Электронные схемы автоматики для дома и быта своими руками
Для обеспечения комфортного проживания необходимо применять автоматику. Радиолюбители предлагают очень много полезных электронных схем для дома и быта. Однако в некоторых источниках встречаются принципиальные схемы, которые не работают вообще, и приходиться тратить время на их усовершенствование. Причина — отсутствие полноценного описания принципа работы и перечня деталей.
Общие сведения об автоматике
Автоматикой называются механизмы, приборы и устройства, которые работают или управляют работой других узлов без участия человека. Она применяется практически во всех сферах: на предприятиях и в быту. Для повышения надежности и производительности оборудования следует максимально исключить фактор человеческих действий, влияющий на результат выполнения работы. Автоматизация позволяет значительно улучшить качество жизни, избавляя людей от рутинной работы.
Автоматика позволяет также предотвратить несчастные случаи в любой отрасли, угрожающие оборудованию, жизни и здоровью людей. Последние две причины применение средств автоматизации являются очень важными, поскольку позволяют обеспечить высокий уровень техники безопасности на предприятии. Это очень важно не только для работодателя, но и для сотрудников.
Необходимо осуществлять постоянный контроль за работой электроники, поскольку она может выйти из строя. Из-за высокой эффективности устройств автоматика в быту получила широкое распространение среди народных умельцев.
Электронные схемы
Радиолюбители предлагают электрические принципиальные схемы различных устройств автоматики для дома своими руками с описанием и перечнем деталей. Они просты и надежны. Радиокомпоненты, которые в них применяются, можно приобрести в любом специализированном магазине. Перед изготовлением устройств следует подготовиться и продумать конструктивные особенности. В этом поможет простой алгоритм, которым пользуются все радиолюбители:
- составить список необходимых радиоэлементов;
- ознакомиться с принципом работы устройства;
- найти электрическую принципиальную схему автоматики для дома;
- продумать конструктивные особенности устройства;
- подготовить инструмент: паяльник, олово, припой, плоскогубцы, бокорезы и т. д.;
- наличие прибора-измерителя обязательно;
- рабочее место должно быть удобным;
- купить необходимые радиоэлементы и детали для конструкции.
Список нужных радиоэлементов необходим для комфортной работы, поскольку не слишком приятно постоянно бегать в магазин за радиодеталями, которые не были куплены. Для изготовления устройства следует найти его электрическую схему, подробно ознакомиться и понять его принцип действия, поскольку это очень облегчит дальнейшую диагностику работы изделия. Конструктивные особенности и дизайн также имеют важное значение. К решению этого вопроса следует подойти очень серьезно.
Качество работы определяется не только по внутренней «начинке» изделия, но и по особенностям конструкции. Последнее играет важную роль в его безотказной работы. Например, если устройство греется, то следует продумать систему охлаждения. К тому же не слишком приятно наблюдать за обыкновенной ржавой коробкой. Внешний вид также имеет большое значение, поскольку показывает аккуратность мастера.
Презентабельный вид изделия может способствовать дополнительному заработку. Подготовка рабочего места и инструмента — одна из причин высокой производительности умельца, поскольку он не отвлекается на поиск последнего.
Очень важно наличие прибора, поскольку после покупки радиокомпонентов их следует еще раз проверить. Неисправная радиодеталь способна вывести из строя другие элементы схемы. Прибор должен измерять сопротивление, напряжение и выполнять прозвонку полупроводниковых элементов. Для этих целей подойдет простой мультиметр. Очень важно вести расчеты стоимости устройства, поскольку это очень интересное занятие. Например, радиолюбитель решил сделать электронную сигнализацию. Ему будет интересно знать стоимость деталей и работы, чтобы сравнить с магазинными аналогами.
Термостат в быту
Прибор предназначен для поддержания и регулирования температуры. Он прост в исполнении и не чувствителен к морозам. Изделие необходимо применять в системах отопления, инкубаторах, теплицах, для поддержания температурного режима в комнате и т. д. Кроме того, имеет смысл применять устройство в системах защиты от перегрева и пожарной сигнализации.
Прибор подключается к нагрузке, роль которой может выполнять тэн, трехфазное реле или любой нагревательный элемент. Его можно подключить к газовому электрическому клапану серии GSAV15R на 0,5 дюйма (1/2»), и выполнять автоматический контроль в погребе, теплице, гараже или комнате.
Устройство термостата является очень простым и не требует навыков программирования. Структурная схема подключения изделия представлена на рисунке 1.
Рисунок 1. Структурная схема подключения.
