Данная схема может быть модифицирована и использована в качестве светового барьера. Достаточно направить луч света на наш фотодатчик с помощью светодиода, лампы или лазера и, таким образом, разместить фотодатчик с одной стороны, а источник света — с противоположной.
Как сделать фотореле своими руками?
Одним из ключевых элементов автоматизации наружного освещения, в дополнение к датчикам движения (ДД) и таймерам, является фотореле, также известное как световое реле, сумеречный выключатель или фотодатчик. Основная задача этого устройства заключается в автоматическом включении наружного освещения, а также других схем, когда наступает темнота, без необходимости в участии человека.
Благодаря стремительному развитию технологий и массовому производству, в настоящее время цена на световые реле стала вполне доступной. В данной статье мы рассмотрим устройство фотореле, особенности его подключения, а также узнаем, как самостоятельно изготовить такое устройство.
Сфера использования
Прежде всего, фотореле предназначено для автоматического включения и отключения уличного освещения. Однако возможности его применения не ограничиваются лишь этим. Например, с помощью светового реле можно настроить работу водяного насоса в фонтане, чтобы он начинал функционировать утром, а завершал свою работу под вечер. Таким образом, область применения светоуправляемых устройств очень обширна; они помогут решать различные задачи, не ограничиваясь только вопросами освещения.
Использование сумеречного выключателя наглядно обосновано для управления осветительными приборами в общественных местах, парках, а также на торговых и промышленных площадях, автостоянках и вдоль дорог.
Это устройство позаботится о том, чтобы освещение включалось в вечерние часы и отключалось по утрам, не требуя при этом никакого вмешательства со стороны людей. Таким образом, данная система полностью автономна.
В частных домах автоматическое освещение также находит применение, но важную роль при этом играет стоимость электрической энергии. Не всегда есть необходимость в том, чтобы осветительные приборы включались на всю ночь, потребляя значительное количество электричества.
Чаще всего требуется, чтобы освещение активировалось с наступлением темноты на определенное время, а затем отключалось. Или же необходимо, чтобы свет включался только в темное время суток и работал на короткий промежуток времени при наличии людей в зоне освещения, например, около туалета или гаража. В таких случаях очень полезными будут устройства, оснащенные дополнительными компонентами, такими как датчики движения или таймеры.
Устройство охранной сигнализации с самоблокировкой
Непритязательная, но надежная схема охранной сигнализации с самоблокировкой представлена на принципиальном рисунке (рис. 1).
Рис 1. Охранная сигнализация с самоблокировкой.
Это устройство используется в качестве детектора освещения: светодиод HL1 включается, если на фотодатчик — фоторезистор PR1 не попадает естественный или искусственный свет. Фактически этот электронный узел может стать частью системы контроля безопасности вашего дома или садового участка.
Когда фоторезистор PR1 освещен, его сопротивление постоянному электрическому току малое, и падение напряжения на нем оказывается недостаточным для открытия тиристора VS1.
Если поток света, падающий на фотодатчик, прерывается, сопротивление PR1 возрастает до 1.5 МОм, в результате чего конденсатор C1 начинает заряжаться от источника питания.
Это ведет к срабатыванию тиристора VS1 и включению светодиода HL1. Кнопка S1 предназначена для возврата устройства к начальному состоянию.
Вместо светодиода HL1 (совместно с включенным последовательно ограничивающим ток резистором R2) можно использовать маломощное электромагнитное реле, например, 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 будет возрастать.
Вместо тиристора КУ101А можно использовать любые тиристоры из серии КУ101. Фотодатчик PR1 состоит из двух параллельно соединенных фоторезисторов СФЗ-1, что обеспечивает лучшую чувствительность без необходимости в дополнительном усилении сигналов. Конденсатор С1 должен быть типа МБМ, КМ или его аналогом.
Светодиод может быть любым, а все постоянные резисторы могут быть типа МЛТ-0/25. Кнопка S1 может быть любой. В данном случае использован микропереключатель МПЗ-1.
Датчик освещенности на операционном усилителе
На рисунке 2 представлена схема датчика освещенности с усилителем, основанным на операционном усилителе К140УД6.
Рис. 2. Схема датчика освещенности на операционном усилителе.
Резистор положительной обратной связи R4 включает в схему петлю гистерезиса, что помогает предотвратить паразитные колебания. Без данного элемента, при использовании устройства с напряжением питания выше 11 В, могут возникать паразитные колебания, что приводит к самовозбуждению усилителя и генерации ложных срабатываний реле.
