip microchip 1

IC2 78L05Z 78L05Z TO92 linear 1

K1 35701331 35701331 relay relay 1

R1 1k R-EU_0204/7 0204/7 rlc 1

R2 1k R-EU_0204/7 0204/7 rlc 1

R3 10k R-EU_0204/7 0204/7 rlc 1

R4 47 R-EU_0207/10 0207/10 rcl 1

T1 BC557 BC557 TO92-EBC transistor-pnp 1

T2 BC547 BC548 TO92-EBC transistor-npn 1

X1 MPT2 2POL254 con-phoenix con-phoenix 1

X2 MPT2 2POL254 con-phoenix con-phoenix 1

X3 AK550/2 AK550/2 con-ptr500 con-ptr500 1



J1,J2 MPT2 2POL254 con-phoenix con-phoenix 2

KRAB. KM02 2

Tab.1. Seznam součástek (Eagle)

Důležité upozornění:

POZOR!!!

PŘI POSVÍCENÍ LASEREM DO OČÍ MŮŽE DOJÍT K POŠKOZENÍ ZRAKU!

Str. 19

8. Spínač ovládaný světlem

8.1 Úvod: Jsou případy, kdy je třeba vyhodnotit intenzitu osvětlení, které přesáhne určitou mez nebo ji naopak

nedosáhne. To se dá vyhodnotit pomocí následujícího zapojení. To je možno využít ke spínání osvětlení nebo

jiného obvodu, kterým chceme zatmění indikovat. Obvod lze použít jako automatické noční osvětlení a tak

podobně.

Úroveň osvětlení, při kterém obvod spíná, lze nastavit.

Technická data:

Napájení 12¨V stejnosměrných, spotřeba do 100 mA Rozměr: 50 mm x 65 mm Konektor na síťový adaptér Spíná při zatemnění Vypíná při osvětlení Nastavitelná citlivost na světlo Obvod má hysterezi – zabraňuje blikání při náhodných osvětleních Výstup je spínán pomocí relé 12 V/5 A

8.2 Zadání: Prostudujte popis funkce a schéma. Zkontrolujte součástky dle seznamu. Vyhledejte v katalogu pouzdro a charakteristické údaje IC1. Navrhněte a vyrobte DPS, deska 50 x 65 mm, ( Eagle ), dodržte rozmístění součástek dle obr.2. Osaďte DPS a zkontrolujte správnost osazení, očistěte. Oživte výrobek, popřípadě diagnostikujte a odstraňte závady.

8.3 Popis zapojení a funkce: Celkové schéma zapojení je na obr.1. Zařízení je napájeno ze stejnosměrného zdroje 12 V. Velikost odebíraného proudu je závislá na tom, zda je použité relé K1 sepnuté, odběr je do 50 mA nebo rozepnuté, odběr kolem 1 mA. Součástky jsou osazeny na desce jednostranného plošného spoje o rozměrech 50 x 65 mm. Napájení je možné připojit na svorkovnici X2 nebo síťovým adaptérem na konektor X3. Stav sepnutí relé indikuje červená dioda LED - D4. Intenzita osvětlení, při kterém má relé sepnout, je

nastavitelná. Seznam použitých součástek je v tabulce1.

Zařízení je trvale napájeno stejnosměrným napětím 12 V. V kladné větvi napájecího napětí je zapojena v sérii

ochranná dioda D1 proti přepolování, dále pak filtrační kondenzátor C1 a C2.

IC1 je integrovaný obvod LM 324, který obsahuje ve svém pouzdře 4 operační zesilovače. V zapojení je využit

jen jeden a je zapojen jako komparátor. Jeho invertující vstup 13 je zapojen na dělič napětí tvořený odporovým

trimrem P1. Tímto se nastaví intenzita osvětlení, při které má sepnout relé K1. Neinvertující vstup 12 připojen

na dělič napětí, tvořený rezistorem R1, fotoodporem LDR a R5. Tím se mění velikost napětí v závislosti na

osvětlení. Kondenzátor C3 vytváří hysterezi obvodu proti blikání při náhodném krátkodobém osvícení.

