Недельный таймер, версия 2

Ранее я уже публиковал описание недельного таймера. Тот таймер был представлен в двух вариантах - в большом корпусе с вилкой и розеткой и в корпусе на DIN-рейку.

Как показал опыт его эксплуатации - половина функционала там не используется. И таймер может быть гораздо проще. Установить с интервалом в час периоды для каждого дня недели, настроить время и день недели - и ... всё... 

И решение в корпусе вилка-розетка не самое удобное. 

Соответственно, был разработан и изготовлен новый вариант таймера, на ATMEGA8, размещенный в корпусе двухрозеточной колодки. Вот такой:

В пространстве одной из розеток и места для кабельного ввода ставятся 2 платы - одна с дисплеем, МК и кнопками, вторая отдельно - силовая с реле, симистором и блоком питания.

Что таймер умеет:

• отсчет времени
• учет дней недели
• автоматическая коррекция точности хода часов
• встроенная литиевая батарейка (CR2032) для резервирования хода часов
• включение и отключение нагрузки по графику с дискретностью 1 час
• отключение нагрузки по сигналу от датчика внешней нагрузки (предусмотрена точка для подключения трансформатора тока)
• максимальный коммутируемый ток - 10А
• комбинированное управление нагрузкой - симистор + реле
• светодиодная индикация включенной нагрузки

В данной версии отключение нагрузки по приоритету было оставлено, поскольку оно мне будет нужно в одном из применений. Там у меня уже другая колодка, с большим числом розеток будет.

Блок питания с функцией записи

Картинка из интернета

Характеристики

• Входное напряжение 12 В
• Выходное напряжение 1,5 - 5,5 В
• Выходной ток до 250 мА*
• Дискретность измерения выходного напряжения 5мВ
• Дискретность измерения тока 1 мкА в диапазоне 0 - 1,1 мА, 0.1 мА в диапазоне выше 1,1 мА**
• Количество измерений/сек - 1000/500/250
• Буфер - 50 000 измерений
• Отображение графика потребления на дисплее
• 2 варианта масштаба графика - абсолютный (от 0 и до максимума) и с адаптивным нижним пределом.
• 2 варианта отображения каждой экранной точки графика - среднее или минимальное+максимальное значение
• Приостановка записи в буфер и просмотр сохраненных в буфере данных с возможностью увеличения масштаба и перемещения по графику
• Сохранение измерений на SD(TF)-карту.
• Усреднение данных при записи на SD(TF)-карту - 1, 10 или 50 измерений
• Часы реального времени (для файловой системы)

*Программное ограничение, при превышении тока выход БП отключается в течении секунды. Долговременный выходной ток устройства определяется рассеиваемой мощностью микросхемы стабилизатора. При рассеиваемой мощности 500 мВт рекомендуемый средний ток не должен превышать 65мА при выходном напряжении 1.5 вольт, при напряжении 5 вольт - 125мА. 

**Данное устройство не является точным измерительным прибором и предназначено прежде всего для оценки потребляемого нагрузкой тока в динамике. Погрешность измерений может колебаться в пределах 1-2 дискретных единиц.

История создания и маленький кусочек теории

Иногда мне приходится разрабатывать и тестировать различные автономные устройства. А одно из основных требований к автономному устройству - низкое энергопотребление.

Соответственно, возникает необходимость как то померять потребляемый устройством ток. Если это какое то устройство, которое потребляет энергию постоянно - можно взять мультиметр и просто измерить потребляемый ток. 

А если устройство большую часть времени находится в энергосберегающем режиме и только изредка включается в активный режим на короткое время? Тогда мультиметр не поможет, поскольку не сможет нормально измерить кратковременное повышение потребления.

Как вариант, в цепь питания устройства можно включить шунт и через соответствующий усилитель его подключить к АЦП. Преобразователь будет оцифровывать значения потребляемого тока, например, каждую миллисекунду. И далее эти значения будут где то сохраняться. Потом сохраненные значения можно будет просмотреть и проанализировать.

А что бы падение напряжения на шунте не влияло на выходное напряжение, шунт нужно включить в цепь обратной связи стабилизатора напряжения.

