Digitális időzítő kizárólag logikai áramkörökből
Az áramkör teljes mértékben saját fejlesztőmunka eredménye. Pusztán logikai áramkörökből, tárolókból és kapukból épül fel. Kiválóan lehet ilyen áramkörrel gyakorlatozni a digitális technikában.
Működési leírás
Elsőként ismertetném a működést. Tulajdonképpen egy egyszerű ébresztőórának is nevezhetnénk a szerkezetet. Ez teljesen igaz is, hiszen tartalmaz egy valós idejű órát és egy beállított időpontban a kimenetén megváltoztat egy logikai
szintet ami aztán átadja az irányítást az adott feladatra specializált vezérlőegységnek.
Jelen esetben ennek az időkapcsolóval ellátott vezérlésnek egy ajtót kell vezérelnie ami adott időpontban kinyit, majd egy bizonyos idő eltelte után bezár. Az ajtót egy három fázisú motor működteti, mely egy tüzelőanyag tartályon található, amiből az előre bekészített szilárd tüzelőanyag egy kazán tűzterébe kerül. A fűtőrendszer egy üvegház fűtését
biztosítja. Az időzített vezérlő fő célja, a folyamatos fűtés fenntartásához szükséges tüzelőanyag bejuttatása a kazánba abban az időszakban amikor a kezelő nem tartózkodik a helyszínen.
Tervezés és felépítés
Tervezésnél lépésről lépésre elemezve a feladatot elkészítettem egy átfogó folyamatábrát. Ez alapján fogtam neki az áramkör megtervezésének. Szempontként volt megadva, hogy a lehető legegyszerűbb legyen a programozása és a beállítása. A kezelőfelületet a már jól ismert és minden háztartásban megtalálható klasszikus LED kijelzős rádiós ébresztőórákról mintáztam. Kissé lehet, hogy hasonlít is rá az áramkör…
A filléres órákról
Mindenki ismeri őket, bárhol kapható 1000-2000Ft-ért hozzá lehet jutni, egyszerű olcsó rádiós ébresztőórák piros vagy zöld LED kijelzővel szerelve. Ezekben az órákban egyébként egy céláramkör található. Egyetlen tokban megvalósított ébresztőóra, lényegében csak pár alkatrészt, kezelőgombokat és a kijelzőt kell hozzáépíteni és kész is a komplett óra. Megnéztem egy ilyen áramkör működését, és azt kell mondjam több probléma is felvetődött ami miatt
nem ezt a megoldást választottam. A fő probléma az volt, hogy az ilyen órák az időalaphoz igénybe veszik a hálózati 50Hz-es váltóáramot. Ezzel gyakorlatilag ki is zártam az ilyen IC-k használatát. Áramszünet esetén nincs ugyanis 50Hz, akkor valami belső oszcillátor működteti ami nem éppen pontos. Áramszünet után ahogy lenni szokott, mindig állítgatni kell mert késik, esetleg abszolút nullázódik az egész… Ezt egy ilyen vezérlésben nem tartottam megengedhetőnek. Ha a vezérlés nem megbízható akkor jelen esetbe is hatalmas anyagi kár keletkezhet.
Kereskedelemben kaphatóak még egyéb programozható órák és gyári megoldások. Ezek drágák és nem kifejezetten erre a célra készültek, tehát átalakítást esetleg kiegészítéseket igényeltek volna. Teljesen új megoldás kellett tehát, melyben minden feltétel megvan és minden funkciót egyesít az adott feladat elvégzésére.
Logikai áramkörökből, számlálókból tárolókból és kapukból készült el maga az időzítő és lényegében az egész áramkör is. Első dolog ami mozgásban tartja az egész rendszert az egy 32,567KHz-es kvarc oszcillátor. Ennek a jelét megfelelő osztókon keresztülvezetve előállítható 1Hz-es jel. Mivel csak a perc és az óra kijelzésére volt szükség, a másodpercszámláló áramkör csak belső számlálóként van jelen a rendszerben. Ennek a bemenetére kerül rá az órajel, majd a kimenete a percszámláló áramkörbe jut, azt elhagyva pedig az óraszámlálóba kerül. A számlálólánc BCD számlálókból áll, melyek 1-9-ig számolnak. Természetesen, mivel 1 perc 60 másodperc és 1 nap 24 óra és nem
érik el a 99-et, hanem a megfelelő kimeneteket összekapuzva nullázzák magukat.
Időpont beállítása
Ez a láncolat tulajdonképpen az oszcillátor és a másodpercszámláló áramkör kivételével lemásolásra került. Értéküket nyomógombokkal lehet felfelé irányban növelni. Külön növelhető a perc és az óra számlálók értéke a gyors beállítás elvégzése miatt. Így van két független számlálóláncunk a rendszerben. Az egyiket egy oszcillátor hajt, a másik értékét kézileg lehet állítani. Egyikük az RTC (Real Time Clock) óra, másikuk a riasztás időpontja. Mivel mindkét számlálóegység állapotát ki is kell jelezni egy közös kijelzőn, így szükség volt egy a kimentre beépített 2-1 adatválasztóra is. A megfelelő adatok kiválasztása egy nyomógomb segítségével lehetséges. Ezzel válthatunk a kijelzőn megjelentetett óra vagy riasztási időpont között.