Jeho výstup je zapojen do báze tranzistoru T1, který spíná relé K1. Jeho kontakty spínají spotřebič. Dioda D3 je

zapojena paralelně k relé v závěrném směru a chrání tranzistor proti zničení při rozepnutí relé. Dioda D4

indikuje stav sepnutí relé, když je sepnuté, dioda svítí.

Str. 20

8.4 Schéma

Obr.1. Schéma zapojení

8.5 Oživení:

K oživení jsou potřebné tyto přístroje: laboratorní zdroj stejnosměrného napětí, měřicí univerzální přístroj.

Pokud jsme pracovali pečlivě, mělo by oživení probíhat bez problémů. Spínač osvětlení by měl pracovat bez závad – na první zapojení. V opačném případě provést diagnostiku závad a jejich odstranění. Po vizuální kontrole správnosti osazení DPS připojte na napětí 12 Vss a kontrolujte odběr proudu. Proud by se měl pohybovat od 1 mA do 50 mA, dle sepnutí relé.

8.6 Rozmístění součástek:

Obr.2. Rozmístění součástek

Str. 21

8.7 Seznam součástek:


Par Value Device Package Library Sheet

C1 470µF/25V CPOL-EUE5-10.5 E5-10,5 rcl 1

C2 100nF C-EU025-030X050 C025-030X050 rcl 1


D1 1N4007 1N4007 DO41-10 diody 1

D2,D3 1N4148 1N4148 DO35-10 diody 2

D4 L-3MM2MA/R L-3MM2MA/G LED3MM LED 1

IC1 LM324N LM324N DIL14 linear 1

K1 G5L-12V/5A G5L G5LE relay 1

LDR R-EU_0207/10 0207/10 0207/10 rcl 1

P1 100k TRIM_EU-LI10 LI10 pot 1

R1 150k R-EU_0207/10 0207/10 rcl 1

R2,R5 15k R-EU_0207/10 0207/10 rcl 2

R3 1k R-EU_0207/10 0207/10 rcl 1

R4 M33 R-EU_0207/10 0207/10 rcl 1

R6 47k R-EU_0207/10 0207/10 rcl 1




X3 DCJ0202 DCJ0202 DCJ0202 con-jack 1

Str. 22

9. Ovládání spotřebiče mobilem

9.1 Úvod:

Pomocí mobilu můžeme ovládat ( zapnout a vypnout ) různé domácí spotřebiče na dálku, aniž bychom museli

platit za spojení. Využívá se k tomu rozsvícení displeje.

Jen je třeba, aby na ten konkrétní mobil, který je určený ke spínání spotřebičů, nikdo jiný nevolal. V opačném

případě by docházelo k nežádoucímu sepnutí, vypnutí.

9.2 Schéma:


9.3 Popis zapojení a funkce: Celkové schéma zapojení je na obr.1.

Zařízení je napájeno ze stejnosměrného zdroje 12 V. Velikost odebíraného proudu je závislá na tom, zda je

použité relé K1 sepnuté, odběr je do 50 mA nebo rozepnuté, odběr kolem 8 mA.

Základem zapojení je naprogramovaný obvod IC1 – PIC12C508A. Součástky jsou osazeny na desce

jednostranného plošného spoje o rozměrech 45 x 100 mm.

Seznam součástek je v tabulce 2.

Zařízení je trvale napájeno stejnosměrným napětím 12V. V kladné větvi napájecího napětí je zapojena v sérii

ochranná dioda D1 proti přepolování, dále pak filtrační kondenzátor C1.

Zenerova dioda ZD1 vytváří napětí 5V pro napájení obvodu IC1.

IC1 je naprogramovaný obvod PIC12C508A. Jeho výstup je zapojen do báze tranzistoru T1, který spíná relé K1.

Přivedením kombinací log. 1 nebo 0 na vstupech GP1, GP2,a GP3 se dá nastavit doba sepnutí od asi 0,5 s do 1

Str. 23

h. Nastavením log. 0 na vstupu GP0 je nastaven mód zapnuto/vypnuto. Toto se nastavuje na přepínači DIL4

označený S1. Kombinace nastavení jsou uvedeny v tabulce 1. Integrovaný obvod IC2 LM 741 pracuje jako

komparátor. Fotorezistor LDR1 snímá rozsvícení displeje.

