Простейшая схема фотореле своими руками

Делаем фотореле своими руками

Одним из многочисленных автоматов, в общем смысле слова, является фотореле. Оно визуально незаметно, малофункционально и применяется во многих нишах. Устройство обладает единственной реакцией на внешний фактор наличия или отсутствия света — соединение или разрыв линии, по которой идет ток. Последнее используется как напрямую для отключения или активации потребителей, так и в качестве сигнального импульса. Встретить фотореле можно во многих сферах жизни, от контрольных линий производства или турникетов метро, до их присутствия в роли элементов выключателей освещения различного плана.

Турникеты в метро:

Многие не раз попадали в ситуации, когда в темноте не видно расположения предметов. Причем это мешает не только процессу личного перемещения, но и создает неудобство, когда нужно что-то найти в темноте. Вопрос вполне решаем установкой лампы. Вот только сразу выявляется проблема с ее включением в темноте. Здесь в роли автомата может применятся фотореле, включающее освещение именно в те моменты, когда наступает темнота.

Упомянутая ниша использования не единственная. На основе реакции датчика на видимое излучение, построены и считающие единицы товара приборы, и охранные устройства. Оба названых типа определяют пересечение луча света объектом. На том же принципе бывают выполнены системы автоматического открытия дверей, ворот или шлагбаумов.

Простота конструкции позволяет легко изготовить комплекс из реагирующей части и фотореле своими руками, о чем и пойдет речь в статье. Будут рассмотрены виды соединения готовых сборок, выпускаемых промышленностью и их схемы, раскрывающие сущность названых частей, от самых элементарных, до использующих в своей основе микроконтроллер.

Схема простого фотореле

Начнем с простого устройства наподобие ночника. Когда светло, он выключен, но чем темнее становится, тем ярче горит лампа. Сразу маленькое напоминание — питание устройства 220 В, так что нужно быть аккуратнее и внимательнее при его сборке и проверке.

Чем меньше освещенность фоторезистора, тем сильнее открыт семисторный ключ Q6004LT. Соответственно, больше тока предоставляется нагрузке, в роли которой выступает маломощная лампа накаливания.

Есть вариант описанной схемы, использующий уже 5 элементов. В ней лампа просто загорается в темноте на максимальную яркость и гаснет в моменты попадания света на фоторезистор.

Простая схема фотореле:

Настройка чувствительности выполняется подбором значения R1. Изменять в какую-либо сторону его нужно в относительно небольших пределах. Мощность резистора выбирается для всех случаев равной 1 Вт. Семистор КУ208Г можно сменить на КУ601Г без потери функциональности конечного устройства, но в любом случае, на названый элемент схемы нужно ставить теплоотвод — при использовании указанной нагрузки, он сильно греется.

Другой несложной конструкцией можно назвать использование фотореле в связке с несколькими транзисторами. Приведенная схема изначально рассчитана на подключение потребителей через линию размыкания электромагнитного реле.

Фоторезистор PR1 с подстроечником R1 выступают в роли делителя напряжения, управляющего состоянием транзистора VT1, который в свою очередь открывает или закрывает VT2. Последний, и производит пропуск тока на реле K1, размыкающее или соединяющее линию питания нагрузки. Диод VD1 шунтирует скачки тока в моменты срабатывания электромагнитного элемента, защищая транзисторы.

Обратите внимание! Указанное устройство питается уже не от сети 220 В, а имеет свой токовый ввод от 5 до 15 В. Что касается функций подстроечника R1 — он нужен для установки чувствительности к потоку света, приводящего к срабатыванию самого устройства.

Повторяемый промышленный вариант

В качестве своеобразного эталона рассмотрим схему фотореле ФР-602 от компании EIK. Большая часть представленных на рынке устройств аналогичного плана конструктивно похожи, отличаясь лишь в мелочах.