Сопротивление резистора R4 установлено для напряжения питания 12 В. При увеличении напряжения Uн требуется более точная подборка этого резистора. Чувствительность устройства можно регулировать переменным резистором R3.
Операционный усилитель DA1 включен по классической схеме с коэффициентом усиления 1. Диод VD1 необходим для защиты транзистора VT1 от скачков обратного напряжения при активации реле.
Вместо микросхемы К140УД6 можно без изменений схемы использовать аналогичные операционные усилители, такие как К140УД608 и К140УД7. Конденсатор C1 предназначен для фильтрации высокочастотных помех, находящихся в напряжении. Транзистор VT1 можно заменить на КТ315А-КТ315Б или КТ312А-КТ312Б. Переменный резистор типа СПЗ-1ВБ также может использоваться в данной схеме.
Сборка датчика освещенности
Теперь перейдем к практике — первым делом необходимо создать печатную плату. Для этого я использую метод ЛУТ. Файл с печатной платой прилагается к статье, его не нужно зеркалить перед печатью. Вы можете скачать плату тут:
Плата рассчитана на использование отечественного фоторезистора ФСД-1 и подстроечного резистора типа CA14NV. Вот несколько фотографий процесса сборки:
Теперь можно приступить к пайке деталей. Сначала устанавливаются резисторы и диод, после чего монтируются остальные компоненты.
В последнюю очередь подключаются самые большие компоненты — фотодиод и подстроечный резистор, при этом провода можно удобно вывести через клеммники. После завершения пайки обязательно очищайте плату от флюса, проверяйте правильность монтажа и прозванивайте соседние дорожки на предмет замыкания. Только после выполнения всех этих процедур можно подавать питание на плату.
Настройка датчика
При первом включении светодиод на плате может либо гореть, либо полностью погаснуть. Осторожно вращая подстроечный резистор, необходимо найти такое положение, при котором светодиод изменит свое состояние. Далее стоит установить подстроечный резистор в точку, где происходит переход между двумя состояниями, и, закрывая или осветляя фоторезистор, достичь необходимого срабатывающего порога.
Работа датчика освещенности подробно демонстрируется на видео. Процесс заключается в том, что над фоторезистором создается тень, что приводит к уменьшению светового потока и, как следствие, к отключению светодиода. Удачной сборки!
Датчик освещенности на операционном усилителе
На изображении 2 представлена принципиальная схема для датчика освещенности с усилителем на базе операционного усилителя К140УД6.
Рисунок 2. Принципиальная схема датчика яркости с операционным усилителем.
Резистор положительной обратной связи R4 формирует в схеме петлю гистерезиса, что необходимо для предотвращения паразитных колебаний. Без данного элемента при использовании схемы с источником питания, превышающим 11 В, возможно появление паразитных колебаний, что приведет к самовозбуждению усилителя и, как следствие, к ложным срабатываниям реле.
Значение резистора R4 установлено для напряжения источника питания 12 В. При увеличении напряжения Uн сопротивление R4 следует подбирать более точно. Чувствительность устройства регулируется переменным резистором R3.
Операционный усилитель DA1 подключен по стандартной схеме с коэффициентом усиления, равным 1. Диод VD1 обеспечивает защиту транзистора VT1 от скачков обратного напряжения во время срабатывания реле.
Вместо микросхемы К140УД6 можно без внесения изменений в схему использовать аналогичные операционные усилители, такие как К140УД608 и К140УД7. Конденсатор C1 служит для фильтрации высокочастотных помех по напряжению. Транзистор VT1 можно также заменить на КТ315А-КТ315Б или КТ312А-КТ312Б. Переменный резистор R3 должен быть типа СПЗ-1ВБ.
Также стоит отметить, что в различных системах автоматического регулирования, чаще в системах освещения, используются фотореле.
Повторяемый промышленный вариант
В качестве эталона можно рассмотреть схему фотоэлемента FR-602, выпускаемого компанией EIK. Подобные устройства, представленные на рынке, по своей конструкции аналогичны и отличаются лишь некоторыми мелкими деталями.
Принципиальная схема фотоэлемента вместе с печатной платой:
Как видно, конструкция достаточно проста и может быть изготовлена в домашних условиях:
| Маркировка на принципиальной схеме | Модель/тип | Характеристики | Аналоги |
|---|---|---|---|
| C2 | 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) |
Разбираемся в схеме простого фотореле своими руками
Простая схема фотореле включает в себя два транзистора, фоторезистор, реле, диод и переменный резистор. В качестве транзисторов используются компоненты типа КТ315Б, соединенные по схеме составного транзистора, где нагрузкой выступает обмотка реле. Данная схема обладает высоким коэффициентом усиления и большим входным сопротивлением, что позволяет использовать фоторезистор с высоким сопротивлением.