Na neinvertujícím vstupu IC2 je zapojen dělič napětí, tvořený fotorezistorem LDR1 a rezistorem R6. Invertující

vstup 2, je zapojen na dělič napětí, tvořený rezistorem R5 a potenciometrem P1. Zde se nastavuje úroveň

osvětlení pro překlopení výstupu 6, IC2.

Výstup GP5 IC1 je připojen na tranzistor T1, který spíná relé. Jeho kontakty spínají spotřebič. Dioda D2 je

zapojena paralelně k relé v závěrném směru a chrání tranzistor proti zničení při rozepnutí relé.

123 pulse 4 Mode

000 0,5 s 1 pulse mode

001 2 s 0 on/off mode

010 30 s

011 1 min

100 5 min

101 15 min

110 30 min

111 1 h

Tabulka 1

9.4 Zadání:

Prostudujte popis funkce a schéma.

Zkontrolujte součástky dle seznamu.

Vyhledejte v katalogu pouzdro a charakteristické údaje IC1a IC2.

Navrhněte a vyrobte DPS, deska 45 x 100 mm, ( Eagle ), dodržte rozmístění součástek dle obr.2.

Osaďte DPS a zkontrolujte správnost osazení, očistěte.

Oživte výrobek, popřípadě diagnostikujte a odstraňte závady.


Str. 24

9.5 Seznam součástek: Part Value Device Package Library Sheet

C1 220µF/16V CPOL-EUE2.5-7 2,5-7 rcl 1

C2 100nF C-EU025-025X050 C025-025X050 rcl 1

C3 100nF C-EU025-025X050 C025-025X050 rcl 1

D1 1N4007 1N4007 DO41-10 diody 1

D2 1N4148 1N4007 O41-10 diody 1

IC1 PIC12C508JN PIC12C508JN DIL8 microchip 1

IC2 LM741P LM741P DIL08 linear 1

K1 G5LE12 G5LE12 G5LE rele 1

LDR1 VT93N2 R-EU_0207/10 0207/10 rcl 1

LED1 L-3MM2MA/R L-3MM2MA/R LED3MM LED 1


R1 47k R-EU_0207/10 0207/10 rcl 1

R2 47k R-EU_0207/10 0207/10 rcl 1

R3 47k R-EU_0207/10 0207/10 rcl 1

R4 47k R-EU_0207/10 0207/10 rcl 1

R5 47k R-EU_0207/10 0207/10 rcl 1

R6 47k R-EU_0207/10 0207/10 rcl 1

R7 1k R-EU_0207/10 0207/10 rcl l

R8 1k R-EU_0207/10 0207/10 rcl 1

R9 4k7 R-EU_0207/10 0207/10 rcl 1

S1 DS04 DS-04 switch-di switch 1



X2 K500/2 AK500/2 con-ptr500 con-ptr500 1

X3 JACK35 JACK35 JACK-35 con-jack 1

ZD1 BZX83V005.1 BZX83V005.1 DO35Z10 zenerovy diody 1

ZD2 BZX83V003.0 BZX83V003.0 DO35Z10 zenerovy diody 1


Str. 25

10. Řadič krokového motoru

10.1 Úvod: Krokové motory jsou nedílnou součástí celé řady domácích i průmyslových zařízení. Nalezneme je

v automobilech, tiskárnách osobních počítačů, laboratorních přístrojích apod. Výhodou je možnost přesně

řídit úhel jejich natočení (počet kroků) nebo počet otáček, a to ve velmi širokém rozsahu. S výhodou se tak

nechají řídit pomocí mikroprocesorů. Podle zapojení existuje více typů krokových motorků. Uvedený řídicí

obvod je určen pro provedení s 5, 6 a 8 vývody.

10.2 Popis činnosti:

Zapojení je koncipováno tak, aby umožňovalo přímé ovládání motoru, tedy jak řízení otáček, tak

směru otáčení. Celkové schéma je na obr.1. Otáčky jsou řízeny generátorem, tvořeným hradlem IC1C. Rychlost

se nastavuje trimrem P1. Směr otáčení se volí přepínačem S1. Informace o zvoleném směru jsou přivedeny na

dvojici hradel MOS4030-IC2 a dále na dva klopné obvody MOS4013-IC3A a IC3B. Jejich výstupy pak budí

čtveřici tranzistorů MOSFET IRFZ44 – Q1- Q4. Jedná se o typ s relativně malým odporem kanálu v sepnutém

stavu. Při spínání tak dochází k minimálním úbytkům napětí i při vyšších proudech.