Термостат состоит из следующих структурных блоков: термодиода, основного каскада термостата, реле и блока питания. Последний состоит из обыкновенного RC-фильтра. Он предназначен для корректной работы всех элементов схемы. Резистор, входящий в блок питания, также выполняет и функцию как регулятор установки гистерезиса операционного усилителя термостата.
Основной каскад выполняет регулировочные функции в автоматическом режиме. В его состав входит также элемент управления — переменный резистор. Термодиод — элемент управления работой основного каскада. Выходной каскад представляет собой реле, работой которого управляет операционный усилитель. Диапазон рабочих температур регулируется от 15 до 97 ° C .
Схема 1. Простой термостат своими руками.
Рекомендуется плату с реле поместить в отдельный корпус. Термодиод крепится на поверхность, где нужно осуществить контроль температурного режима. Перечень радиокомпонентов следующий:
- операционный усилитель: AD822;
- питание: 12 В 0,5 А;
- электролитические конденсаторы: 1 мкФ на 16 В;
- резисторы: R1 (5 Ом 0,5 Вт), R2 (переменный на 10 кОм), R3 (10 кОм), R4 (500 кОм) и R5 (39 кОм);
- диод D1: серия Д226 (с любым буквенным индексом);
- транзистор: IRFZ44n;
- реле постоянного тока: любой на напряжение питания до 12 В и коммутацией свыше 220 В.
Транзисторный ключ выполнен на полевом N-канальном MOSFET-транзисторе. Он обладает хорошими техническими характеристиками, и подходит для управления мощной нагрузкой. Его мощность достигает 110 Вт, но радиодеталь следует ставить на радиатор для отвода тепловой энергии.
Схему термостата можно модернизировать, поставив 2 светодиода (желательно разного цвета свечения). Первый ставится на выход блока питания. Он сигнализирует о наличии питания устройства. Второй нужно подключить параллельно нагрузке (тэну). Необходимо учитывать, что светодиод нужно подключать последовательно с резистором. Для индикации питания подойдет сопротивление номиналом от 0,8 до 1,2 кОм. Во втором случае для 220 В следует подобрать резистор с сопротивлением от 150 до 200 кОм.
Охранная система
Современные охранные сигнализации — очень сложные устройства. Они выполняют много функций. Однако не имеет смысла покупать системы для выполнения одной функции. Например, при необходимости защитить дверь гаража, нет смысла применять электронику с разнообразным функционалом. Фирмы-производители постоянно усложняют оборудование, а это влияет на его стоимость.
Радиолюбители предлагают вариант упрощенной модели с минимальным количеством радиодеталей. Структурная схема, описывающая принцип работы устройства, приведена ниже (рис. 2).
Рисунок 2. Структурная схема сигнализации.
Устройство состоит из следующих компонентов: блока питания, датчика (датчиков) для контроля периметра, реле и сигнального устройства. Источник питания — обыкновенный аккумулятор на 12 В. Вместо него можно использовать мостовую схему выпрямителя, запитанную от трансформатора (220/14 В). На выходе диодного моста следует установить электролитический конденсатор. При этом следует соблюдать полярность. Датчик — обыкновенный геркон или группа элементов, которые соединены последовательно. Реле замыкает электрическую цепь и активирует сигнальное устройство при срабатывании геркона.
При нарушении периметра происходит срабатывание одного из герконов. В результате этого электрическая цепь размыкается. Один из контактов реле размыкается, а другой замыкается. Происходит подача питания на сигнальное устройство, и оно срабатывает. Схема устройства довольно простая (схема 2).
Схема 2. Простая звуковая сигнализация.
В схеме можно применять от одного до нескольких герконных датчиков. Перечень радиокомпонентов сигнализации:
- реле постоянного тока Р1: любое с напряжением срабатывания в 12 В и током, равным 1 А (одна пара срабатывает, а друга размыкает);
- сигнальное устройство: любое на 12 В;
- геркон: 100 мА и 12 В.
Герконы рекомендуется устанавливать на места, где вероятность проникновения на объект довольно высока (двери, окна и т. д.). Все элементы сигнализации маскируются.
Радиолюбители рекомендуют использовать до 10 герконов. Превышение их количества затрудняет диагностику неисправностей сигнализации.
Качалка для кроватки
Бывают случаи, когда необходимо уложить спать ребенка, и необходимо постоянно раскачивать кроватку, чтобы малыш уснул. На это уходит много времени, а ведь иногда хочется и отдохнуть. В этом случае на помощь придет электроника в быту. Принципиальная схема «помощника» не очень сложная. Изделие можно условно разделить на несколько частей: блок питания, генератор, актуатор и детскую кровать.
