Часто требуется, чтобы какой-либо электрический прибор был включен только относительно короткий промежуток времени от 1 до 15 минут. Таких интервалов требуют, например, склеивание и полимеризация, медицинские и косметические процедуры (например, в солярии), поджаривание тостов, варка яиц всмятку или в мешочек и т.п. Для этих целей используют различные таймеры, назовем их условно «кухонными». К кухонному таймеру, помимо прочих, предъявляется и еще одно важное требование: простая и интуитивно понятная система управления. Известные конструкции с различными дисплеями и клавиатурой для ввода различных значений выдержки, предоставляют явно избыточную функциональность для домохозяйки, требуют запоминания разных правил управления и т.п. В то же время полное отсутствие индикации или управление с помощью 1-2-х кнопок тоже не следует признавать удачным решением, как и, например, наличие шкалы на ручке переменного резистора, т.к. при этом невозможно получить информацию об оставшемся времени до отключения нагрузки, что тоже необходимо.

Предлагаю схему простого электронного «кухонного» таймера, реализующего установку выдержки от 1 до 15 минут с шагом в 1 минуту с интуитивно понятной системой управления и индикации. Схема выполнена без применения микроконтроллера и доступна для повторения радиолюбителями любой квалификации, даже начинающими. Несмотря на простоту таймер обладает некоторыми особенностями, делающими его в чем-то лучше аналогов.

Принципиальная схема таймера

На принципиальной схеме не показан источник питания (стабилизированный, от 5 до 15В) и блокировочные помехозащитные керамические конденсаторы (6 штук), которые рекомендуется установить на плате около каждой микросхемы и подсоединить непосредственно к ее выводам питания. Так же на схеме не показаны выводы питания микросхем серии К561 - вывод с наибольшим номером подключается к цепи VCC (+ питания), вывод с вдвое меньшим номером - к цепи GND (общий провод).

Описание схемы.
Схема содержит задающий генератор с изменяемым периодом импульсов, выполненный на ИМС DD1; узел опроса кнопок и индикации на реверсивном счетчике DD2 и дешифраторах DD5, DD6; узел переключения и звуковой индикации на триггере DD4 и элементах DD3.

Задающий генератор выполнен по типовой схеме включения интегрального таймера 555 (КР1006ВИ1) в режиме непрерывной генерации (мультивибратора). Период формируемых импульсов определяется сопротивлением резисторов R2...R4 и емкостью конденсаторов C3 и C4. Конденсатор С4 подключается при помощи VT1 только во время отсчета заданной выдержки, все остальное время работает С3. Когда С4 отключен, генератор формирует импульсы с частотой около 1000 Гц, а когда подключен - с периодом в 60 секунд. Точная подстройка периода в 60 секунд осуществляется резистором R3 (ориентировочное сопротивление R3+R4 должно быть около 220К при указанной на схеме емкости С4).

Импульсы с задающего генератора поступают на счетный вход реверсивного счетчика DD2. Направление счета определяется режимом работы схемы: при опросе кнопок счетчик работает на увеличение, при отсчете выдержки - на уменьшение. При сбросе (сброс при подаче питания осуществляется цепью C2-R1, кнопкой SB16 можно произвести сброс вручную) в счетчик записывается код 0000. Выходной код счетчика подается на 2 мультиплексора DD5 и DD6, включенные в режиме дешифратора. В итоге их выходах формируется «бегущая» логическая единица, причем направление ее движения зависит от направления счета счетчика.