Это пример простейшего стабилизатора напряжения. Здесь выходное напряжение через делитель сравнивается с опорным напряжением и операционный усилитель вырабатывает управляющий сигнал для регулирующего транзистора. Поскольку шунт находится перед делителем - падение напряжения на нем на выходное напряжение не влияет.
Напряжение с шунта усиливается и передается на АЦП.

Выглядит все очень красиво. но первые вопросы возникают при выборе сопротивления шунта. Ведь тестируемое устройство в режиме ожидания может потреблять 1-2-5 мкА, а в активном - до 50-100-200 мА. 
Если взять шунт с низким сопротивлением, то падение напряжения на нем при малых токах будет низкое. Это напряжение будет сложно усилить без влияния помех и шумов. Если взять шунт с высоким сопротивлением - то при больших токах на шунте будет достаточно большое напряжение. Что потребует достаточно высокого входного напряжения. Кроме того, на шунте будет выделяться достаточно большая мощность. А нагрев шунта может вызвать изменение его сопротивления, что негативно скажется на точности измерений.

Вы еще ставите "Кроны" в свои мультиметры? Тогда мы идем к вам!

 

Картинка с просторов интернета. Вероятно, с pikabu.ru

Есть несколько методов отказа от использования батареек типоразмера 6F22 "Крона" в своих любимых показометрах.

1. Колхозинг повышайки на рассыпухе - было много статей и схем, как на одном-двух транзисторах, трансформаторе/дросселе сделать повышайку. 
Для изготовления нужно мотать трансформатор, обычно на мелком колечке. Иногда схема требовала наладки. Нужен был отдельный выключатель либо повышайку надо включать в разрыв цепи питания мультиметра после встроенного выключателя, что есть вмешательство в схему мультиметра. Зато питание хоть от одного АА-элемента.

2. Использование аккумуляторной Ni-MH "Кроны". 
У большинства этих аккумуляторов ощутимый саморазряд. Ну и еще необходимость для заряда доставать крону из мультиметра. Меньшее рабочее напряжение никеля - около 8.2 вольта.

3. Использование батарей на литиевых аккумуляторах.
Тут есть 2 вида аккумуляторов
Первые - со встроенной повышайкой до 9 вольт от одного аккумулятора - тут проблема в саморазряде - повышайка работает все время и в части случаев невозможность отследить разряд.
Вторые - внутри батарейки стоит 2 литиевых банки последовательно, которые дают рабочее напряжение от 8.5 вольт на свежезаряженной батарее и до 6 вольт на севшей. 
Опять же, для зарядки этих аккумуляторов их нужно доставать из мультиметра.
Ну и не все мультиметры нормально работают при такой сильной просадке напряжения.

4. Изготовление повышайки на современной элементной базе с использованием готовых моточных элементов. Обычно это один дроссель. Плюс наличие обратной связи, которое позволяет иметь стабильное выходное напряжение при нестабильном входном.

Вот про последний метод поговорим подробнее.

Детектор разряда литиевого аккумулятора

Иногда в простых (или не очень простых) конструкциях возникает необходимость отслеживать порог разряда литиевого аккумулятора. 
В случае применения микроконтроллера все просто, в МК обычно есть встроенный источник опорного напряжения и АЦП. Ну или хотя бы компаратор. Тогда напряжение аккумулятора можно отслеживать самим микроконтроллером.

А что делать, если устройство не содержит МК или содержит ну совсем-совсем простой МК без ИОН, АЦП и компаратора? 

В данном случае нам поможет простой и достаточно стабильный "управляемый стабилитрон" - TL431. 

Я понимаю, что TL431 - это интегральная схема разработки Texas Instruments 1977 года и ее внутренняя структура и применение разжевано вдоль и поперек. Но все же я опишу здесь простой принцип ее работы и приведу парочку простых схем детекторов разряда аккумулятора.

Новые дисплеи для тестера аккумуляторов

Поскольку есть много жалоб на дисплей "от Нокии", который я применил в тестере литиевых аккумуляторов, я нашел свободную минутку и попробовал адаптировать прошивку тестера к парочке других дисплеев разрешением 128х64 пикселя.

Это дисплей на контроллере ST7565 и OLED-дисплей на контроллерах SSD1306 и SH1106.