Блок питания состоит из трансформатора (220/15), диодного моста, конденсатора и стабилитрона. Напряжение на выходе должно быть стабилизированным. Его величина не должна превышать 12 В, а сила тока — 4 А. Генератор и актуатор собираются на микросхемах (схема 3).
Схема 3. Электронная «нянька».
Мостовой драйвер (актуатор) собирается на микросхеме L298. При появлении логической единицы на входе «IN1», а на «IN2» — логического нуля осуществляется движение драйвера в разные стороны. Управление скоростью актуатора нужно производить по входу «ENA». Микроконтроллер ATmega16 управляет драйвером. Однако для этого на него следует закачать «прошивку», которую можно написать самому или скачать готовый файл из интернета.
Изделие оборудовано микрофоном, который улавливает плач ребенка. При этом происходит преобразование сигнала в электрический импульс, поступающий на микроконтроллер. После этого происходит подача дискретного сигнала на актуатор. Он совершает 15 качаний (все зависит от файла-прошивки). Скорость и частота качаний регулируются при помощи резисторов R1 и R2 соответственно. Микрофон необходимо располагать возле ребенка. Перечень деталей:
- микроконтроллер: ATmega16;
- генератор импульсов: LM78 (можно заменить на L05C, T092);
- актуатор (драйвер): L298;
- переменные резисторы: R1 (10 кОм) и R2 (10 кОм);
- резисторы: R3 (1 Ом) и R4 (2 кОм);
- конденсаторы: С1 (1 нФ) и С2 (1 нФ);
- диодный мост: любые диоды, рассчитанные на обратное напряжение 20 В;
- электролитический конденсатор: 2200 мкФ;
- трансформатор: 220/15 В;
- электродвигатель;
- микрофон: любой на 12 В.
Кроме того, следует обдумать схему монтажа и конструкцию. Она должна быть надежной и прочной. Микрофон изолируется, а само изделие располагается на безопасном от ребенка месте.
Уличное автоматическое освещение
Возникают ситуации, когда необходимо включить свет во дворе. Если владелец находится дома, то это сделать проще. Когда человек возвращается с работы, а на улице темно, то ему предстоит включить фонарь на мобильном телефоне или воспользоваться другим источником световой энергии. Радиолюбители предлагают простую схему автоматизации включения освещения. Она состоит из широкодоступных радиодеталей (схема 4). Главный элемент изделия — микросхема.
Схема 4. Устройство для автоматизации включения освещения.
Микросхема DA1 — операционный усилитель, который используется в качестве компаратора. Если напряжение на неинвертирующем входе «3» выше, чем на входе «2» (инвертирующий), то на выходе «6» устанавливается высокий уровень сигнала. Делитель, собранный на резисторах R2 и R3, задает напряжение на входе «2». Оно составляет 5 В. На выходе «3» величина разности потенциалов зависит от номинала R1, а также от состояния фототранзистора VT1.
В темное время суток сопротивление VT1 велико, поскольку он находится в закрытом состоянии. На входе «3» величина напряжения меньше, чем напряжение питания изделия. На входе «6» устанавливается высокий уровень сигнала, поступающего через R4 на базу транзистора VT2. В результате этого он открывается. Питание поступает на обмотку реле. Его контакты замыкают цепь питания лампы накаливания.
В ситуациях, когда освещенность фототранзистора велика, он находится в открытом состоянии. При этом величина напряжения на «3» ниже, чем на «2». Из этого следует, что уровень сигнала на «6» стремится к нулю. Напряжения и силы тока недостаточно для питания реле постоянного тока, и его контакты разомкнуты (лампа не горит). Перечень радиодеталей:
- операционный усилитель D1: КР544УД1Б (можно использовать КР544УД1 с любым буквенным индексом);
- фототранзистор VT1: МП26Б;
- транзистор VT2: КТ815 или КТ817 (буквенный индекс любой);
- резисторы: R1 = R4= 2,4 кОм, R2 = 9,1 кОм и R3 = 6,2 кОм;
- конденсатор С1: 4700 пФ (керамический);
- электролитический конденсатор С2: 20 мкФ на 16 В;
- диод VD1: КД522Б;
- реле постоянного тока К1: любое на 12 В и коммутацию контактов не менее 220 В.
Источник питания может быть любого типа на 12 В. Стабилизацию напряжения можно не производить, поскольку схема не чувствительна к его колебаниям. Порог срабатывания осуществляется резистором R1.
Таким образом, автоматика играет важную роль не только на производстве, но и в быту. Она обеспечивает комфортную работу и жизнь, поскольку позволяет выполнять задачи в автоматическом режиме без участия человека.