Motor se připojuje do svorkovnic K2 a K3 – každá je pro jeden pár vinutí.

Napájení obvodu je na svorkovnici K1. Řídící elektronika je napájena napětím 8-12 V, které je stabilizováno

zenerovou diodou DZ1. Motory mají napájení nestabilizované.

Na obr.2. je rozmístění součástek, deska spojů a osazení.

V tab.1. je seznam součástek, pouzder a knihoven v programu Eagle.

10.3 Technologický postup:

a) Zkontrolujte dodané součástky. Doporučujeme jejich přeměření ( mimo IO ).

b) DPS osaďte propojkami a součástkami podle osazovacího plánu. Odpory osaďte

1,5 mm nad DPS.

c) Po zapájení všech součástek DPS očistěte lihem. Pozor! Při čistění se nesmí dostat kalafuna s lihem do patic

IO, konektorů a tlačítka.

d) Po kontrole a oživení proveďte měření (viz protokol) a výsledky zapište.

10.4 Oživení: K oživení jsou potřebné tyto přístroje: laboratorní zdroj stejnosměrného napětí, osciloskop, měřicí přístroj

univerzální.

Pokud jsme pracovali pečlivě, mělo by oživení probíhat bez problémů. Řadič by měl pracovat bez závad – na první zapojení. V opačném případě provést diagnostiku závad. Po vizuální kontrole osazené DPS připojte krokový motor a pak DPS na napětí 12 Vss a kontrolujte odběr proudu, otáčky, směr otáčení. Proud by se měl pohybovat v rozmezí 130 – 250 mA, dle otáček motoru.

Str. 26

10.5 Schéma:



Rezistory Kondenzátory Ostatní

R1 10k C1,C2 100nF K1 ARK500/2

R2 2,2Ω C3 2,2µF K2,K3 ARK500/3

R3 1k C4 47µF G1-G5 měř. špička

R4 470Ω S1 P-B1720

P1 5k

Integr. obvody Polovodiče

IC1 4093N DZ1 BZX85V

IC2 4030N Q1-Q4 IRFZ44

IC3 4013N

Str. 27

10.7 Návrh DPS:

Obr.2. Rozmístění součástek, deska spojů a osazení

Str. 28

10.8 Seznam součástek, pouzder a knihoven pro program Eagle

Part Value Device Package Library Sheet

C1 100nF C-EU050-024X044 C050-024X044 rcl 1

C2 100nF C-EU050-024X044 C050-024X044 rcl 1

C3 2,2mikro CPOL-EUE3.5-8 E3,5-8 rcl 1

C4 47mikro CPOL-EUE2.5-7 E2,5-7 rcl 1

DZ1 8,2V 1,3W_BZX85V PaJa_18 diode 1

F3 2,54/1,0 2,54/1,0 wirepad wirepad 1

G1 2,54/1,0 2,54/1,0 wirepad wirepad 1




IC1 4093N 4093N DIL14 40xx 1

IC2 4030N 4030N DIL14 40xx 1

IC3 4013N 4013N DIL14 40xx 1

K1 ARK500/2 ARK500/2 ARK500/2 PaJa_18 1

K2 ARK500/3 ARK500/3 ARK500/3 PaJa_18 1

K3 ARK500/3 ARK500/3 ARK500/3 PaJa_18 1

Q1 IRFZ44 IRFZ44 TO220V transistor 1




R1 10k R-EU_0204/7 0204/7 rcl 1

R2 2.2Ω /5W R-EU_0817/22 P0817/22 rcl 1

R3 1k R-EU_0204/7 0204/7 rcl 1

R4 470 R-EU_0207/10 0207/10 rcl 1

R5 33/5W R-EU_0817/22 P0817/22 rcl 1


S1 P-B1720 P-B1720 switch2 switch2 1

Tab.1. Seznam součástek, pouzder a knihoven pro program Eagle

Str. 29

10.9 Postup měření na krokovém motoru:

1. Na přípravek pro měření na krokovém motoru připojte stejnosměrné napětí 12 V. Nastavujete frekvenci spínání trimrem P1 a pro jednotlivé frekvence měřte otáčky krokového motoru (otáčkoměrem). Frekvenci měřte pomocí osciloskopu, nebo měřiče frekvence. Nastavené a naměřené hodnoty zapisujte do tabulky.