Переключением направления (а значит и режима работы схемы) управляет триггер DD4-1. После сброса триггер устанавливается в состояние, соответствующее режиму опроса кнопок: на его инверсном выходе 2 формируется высокий уровень, поступающий на вход выбора направления счета DD2 (включается счет на увеличение). Одновременно низкий логический уровень с выход 1 триггера запирает VT1, т.е. отключает С4. Таким образом, генератор начинает работу на высокой частоте, «бегущая» единица на выходах дешифраторов с высокой скоростью сканирует кнопки. Если будет нажата какая-либо кнопка (допустим, SB2), то в момент, когда «бегущая» единица добежит до нее, на вход S триггера DD4-1 поступит высокий логический уровень, что приведет к переключению триггера в состояние, когда высокий уровень сформируется на его прямом выходе 1. При этом VT1 откроется, во времязадающую цепь генератора окажется подключенным С4 большой емкости, что приведет к тому, что генератор станет работать на сверхнизкой частоте (период 1 минута). Счетчик DD2 будет переключен в режим счета на уменьшение, а транзистор VT3 подключит катоды светодиодов VD1...VD15 к общему проводу, и светодиод, соответствующий нажатой кнопке, засветится (т.к. в это время счетчик все еще хранит прежний код). В нашем случае это будет светодиод VD2, символизирующий заданную выдержку в 2 минуты.

После отпускания кнопки схема не изменит своего состояния (удержание кнопки в течение времени, меньшего заданной выдержки, так же не влияет на работу схемы). Через 1 минуту генератор сформирует импульс, изменяющий состояние счетчика DD2, т.е. уменьшающий код в нем. В результате через минуту светящийся светодиод погаснет, а вместо него загорится светодиод с меньшим на единицу номером, т.е. в нашем случае VD1. Таким образом, светящийся светодиод показывает оставшееся количество минут до истечения выдержки. В момент, когда счетчик досчитает до 0, на его выходе CO сформируется низкий логический уровень, который через DD3-1 поступит на вход синхронизации триггера DD4-1. Т.к. вход D триггера подключен к общему проводу, триггер, а вместе с ним и вся схема, переключится в состояние, соответствующее первоначальному (как после сброса). Однако, в момент переключения DD4-1 нарастающий фронт поступит и на синхровход триггера DD4-2, включенного в режиме одновибратора. Этот фронт произведет запуск одновибратора, и на его выходе 13 сформируется импульс (длительностью около 1-2 секунд), в результате чего импульсы задающего генератора поступят на элемент DD3-4, который выполняет функцию «усилителя», нагруженного на пьезокерамический звукоизлучатель ВА1. То есть после того, как схема отработает заданную выдержку, прозвучит звуковой сигнал.

Для управления нагрузкой применен каскад на VT2 и оптореле KU1. В зависимости от типа оптореле схема может управлять нагрузками как постоянного, так и переменного тока разных напряжений и мощностей. Возможно и применение электромагнитного реле (обмотку которого следует зашунтировать диодом, подключенным анодом к стоку VT2, а резистор R5 исключить).

Детали и конструкция.
DD1 - КР1006ВИ1, допускается замена на ИМС 555 или аналог.
DD2 - К561ИЕ14
DD3 - К561ЛА7
DD4 - К561ТМ2
DD5, DD6 - К561КП2

Микросхемы DD2...DD6 могут быть заменены на аналоги иных КМОП серий. С небольшой корректировкой вместо счетчика ИЕ14 можно применить ИЕ11 (вывод 9 соединить с общим проводом).
VT1...VT3 - любые полевые транзисторы с изолированным n-каналом и малым сопротивлением канала в открытом состоянии, желательно с «логическим» управлением и допустимым током стока не менее 100 мА. Допустимо применение КП501 или КП505.

KU1 - любое оптореле, оптрон или т.п. Ток светодиода корректируется резистором R5.
VD1...VD15 - любые светодиоды, желательно повышенной светоотдачи, чтобы достаточная яркость обеспечивалась при токе не более 10 мА (больше 10 мА ток задавать недопустимо).
VD16 - любой маломощный, типа КД521, КД522 и т.п.
SB1...SB16 - кнопки тактовые, тип не важен.
BA1 - пьезокерамический звонок ЗП1 или аналогичный. Допустимо применение интегрального звукоизлучателя со встроенным генератором, который необходимо подключить через транзисторный ключ непосредственно к выходу 13 триггера DD4-2 (элементы DD3-3 и DD3-4 оставить подключенными по схеме).
С4 - танталовый, высокостабильный конденсатор. От точности и стабильности его емкости зависит точность выдержки. Емкость 68 микрофарад желательно выдержать точно.