Принципиальная схема фотореле вместе с печатной платой:

Как видно, конструкция проста и может быть выполнена в домашних условиях. Элементарная база:

Обозначение на схеме	Модель/тип	Характеристики	Аналоги
С2	Конденсатор	0.7мкф, 400 В
C4	Электролитический конденсатор	100 мкф, 50 В
C5		47 мкф 25 В
R2	Резистор	1.5 МОм, 0.125 Вт
R3		220 Ом, 2 Вт
R4		1 МОм, 0.125 Вт
R5		560 кОм, 0.125 Вт
R6		200 кОм, 0.125 Вт
R7		100 кОм, 0.125 Вт
R8		75 кОм, 0.125 Вт
R9		33 кОм, 0.125 Вт
WL	Построечный резистор	2.2 мОм
ZD1	Стабилитрон 1N4749	24 В	3 последовательно соединенных Д814А, или 2 Д814Д
D1-D5	Выпрямительный диод 1N4007
VD1	Выпрямительный диод 1N4148
Q1, Q2	Биполярный транзистор BC857A	КТ3107Б
PH	Фотоэлемент (фоторезистор)	До 110 кОм
Rel	Реле SHA-24VDC-S-A (Rel1)

Схема подключения классических фотореле к линии потребления

Все виды выпускаемых промышленностью или сделанных самостоятельно реле, требуют отдельного питания. Соответственно, и два контакта устройства будут предназначены названым целям. Причем встречаются модели фотореле без встроенного преобразователя напряжения, что означает подачу питания к ним не от сети 220 В, а через отдельный понижающий блок. Линий, идущих к потребителям может быть несколько, в зависимости от количества внутренних электромагнитных переключателей. Причем ввод может быть и раздельным для каждого контакта, — объединенным между прочими — или вообще интегрированным с питанием самого фотореле.

Датчик света у большинства моделей встроен в корпус самого устройства, но существуют и раздельные варианты, позволяющие выносить его в сторону от самого аппарата. Последнее нужно для случаев исключения засветки фотоприемника от управляемых ламп, чтобы система не превращалась в стробоскоп. То есть, когда темно — аппарат включает лампы. Становится светло — он их отключает. Опять срабатывает на мрак. И так по кругу.

Одинарная

Описанная ранее модель ФР-602 и аналогичные ей подключаются к линии следующим образом:

На большое количество потребителей энергии

Для управления мощной нагрузкой, например, при подключении прожектора или многочисленных ламп, лучше использовать промежуточные реле. В роли последних выбираются соответствующие приборы, которые выдерживают прохождение большого тока, достаточного для питания. Примером могут стать РК-1p/2p (Un), МРП-2, IEK ORM-41F-1, DEKraft ПР-102 и им подобные. Обратите внимание, что часть из реле аналогичного плана рассчитаны на управление переменным током (AC), в то время как другие постоянным (DC). Кроме того, напряжения включения может отличаться в нижнюю сторону от номинала розетки. Последние два фактора важно учитывать при проектировании монтажной схемы. Если реле-посредник питается от постоянного тока, то фотореле должно управлять подачей электричества к блоку преобразования. Который уже включившись, приведет в действие электромагнитный контактор, активирующий основную линию питания клиентских устройств.

Использование иных моделей фотореле

Здесь представлена схема подключения фотореле для другого варианта исполнения конечного автомата — с выносным датчиком чувствительности к свету и раздельными контактными линиями. Изначально она подготовлена для ФР-7Е, но подходит и для аналогичных моделей иных производителей.

Обратите внимание, что представленное фотореле и упомянутое ранее, различаются корпусом, а в частности защитой устройства от внешних факторов. ФР-601/602 можно безболезненно размещать под открытым небом на улице, а у ФР-7Е для аналогичного действия требуется установка дополнительного кожуха. Но устройства подобного плана установки выпускаются со всеми необходимыми креплениями в стандартный электротехнический щиток, включая подготовленные места монтажа к DIN-рейке.

Расширение функциональности с добавлением реле времени

Планируя использовать фотореле для уличного освещения своими руками, можно слегка расширить его функциональность, добавив таймер отключающий свет через установленное время. Причина проста — не нужно тратить электричество на работу ламп всю ночь, когда они точно никому не нужны. С целью реализации можно использовать реле отключения, наподобие IEK ORT-A2-AC230V, THC-B1 или аналогичные.

Расширенная схема питания уличного освещения:

Микропроцессорное фотореле

Современные технологии коснулись и фотореле. Все чаще начинают применяться устройства на базе микроконтроллеров, которые позволяют не только производить определение наличия светового потока, но и совмещать множество других функций. Причем расширение не требует сильного изменения аппаратной составляющей, достаточно модифицировать внутреннюю программу.

Микроконтроллер — маленький компьютер, изначально ориентированный на управление устройствами в зависимости от внешних факторов и алгоритма. Кроме того, его возможностей вполне достаточно для присоединения к общей цифровой сети, объединяющей группы оборудования различного плана.