2. Nastavte frekvenci trimrem P1 na 450 Hz a změřte otáčky motoru pro napájecí napětí motoru 12 V, 14 V, a 16 V. Kontrolujte frekvenci. Naměřené údaje zapište do tabulky.

f [Hz] U [V] n [ot/min]

150 12V

200 12V

250 12V

300 12V

350 12V

400 12V

450 12V

500 12V

3. Osciloskopem zjistěte časové průběhy napětí (spínání jednotlivých vinutí) v měřících bodech G1-G4 (gate Q1-Q2) v závislosti na frekvenci spínání-f. Zobrazené průběhy zakreslete.

f

G1

G2

G3

G4

Závěr:

Jméno : ……………………….…. Hodnocení : ………………….

Nap.napětí 12 V 14 V 16 V

Otáčky/min

Str. 30

11. Ovládání posuvné brány

11.1 Úvod: V dnešní době je již celkem běžné ovládat posuvné brány, popřípadě garážová vrata, pomocí elektrického

motoru. Toto je možné provést tlačítkem po drátovém vedení nebo pomocí dálkového ovládání.

K tomuto účelu je navrženo následující zapojení. Snahou bylo použít co nejvíce komponentů, které byly

po ruce, jako transformátory, usměrňovače, relé, jazýčkové spínače ovládané magnetickým polem a další

součástky. Motor je použit starší, dvanácti voltový, ze stěračů.

Na druhé straně se v podstatě vše dá koupit za rozumné peníze například v prodejně GM.

11.2 Schéma:

Obr. 1. Schéma zapojení

Str. 31

11.3 Popis zapojení: Zapojení obr.1. je napájeno přes konektor X3 střídavým napětím 230V/50Hz. Z důvodu menší spotřeby el.

energie v klidovém stavu, jsou použity dva transformátory. Transformátor TR1 napájí pouze motor pro posun

brány. Menší transformátor TR2 napájí ostatní obvody. DPS je také osazena konektorem X2 pro možnost

napájení z externího zdroje.

V zapojení je použito tlačítko Tl 1, spínač S1 ( nahrazuje sepnutí koncových kontaktů K1, K2 ) a leddiody D4 –

D6, pomocí kterých je možno simulovat činnost zařízení ( směr otáčení motoru ). Nejdůležitější částí zapojení je

naprogramovaný obvod IC3 - PICAXE 14M, který řídí obvod IC1 – L 6202, ten obsahuje čtveřici spínaných

tranzistorů v můstkovém zapojení. Takto je možno ovládat směr otáčení elektromotoru nebo jeho zastavení.

Úbytkem napětí na rezistoru R13 by bylo také možné omezit maximální proud motorem, popřípadě zastavení

motoru nebo změnit směr otáčení. V našem případě je velikost R13 nulová, proto tato funkce není využita.

Směr otáčení indikují leddiody D4 a D5. Motor se připojí na konektor X4. Kontakty K1, K2, které jsou připojeny

na konektor X1, je možno realizovat koncovými spínači nebo raději pomocí magnetu a jazýčkového kontaktu.

Zařízení je možno spustit pomocí tlačítka nebo nejlépe dálkovým ovládáním třeba od firmy Jablotron.

Naprogramování PICAXE 14M:

Programování procesoru PICAXE je zvoleno proto, že jej může v podstatě naprogramovat i ten, pro koho není

programování zrovna koníčkem. Tyto vycházejí z procesorů PIC vyráběných firmou Microchip, do nichž byl ve

výrobě vložen speciální zaváděcí program a přeprogramována celá řada užitečných funkcí. Zaváděcí program

dovoluje přeprogramování uživatelského programu z PC bez použití programátoru. Stačí jen kabel k sériovému

portu PC. PICAXE lze přeprogramovat asi 100 000x. Informace lze najít na stránkách www.hobbyrobot.cz nebo

na www.rev-ed.co.uk/picaxe.