К типам и номиналам остальных элементов особых требований не предъявляется. Все резисторы могут иметь отклонения в номинале до 50%. Рабочее напряжение всех конденсаторов должно быть больше, чем напряжение питания. Если напряжение питания превышает 5В, то необходимо пропорционально увеличить сопротивления резисторов R5 и R9, чтобы ток через них обеспечивался на уровне не более 10 мА.

Наладка и эксплуатация.
Правильно собранная схема в наладке не нуждается. Необходимо только подстроить длительность периода задающего генератора при помощи R4. Сделать это можно следующим образом: измерить фактические сопротивления резисторов R2...R3 и по формуле из технической документации на ИМС таймера КР1006ВИ1 произвести точный расчет значения R4, установить это сопротивление движком резистора и проконтролировать выдержку на нескольких значениях выдержки при помощи секундомера. Следует учитывать, что длительные выдержки отрабатываются таймером КР1006ВИ1 с точностью не выше 10%, причем колебания длительности от импульса к импульсу могут иметь разный знак, так что выдержка 15-и минут может быть абсолютно точной, а, например, 4-х минут - нет. Изменяя сопротивление R4 в небольших пределах от расчетного, следует добиться точности выдержек не хуже 10% (или приемлемой на ваш взгляд). Обязательно следует проводить серию замеров, чтобы уменьшить влияние случайных колебаний. Если применен конденсатор С4 иной емкости, чем указано на схеме, значения R2...R4 следует рассчитать заново, руководствуясь формулами из технической документации. Кроме этого можно подобрать параметры С5-R6 до получения желательной длительности звукового сигнала по окончанию выдержки.

Рекомендуется выполнить таймер таким образом, чтобы кнопки были расположены в один горизонтальный ряд, а соответствующие им светодиоды находились над ними. Очень удобно применение тактовых кнопок, устанавливаемых под прямым углом к плате. Кнопку сброса рекомендуется разместить несколько в стороне и применить толкатель иного цвета или размера, нежели остальные. На лицевой панели устройства рекомендуется нанести соответствующие надписи.

Работа с таймером проста. Нажатием нужной кнопки задается требуемая выдержка. При этом сразу загорается соответствующий светодиод, а нагрузка включается. Каждую минуту светящийся светодиод смещается в сторону уменьшения номера. По истечению выдержки нагрузка отключается и звучит звуковой сигнал. До истечения выдержки ни на какие нажатия кнопок прибор не реагирует, кроме кнопки SB16 «Сброс», которая приводит к немедленному выключению нагрузки, выключению всех светодиодов.

Модификации.
При изменении номиналов C4 и R3+R4 возможно получение таймера на «секундные» интервалы и т.п. Допустимо часть кнопок не устанавливать - при этом станет возможным задание выдержек только с выбранными значениями из ряда 1...15, но индикацию следует сохранить и для промежуточных значений оставшегося времени (например, для выдержек 5, 10 и 15 минут нужно оставить только кнопки SB5, SB10 и SB15, но по мере истечения выдержки светодиодная шкала все равно будет отображать оставшееся число минут). Наращивание числа дискретных значений до 32 и более, хотя и легко осуществимо простым каскадированием счетчиков и дешифраторов, но нецелесообразно из-за неоправданного увеличения числа управляющих кнопок.

Коментарии (3)

1  Написал(а) Igor, в 19:10 16.03.2008 Блин..... ну намудрил.... ну намудрил..... может на МК сделаем с цифровой индикацией с точностью 1 сек с индикатором типа 88:88   с управлением тремя кнопками (как в мод БП-2) Уведомить админа

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять коментарии.
Пожалуйста зарегистрируйтесь или войдите в ваш аккаунт.