Также стоит упомянуть о промышленных образцах фотореле, оснащенных «умной» частью. Но их функциональность обычно ограничена производителем. Поэтому лучше рассмотреть другую систему. К примеру, Arduino. Его возможностей вполне достаточно для осуществления контроля света, отключения линии днем и ночью, отправки сообщений о текущем используемом режиме или сигнализации о нарушениях в работоспособности лампы.

На аппаратной стороне, все что непосредственно не касается функций контроля, возлагается на дополнительно подключаемые «шилды» к Arduino. В приведенной схеме последнее будет относиться к часам, датчику света и самому реле. Вопрос отправки статуса конечному владельцу решается за счет GSM модуля связи, который и будет отсылать SMS о текущем режиме работы системы.

Принципиальная схема конструкции достаточно проста:

Есть примечание, касающееся приведенной сборки. Обратите внимание, что релейный модуль имеет стороннее питание. Это сделано в целях избежания скачков тока, так как шилд берет много электричества из общей линии и может вызвать «просадку» напряжения при переключениях. Отдельное питание рекомендуется и SIM800L (на приведенной схеме он подключен напрямую к самому Arduino). Также модуль GSM-связи достаточно потребляющий элемент — ему нужно выработать определенную мощность для соединения с сотовой вышкой, а взять энергию с названой целью он может только из линии снабжения.

Что касается программной части, написать соответствующий алгоритм сможет любой, знакомый с программированием микроконтроллеров Arduino. Тем более, есть множество кодов в интернете.

Несмотря на функциональную простоту фотореле, ниш применения у него достаточно. Тем более, что малые возможности расширяются добавлением новых за счет небольшого усложнения схемы и использования микроконтроллеров.

Видео по теме

Источник

Как быстро сделать простое фотореле, схемы не сложных фотореле

Фотодатчики и реализованные на их основе электронные устройства, управляющие различными бытовыми приборами, давно завоевали популярность.

Казалось бы, невозможно уже найти что-либо новое в схемном решении для таких устройств. Ниже предлагаю читателям три надежные схемы, отличающиеся простотой и высокой чувствительностью к воздействующему на датчики световому потоку.

Эти несложные можно использовать в своих конструкциях автоматики и в устройствах управления.

Устройство охранной сигнализации с самоблокировкой

Простое и надежное устройство охранной сигнализации с самоблокировкой представлено на принципиальной схеме (рис. 1).

Рис 1. Охранная сигнализация с самоблокировкой.

Устройство применяется в качестве детектора освещения: светодиод HL1 загорается, если на фотодатчик — фоторезистор PR1 не попадает естественный или электрический свет. Практически этот электронный узел поможет при контроле зоны безопасности дома или садового участка.

Пока фоторезистор PR1 освещен, его сопротивление постоянному электрическому току мало, и падение напряжения на нем недостаточно для отпирания тиристора VS1.

Если поток света, воздействующий на фотодатчик, прерывается, сопротивление PR1 увеличивается до 1. 5 МОм, тогда конденсатор С1 начинает заряжаться от источника питания.

Это приводит к отпиранию тиристора VS1 и включению светодиода HL1. Кнопка S1 предназначена для возврата устройства в исходное состояние.

Вместо светодиода HL1 (и включенного последовательно с ним ограничивающего ток резистора R2) можно использовать маломощное электромагнитное реле типа РЭС 10 (паспорт 302, 303), РЭС 15 (паспорт 003) или аналогичное с током срабатывания 15. 30 мА. При увеличении напряжения источника питания ток потребления реле повышается.

Вместо тиристора КУ101А можно применить любые тиристоры серии КУ101. Фотодатчик PR1 состоит из двух параллельно соединенных (для лучшей чувствительности нет необходимости в дополнительном усилителе сигналов) фоторезисторов СФЗ-1. Конденсатор С1 типа МБМ, КМ или аналогичный.

Светодиод — любой. Все постоянные резисторы типа МЛТ-0/25. Кнопка S1 может быть любой. В авторском варианте использован’микропереключатель МПЗ-1.

Датчик освещенности на ОУ

На рис. 2 изображена схема датчика освещенности с усилителем на базе операционного усилителя К140УД6.

Рис. 2. Схема датчика освещенности на ОУ.