11.4 Popis činnosti:

Sepnutím vstupu na zem ( konektor X5) nebo sepnutím tlačítka Tl1 dojde ke spuštění programu v IC3. Sepne se

přes tranzistor T1 relé KA1. Toto přes spínací kontakt připojí primár transformátoru TR1 na 230 V. Dojde

k připojení napětí na IC1 (L 6202) , přes diodový můstek a pojistku F2. Dle stavu kontaktů K1, K2 (stav brány –

otevřena – zavřena) je přivedena kombinace log. nuly a log. jedničky na vstupy IN1, IN2 obvodu IC1. Současně

musí být log.1 na vstupu ENABLE. Tento vstup se dá využít k blokování pohybu motoru. Pokud je brána

zavřena, motor se roztočí dle programu tak, aby se brána začala otvírat a naopak. Po sepnutí koncového

kontaktu program motor zastaví. Motor se také zastaví po uplynutí naprogramovaného času pro případ

poruchy.

http://www.hobbyrobot.cz/

Str. 32

11.5 Návrh DPS:

Obr.2. Deska spojů a součástek


Obr.4. Deska spojů, propojek

Str. 33


Part Value Device Library Sheet

B1 B250C5000 RS-5 diod.mustky 1

B2 RB1A RB1A diod.mustky 1

C1,C2 100n C-EU025-024X044 rcl 2

C3 220n C-EU050-025X075 rcl 1

C4 470µF/25V CPOL-EUE3.5-8 rcl 1

C5,C6 2,2mF/25V CPOL-EUE5-13 rcl 2

D2 1N4004 1N4004 diode 1

D4 L-3MM2MA/G LED3MM LED diody 1




F1 SHK20L fuse fuse 1

F2 SHK20L fuse fuse 1

IC1 L6203 L6203 st-micro 1

IC2 78M05 78XXL stabilizatory 1

IC3 PICAXE14M DIL14 ic-package 1

KA1 G5LE12 G5LE rele 1

T1 BC548 BC548 transistor-npn 1

R1 33k 0207/10 rcl 1

R2 6k8 0207/10 rcl 1

R3,R4,R7,R11 1k 0207/10 rcl 4

R5.R6 10k 0207/10 rcl 2

R8,R9,R10 3k3 0207/10 rcl 3

R13 0 0207/15 rcl 1

S1 DIP02YL switch-dil switch-dil 1

TR1 TRHEI382-1X12 EI38-1 transformatory 1

TR2 TRHEI201-1X12 EI20-1 transformatory 1

TL1 P-B1720 switch2 switch 1

X1 AK500/3 con-ptr500 con-ptr500 1

X2,X3,X4,X5 AK500/2 con-ptr500 con-ptr500 4

Tab.1. Seznam součástek

V tabulce 1 je seznam součástek, které je možno zakoupit v prodejně GM Electronic. V seznamu není uveden

motor a jazýčkové magnetické spínače.

Na obrázcích 2 až 4 je deska spojů, rozmístění a osazení součástek.

Str. 34

12. Seznam použité literatury: [1] Velleman [online]. [cit. 2014-06-09]. Dostupné z: http://www.velleman.eu/downloads

[2] Laserová závora [online]. [cit. 2014-06-09]. Dostupné z: http://www.flajzar.cz/ostatni-7/laserova-zavora-

pro-vnitrni-pouziti.htm

[3] Z archívu autorů Jiřího Skoupého a Dušana Kupky

Zpracoval kolektiv autorů SŠ TEGA Blansko

Jiří Skoupý

Dušan Kupka

Ing. František Valášek

http://www.velleman.eu/downloads

http://www.flajzar.cz/ostatni-7/laserova-zavora-pro-vnitrni-pouziti.htm

http://www.flajzar.cz/ostatni-7/laserova-zavora-pro-vnitrni-pouziti.htm

Documents

Metodika pro využití samostatných vzorových el. obvodů