Импульсное цифровое реле

Magirescu Iulian

Введение

В первую очередь, это устройство используется, как электровыключатель. Оно включается, когда на катушку реле подается напряжение. На обычное реле, чтобы оно было включено, необходимо подавать напряжение постоянно. Импульсное же реле требует лишь короткого управляющего импульса и «запоминает» свое состояние. Иными словами, первый импульс включает реле, другой импульс приводит к размыканию его контактов.

Таким образом, для управления лампой импульсному реле необходимы кнопки, а не выключатели. Можно подключить несколько кнопок параллельно и разместить их в разных местах. Тогда станет возможным, например, включать лампу в одной комнате, и отключать ее, уже находясь в другой.

Описание

Импульсное цифровое реле – устройство, которое имитирует механический переключатель: сначала нажимаете на кнопку, и реле включается, второе нажатие выключает реле, при этом свет в комнате сначала появляется, а затем гаснет. Особенностью этой схемы является то, что она может быть использована в централизованной системе для домашней автоматизации. Другое преимущество – более низкая цена по сравнению с механическим переключателем с храповым механизмом. Импульсное цифровое реле является довольно стойким к электрическим помехам, соединение между кнопками и устройством может быть реализовано неэкранированным проводом любой длины.

Схема

Эта схема управляет комнатным освещением. Основным компонентом является микросхема IC1 (CD4017). Все цепи гальванически развязаны от сети оптроном, это защищает работу схемы от электрических помех, которые могут наводиться на проводах подключения кнопок.

При нажатии на любую из кнопок светодиод оптрона подключается к земле, и его транзистор открывается. Ток транзистора усиливается каскадом на транзисторе Q1 (BC557), конденсаторе C1 и резисторах R3, R4. На резисторе R4 появляется напряжение, которое подается на контакт 14 десятичного счетчика IC1 (CD4017), его цифровой код увеличивается на 1, на контакте 2 появляется высокий логический уровень и реле включается. Подключенный к контакту 2 транзистор Q2 (2N2222), управляет реле К1. Диод 1N4004 (D1) развязывает выводы счетчика IC1. Светодиод LED1 – индикаторный. Он показывает состояние устройства (ВКЛ/ВЫКЛ).

Если еще раз нажать на любую из кнопок, код счетчика IC1 увеличивается на 1, на контакте 2 появляется низкий логический уровень, реле выключается, а на контакте 4 возникает сигнал логической единицы. Этот сигнал проходит через диод D2 на контакт 4 микросхемы CD4017, счетчик сбрасывается, то есть возвращается в исходное состояние. При этом схема готова к следующим нажатиям кнопок, чтобы включить реле.

Элементы С2, R6 включены в схему для формирования сигнала сброса при подаче напряжения питания +12 В. Конденсатор С2 быстро заряжается, формируя импульс на контакте «RES» микросхемы.
Коллектор транзистора Q2 подсоединен к контакту 6 клеммной колодки для подключения к внешней микроконтроллерной системе (например, дистанционного управления GSM, сетевого контроллера и т.д.). Эта микроконтроллерная система может включать реле, замыкая на землю коллектор Q2. Но сигнал с контакта 6 клеммной колодки можно использовать и для информирования микроконтроллера внешней системы о текущем состоянии устройства.

Для данного устройства применяется блок питания на 12 В постоянного тока. В режиме ожидания, когда реле К1 выключено, импульсное цифровое реле потребляет крайне малый ток. Когда устройство включено, потребление определяется током через катушку реле К1.

Импульсное цифровое реле

Надписи на схеме
Relay output	Выход реле
GND	Земля
Pushbuttons	Кнопки
In/out for microcontroller	Вх/Вых для микропроцессора

Монтаж

Импульсное цифровое реле. Монтаж

Перечень элементов

Обозначение	Наименование
IC1	CD4017
Q1	BC557
Q2	2N2222
OK1	PC817 (оптрон)
D1	1N4004
D2	1N4148
R1	3 кОм
R2	100 кОм
R3	1 кОм
R4	10 кОм
R5	1 кОм
R6	100 кОм
R7	1 кОм
C1	100 нФ
C2	100 нФ
С3	1 мкФ/25 В
С4	1 мкФ/25 В
С5	1 мкФ/25 В
С6	1 мкФ/25 В
LED1	светодиод
K1	Реле на 12 В