ST7565

(фоточка с алиэкспресса и чего там иероглифами написано - я не знаю, сорри)

Недельный таймер с приоритетной блокировкой

Предыстория

У нас в доме нет централизованного горячего водоснабжения. Есть индивидуальные газовые проточные водонагреватели.Ну или просто - газовые колонки. 

И в какой то момент времени было принято решение отказаться от использования газового нагревателя в пользу электрического накопительного водонагревателя. Он же - бойлер. Меньше расход воды, электрика дешевле...

Сказано - сделано. Был куплен 2кВт-бойлер. Что бы не тащить отдельную электролинию к распределительном щитку, розетка для бойлера была подключена параллельно одной из групп кухонных розеток. Основное использование этой группы - электрочайник, и непериодическое - всякие миксеры, блендеры и т.д. 
Эта группа розеток защищена 16-амперным автоматом. 16 ампер - это порядка 3.3 кВт.
Чайник 2.2 кВт, бойлер - 2 кВт. Вместе 4 кВт. Непорядок. 
На паре транзисторов, датчике тока и 12-амперном реле было собрано реле приоритета. 
При превышении определенного потребления по кухонным розеткам бойлер, как второстепенная нагрузка, отключался.

В какой то момент это реле "обмикропроцессорилось", включившись в сеть "умного дома". И функционал стал обрастать всякими "плюшками".  К примеру, включением и отключением бойлера, как второстепенной нагрузки при превышении общего потребления по другим линиям. Ибо выделенная мощность на квартиру - 5 кВт. 

С приходом двухзонного учета электроэнергии (с 23:00 до 7:00 электрика дешевле в 2 раза) возник вопрос, а нужно ли греть бойлер днем? 100 литров хватает на бытовые нужды. А вечером можно и нагреть.
И в контроллер управления питанием бойлера добавился недельный таймер с получасовыми интервалами. 

В какой то момент времени возникла необходимость сделать аналогичный таймер родственникам. Это должно быть автономное устройство, которое может настроить любой человек.

В результате и родился данный проект.

Недельный таймер с приоритетной блокировкой

Краткие характеристики управляющего модуля:

• Встроенные часы с календарем и поддержкой перехода на сезонное время
• Резервирование хода часов (батарейка CR2032)
• Недельный график с 30-минутными интервалами
• Принудительное отключение нагрузки при получении сигнала по приоритетному входу
• Регулируемая задержка отключения по приоритету от 1 до 30 сек., с шагом 1 сек.
• Ручное включение нагрузки с возможностью отключения через 1,2,3 или 4 часа
• Ручное отключение нагрузки
• 2 разнесенных по времени на 200 мсек сигнала управления нагрузкой (для возможности комбинированного управления при помощи реле и симистора)
• Светодиодная индикация включения нагрузки и наличия питания
• Защита от перегрева с настраиваемым порогом срабатывания 60...90° и гистерезисом 10°С.
• Управление - энкодер + кнопка
• Отображение информации - OLED-дисплей
• Питание +12 вольт, до 50 мА

ZUBR-D340y - реверс схемы

 

Жило-было у меня реле напряжения. 10 с копейками лет прожило. Но последние несколько месяцев стало вести себя все хуже и хуже. Электричество стало отключаться с завидной периодичностью.

Возник вопрос - как проверить, это у нас проводка 1946 года глючит или реле выделывается? Нужно или замутить независимый логгер сетевого напряжения, или взять заведомо исправное реле.

Логгер, конечно, есть в далеко идущих планах, но это очень далекие планы. Поэтому я психанул и купил новое реле. Как оказалось - проблема не в проводке, а в старом реле.

Поскольку новое реле уже стоит и работает - надо посмотреть, что есть в старом.

Ниже - просто срисованная с плат схема реле напряжения Зубр D340y

Тестер литиевых аккумуляторов

Возникла необходимость проверить пару мелких литиевых аккумулторов. 200 и 280 "махов".

Вариант 1. Зарядить аккумулятор, нагрузить на резистор, засечь время и ждать. 
Неточный. Можно провтыкать и переразрядить.

Вариант 2. Подключить разряженный аккумулятор к БП, у которого ограничение 4.25 вольта и ограничение тока. Т.е. сначала в режиме CC заряжается до 4.25В, потом БП переходит в CV и доливает остатки заряда.
Тоже неточный. Можно провтыкать момент перехода из CC в CV и окончание заряда.
Плюс надо сначала разрядить. см. пункт первый.