Резистор положительной обратной связи R4 вводит в схему петлю гистерезиса с целью предотвращения паразитных колебаний. Без положительной обратной связи, при эксплуатации узла с источником питания с напряжением более 11 В, в такой схеме возникают паразитные колебания (усилитель самовозбуждается и генерирует ложные срабатывания реле).

Значение сопротивление резистора R4 установлено для напряжения источника питания 12 В. При увеличении Un сопротивление резистора R4 необходимо подобрать точнее. Чувствительность устройства регулируется переменным резистором R3.

Операционный усилитель DA1 включен по классической схеме с коэффициентом усиления 1. Диод VD1 защищает транзистор VT1 от бросков обратного напряжения при срабатывании реле.

Вместо микросхемы К140УД6 можно без изменений схемы применять однотипные операционные усилители К140УД608, К140УД7. Конденсатор С1 служит в схеме для фильтрации высокочастотных помех по напряжению. Транзистор VT1 можно заменить на КТ315А-КТ315В, КТ312А-КТ312В. Переменный резистор R3 типа СПЗ-1ВБ.

Фотореле на таймере КР1006ВИ1 (555)

На рис. 3 показана схема с универсальным таймером КР1006ВИ1.

Этот простой автомат для включения ночного освещения можно эффективно применять как в городских условиях, так и на даче или в сельской местности.

Рис. 3. Электрическая принципиальная схема фотореле (фото-датчика) на основе таймера КР1006ВИ1.

Если на фоторезистор (два параллельно подключенных для лучшей чувствительности фоторезистора СФЗ-1) попадает хотя бы слабый дневной свет — транзистор VT1 закрывается, так как сопротивление между его базой и эмиттером значительно меньше, чем сопротивление между его базой и положительным выводом источника питания.

При уменьшении освещенности рабочей поверхности фоторезисторов сопротивление между базой и эмиттером транзистора VT1 возрастает — становится больше 100 кОм.

Когда сопротивление между базой VT1 и положительным выводом источника питания низкое, транзистор VT1 открывается. Реле К1 срабатывает и подключает вывод анода тиристора VS1 к «плюсу» источника питания.

После этого включается универсальный таймер DA1 КР1006ВИ1 и на его выходе (вывод 3) устанавливается напряжение 10,5 В.

К1006ВИ1 имеет достаточно мощный выход (вывод 3), позволяющий управлять устройствами нагрузки, потребляющими ток до 250 мА. Поэтому к выходу DA1 можно подключать маломощные реле без ключевого транзисторного каскада.

Реле К1 срабатывает и удерживает во включенном состоянии лампу освещения HL1. Вместо лампы возможно применение другой активной нагрузки с потребляемой мощностью не более 0,2 А (этот параметр обусловлен характеристиками маломощного реле).

Таким образом, нагрузка (электрическая лампа освещения) оказывается включенной всегда, пока на фотодатчик не воздействует хотя бы минимальный световой поток.

Устройство выдержало экспериментальные испытания и работает надежно, оно применяется в авторском варианте для включения энергосберегающей лампы подсветки вечером и ночью (фотодатчик обращен к естественному свету). Благодаря высокой чувствительности прибора лампа освещения выключается при восходе солнца.

Тиристор VS1 — КУ101А-КУ101Г, КУ221 с любым буквенным индексом. Транзистор VT1 можно заменить на КТ312А-КТ312В, КТ3102А-КТ3102Ж, КТ342А-КТ342В или аналогичный по электрическим характеристикам.

Коэффициент усиления этого транзистора по току h21e должен быть не менее 40. Реле — любое маломощное, с током срабатывания 15. 30 мА при напряжении 12 В. Все постоянные резисторы типа MЛT-0.125. Конденсатор С1 типа КМ. С2 — типа К50-20 на рабочее напряжение более 16 В.

Диоды VD1, VD2 защищают соответственно переход транзистора VT1 и выход микросхемы DA1 от бросков переменного тока и препятствуют дребезгу контактов соответствующих реле К1, К2 при их срабатывании. Такие диоды можно заменить на любые из серии КД522.

Все три схемы непритязательны к питающему напряжению и при использовании в качестве узлов коммутации маломощных реле, стабильно работают с бестрансформаторными (способными отдать полезный ток более 70 мА) и трансформаторными стабилизированными источниками питания с выходным напряжением 10-16 В.

Литература: Кашкаров А. П. Электронные устройства для уюта и комфорта.

Источник