Когда освещенность фоторезистора, расположенного между коллектором и базой первого транзистора, увеличивается, первый транзистор открывается, и во втором транзисторе также начинаются процессы срабатывания. В результате, в коллекторной цепи второго транзистора появляется ток, который активирует реле, и в зависимости от его настроек реле переключает нагрузки.
Для защиты схемы от влияний ЭДС самоиндукции при отключении реле используется защитный диод типа КД522. Для настройки чувствительности схемы между базой и эмиттером первого транзистора подключается переменный резистор с номиналом 10 кОм.
Фотореле активно используются не только в жилых и подсобных помещениях, но и на проходных площадках и для уличного освещения. Подключение схемы зависит от количества выводов, необходимых для системы освещения.
Также автоматы устанавливаются в распределительных щитках для защиты электрической сети от перегрузок и коротких замыканий, что и является принципом работы автоматических выключателей.
Питание такого фотореле осуществляется от источника постоянного напряжения в диапазоне 5-15 В. При этом, с напряжением источника в 6 В используются реле типа РЭС 9 или РЭС 47, а для 12 В — реле РЭС 15 или РЭС 49.
Для реализации схемы можно создать специальную печатную плату, а по возможности — сделать ее печатной. Затем устанавливаются реле, транзисторы, переменный резистор, создаются отверстия для выводов элементов схемы, после чего производится монтаж и пайка проводов.
Настройка схемы может проводиться в затемненном помещении с помощью лампы накаливания, позволяющей регулировать световой поток. При необходимости подбирается порог срабатывания схемы с помощью переменного резистора. Если дальнейшая регулировка порога отключения не планируется, то вместо переменного устанавливается постоянный резистор с сопротивлением, соответствующим выбранному значению.
Способ сборки на современном приборе
Используя более сложные электронные компоненты, можно собрать самодельное фотореле, состоящее из всего лишь трех компонентов. Такую систему можно реализовать с применением интегрированного полупроводникового прибора компании TeccorElectronics Q6004LT (квадрак), который представляет собой симистор с встроенным динистором, работающим при токе до 4 А и напряжении до 600 В.
Схема подключения фотореле включает в себя прибор Q6004LT, фоторезистор и обычный резистор. Питание схемы осуществляется от сети 220 В. Когда на фоторезистор попадает свет, его сопротивление оказывается низким (несколько кОм), и на управляющем электроде квадрака создается очень малое напряжение. Квадрак закрыт, и ток не проходит через нагрузку, например, освещение.
При уменьшении освещенности сопротивление фоторезистора возрастает, увеличивается и напряжение на управляющем электроде. При достижении достаточного уровня, порядка 40 В, симистор открывается, по цепи начинает течь ток, и освещение включается.
Для настройки схемы используется резистор, начальное значение которого составляет 47 кОм. Сопротивление подбирается в зависимости от необходимого порога освещенности и типа применяемого фоторезистора. Возможные варианты фоторезисторов включают в себя элементы типа СФ3-1, ФСК-7 или ФСК-Г1.
Совершенно не обязательно быть экспертом, чтобы освоить методы ремонта розеток. Достаточно научиться правильно определять неисправности и запомнить несколько простых правил для их устранения.
Современные системы электрификации предполагают использование трехжильной проводки с заземлением в частном доме или квартире. Учитывая эти условия, встраиваются и розетки.
Использование мощного устройства Q6004LT позволяет подключать к фотореле нагрузки до 500 Вт, а с дополнительным радиатором — до 750 Вт. Для повышения мощности нагрузки фотореле можно использовать квадрак с рабочими токами до 6, 8, 10 или даже 15 А.
Таким образом, преимущества этой схемы заключаются в небольшом количестве компонентов и отсутствии необходимости в отдельном блоке питания, что позволяет подключать мощные электрические потребители.
Монтаж этой схемы не затруднителен благодаря малому числу элементов, а настройка по сути аналогична предыдущему описанию.
Выводы:
- Фотореле используются в различных системах автоматического регулирования, главным образом в системах освещения.
- Существует множество схем фотореле с применением различных датчиков, таких как фоторезисторы, фотодиоды и фототранзисторы.
- Простые схемы фотореле, требующие минимального количества деталей, можно легко собрать своими руками.