Вариант 3. Собрать какую то автоматизацию на макетной плате с применением микроконтроллера. Ну тут только макеткой не обойтись, надо бы попаять немножко.

Вариант 4. поискать что то готовое.
По быстрому на радиокоте нашлось 2 конструкции.
1. Тестер всяких-разных аккумуляторов от Shodan-а на ATMEGA8 и 7-сегментнике.
2. Тестер литиевых аккумуляторов от eufs. Тут применен цветной дисплей от СониЁриксона и ATTINY26 в качестве мозга.

Варианты 1 и 2 - матушка лень обломала. Вариант 3 - туда же. Вариант 4 - делать чужое - это надо делать, на макетке не выйдет. Плюс нельзя добавить свои плюшки.

Вроде ради двух аккумуляторов городить какой то огород - нехорошо. Но некоторые товарищи уговорили. 
В результате родился Вариант 5. Сделать своё.

Но поскольку вещь как бы не очень востребованная лично мною - см. выше, надо проверить 2 (два) аккумулятора, то покупать что то дополнительно  не правильно. Надо сделать "из говна и палок" - т.е. из той комплектухи, что есть дома.
В результате был использован МК ATMEGA328, дисплей "от Нокии" 84*48 пикселей, операционник LM358, зарядник TP4056, ИОН TL431 ну и по мелочи деталек...

В результате таки что то получилось.

Получившийся прибор умеет следующее:

• Питание - 5 вольт.
• Измерение внутреннего сопротивления батареи
• Заряд аккумулятора фиксированными токами 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500 мА
• 3 режима разряда аккумулятора - фиксированный ток (CC), фиксированное сопротивление (CR) и фиксированная мощность (CP)
• В режиме разряда фиксированным током - поддержка разрядных токов 10, 20, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500 мА
• В режиме разряда на фиксированное сопротивление - эмуляция сопротивлений 9, 10, 11, 12, 14, 16, 20, 30, 50, 100, 220, 440 Ом
• В режиме разряда с поддержанием постоянной мощности - 25, 50, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 800, 1000, 1200, 1400 мВт
• Комбинированный режим - предварительный заряд, потом разряд, потом заряд
• График разряда/заряда
• Звуковой сигнал окончания рабочего цикла - 0..60 сек
• Мигание подсветкой дисплея по окончании рабочего цикла - 0..60 сек
• Звуковое подтверждение нажатия кнопок (отключаемое)
• Защита TP4056  от неправильного подключения аккумулятора
• Калибровка измерителей разрядного/зарядного тока и напряжения
• Настройка контрастности дисплея и полярности подсветки дисплея
• Возможность заданием коэффициента в меню калибровки и заменой нескольких элементов схемы увеличить зарядный/разрядный ток в 2 раза - т.е. до 1А. 
• Интерфейс - english, українська, русский
• NEW! возможность подключения дисплеев 128х64 пикселя - OLED на контроллерах SSD1306 или SH1106 и LCD на контроллере ST7565. Подробнее - тут.

Защита дверного звонка

 В интернетах есть некое количество страшных историй про сгоревшие дверные звонки типа "Дин-Дон" от замкнувших кнопок... Кнопка сломалась, контакты остались замкнуты, 220 Вольт постоянно на катушке электромагнита, катушка греется, горит и поджигает все вокруг....

И в течении вечера была сделана простая защита звонка от таких ситуаций, которая и предлагается в этом материале.

Управление нагрузкой 220 вольт

Управление нагрузкой.

Иногда так складывается, что устройство должно включать и выключать какую то нагрузку по линии 220 вольт. Например, тот же блок питания. Или лампочку. Или нагреватель.

Казалось бы, чего проще - берем реле и управляем.

Это хорошо для какой то резистивной нагрузки. Например, для лампочки накаливания или ТЭНа. Хотя с ТЭНом уже сложности. Он мощный. И в момент включения/выключения на контактах реле проскакивает искра.
Такая же сложность возникает, если включать какую то ёмкостную или индуктивную нагрузку. 
В результате недорогие реле сравнительно быстро могут выйти из строя. Ну или нужно брать заведомо мощное (и дорогое) реле.