A két függetlenül működő számlálók kimenete mind BCD. Értéküket egy komparátor áramkör hasonlítja össze. Ha a manuálisan beállított számlálók értéke egyezik az RTC számlálók értékével, a komparátorkör kimenete logikai szintet vált. Ezzel jelet ad a vezérlőáramkörnek. A kimeneten a jel 1 percig aktív, mivel csak a perc és óra értékek kerülnek komparálásra.
A vezérlőbe beérkező jel elindít egy számlálót ami a beállított ideig aktívra állítja a kimenetet. ekkor az ajtó nyit. Mikor az ajtó kinyílt, a kimenet inaktív állapotba kerül és egy következő kimenet aktivizálódik, majd a számlálás ismét elindul. ekkor az előzőleg inaktivált első kimenet ismét aktív állapotba kerül, tehát két kimenet aktív a zárás folyamata alatt. Mikor az ajtó lezárt minden kimenet inaktív állapotba kerül. Az ajtó mozgását két végálláskapcsoló követi. A két kimenet közül az egyik a motor ki-, ill. bekapcsolását vezérli a másik kimenet pedig fázist fordít ezzel megváltoztatva a motor forgásirányát. A folyamat időzített. Az időalapot az óra oszcillátora adja. A végálláskapcsolók felülbírálják a számlálókat, tehát ha valamely végálláskapcsolótól jel érkezik a folyamat azonnal a következő fázisba lép. Ha nem érkezik a végálláskapcsolótól jel azt két dolog okozhatja. Vagy nem működik a motor, vagy valamilyen hiba jelentkezett minek következtében nem érzékelhető az ajtó állapota. (vezetékszakadás, érzékelő sérülés, elmozdulás) ekkor a motor csak addig működik amíg a számlálók túl nem csordulnak. A túlcsordulás a folyamatot a következő fázisba lépteti akárcsak a végálláskapcsoló jele. Ezzel megakadályozható az érzékelős hibájából adódó motorkár.
Építés
Az áramköri terv elkészítése után következett a megvalósítás. A rendszer modulos felépítésű lett, mivel első verziós áramkörről van szó. Ezzel lehetőség van arra, hogy átalakíthatóak legyenek bizonyos részegységek, illetve ha valami nem működik akkor nem kell az egész rendszer újra felépíteni. Külön panelen található a kijelző, a meghajtó és a dekóder áramkör. Alatta az óra és a riasztási időpontot tartalmazó számlálólánc, az összehasonlító áramkörrel és az adatválasztó egységgel, valamint az oszcillátor. Erre az áramkörre épül rá a kezelőfelület, valamint maga a vezérlés. A vezérlés áramköréhez kapcsolódik még egy I/O áramkör. Ezen optocsatolós leválasztás lett kialakítva a bemenetekhez és kimenetkehez, valamint a bejövő tápfeszültség stabilizálása is itt történik.
Optocsatolókon keresztül már a motorvezérlő egység vezérlése valósul meg. A végálláskapcsolók közvetlenül kapcsolódnak az áramkörhöz egy tranzisztoros szintillesztőn keresztül.
A motorvezérlés már külön kerül megépítésre, mivel itt már nagyfeszültség is található, ezért nem tartottam célszerűnek egybeépíteni az időzítővel, valamint a szerelés szempontjából is külön jobb. Ebben az áramkörben
találhatóak a relék, melyek kapcsolják és fordítják a 3 fázist a motornak. Beépítettem még két LED-et is, hogy a működés könnyen megfigyelhető legyen, valamint a logikai rendszer ellátásához szükséges feszültség is itt kerül előállításra.
A tápfeszültség viszont nem közvetlenül az időzítőbe megy, hanem még áthalad egy töltésvezérlő egységen is amire egy akkumulátor is csatlakozik. Ez gyakorlatilag a szünetmentes tápegység. Egy 12V-os 7,2Ah-ás akkut tartalmaz ami áramszünet esetén több napig is ellátja a rendszert energiával. Igaz, hogy ekkor a motor nem működik, de a számláló nem nulláz le, a beállított értékek is megmaradnak, valamint a kijelzés is tovább működik. Maga a logikai rendszer elenyésző áramot fogyaszt, így kissé brutális méretű lehet a 7,2Ah akksi, de egy gyengébb szünetmentes megépítése is közel ennyibe került volna, így inkább lett egyszerűbb felépítés és nagyobb teljesítmény, mint bonyolultabb töltésvezérlés és kisebb kapacitás.
Mint az egyik fenti képen is látható néhol még bele kellett nyúlni az áramkörbe, mivel első verziós fejlesztésről és gyártásról van szó. A kapcsolási rajz gyakorlatilag is tökéletesre sikerült, viszont a NYÁK terven már volt némi apróbb hiba.
