Схема дистанционного акустического светорегулятора

Физические основы работы акустического светорегулятора. Диммер - переключатель мощности подключенного к нему бытового осветительного электроприбора. Типовые схемы построения регуляторов освещения. Способы управления работой диммера. Схема печатной платы.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Введение

В данной работе предлагается схема регулятора, который позволяет дистанционно при помощи акустических звуков управлять нагрузками, например, светильниками, двигателями и т.д. Исследования схемы позволит управлять нагрузками плавно, что увеличит срок службы нагрузки. В будущем, собрав схему и исследуя ее режим работы, можно выработать очень широкий спектр рекомендаций по применению выбранной схемы.

Физические основы работы акустического светорегулятора: волны на поверхности воды или вдоль резинового шнура можно непосредственно видеть. В прозрачной среде - воздухе или жидкости - волны невидимы. Но при определённых условиях их можно слышать.

Наше ухо воспринимает в виде звука колебания, частота которых лежит в пределах от 17 до 20 000 Гц. Наибольшее количество информации мы получаем с помощью света. Испущенный источниками (солнцем, лампой и т.д.) свет отражается от окружающих предметов и, попадая в глаз, позволяет судить об их положении и движении. Многие предметы светятся сами.

Объект исследования: дистанционные схемы управления объектами.

Предмет исследования: исследование акустического регулятора управления нагрузками.

Цель исследования: изучить возможные области применения регуляторов выбранного класса.

Гипотеза: настраивая регулятор на определенные акустические характеристики, можно расширить возможные области применения для управления нагрузками.

В работе приведены схема регулятора, его возможные формы и параметры сигналов, а также печатная плата и компоновка деталей на плате.

Светорегулятор (диммер)

Диммер является переключателем мощности подключенного к нему бытового осветительного электроприбора. Это операция производится изменением уровня напряжения, подаваемого на лампу. Диапазон регулирования мощности изменять от 0 - 100%.

Говоря простыми словами, диммер или как его еще называют светорегулятор - это такой же выключатель, который способен не только включать или отключать освещение но и регулировать его яркость. Этим достигается экономичный расход электроэнергии, потребляемой лишь при необходимости и в достаточных количествах. Также увеличивается срок службы ламп, имеющий зависимость от величины подающегося на лампу напряжения.

Одна из сфер его применения - инновационная технология «Умный дом».

Возможность использования датчиков, управляющих работой диммеров, открывает широкие возможности в использовании данных электронных устройств при разработке дизайна помещения. Подключенный датчик движения позволяет реализовать функцию включения освещения при входе человека в квартиру.

При выборе диммера, следует учитывать тип ламп, с которыми он будет использоваться. Принципы регулировки мощности различных типов ламп (накаливания, галогенных, люминесцентных и др.) отличаются, поэтому их регуляторы освещения построены по различным схемам:

1) разогрев нити накала зависит от величины напряжение, которое подается на нее со светорегулятора. В результате меняется ее яркость свечения. Данная схема применяется для галогенных ламп и ламп накаливания (рабочее напряжение 220 В);

2) с применением трансформатора, преобразующего уровень напряжение, выдаваемого светорегулятором, до значения 12 - 24 В. Эта схема предназначена для работы с низковольтными галогенными лампами. Следует учитывать, что трансформатор, применяемый в данной схеме, должен быть электронным и регулируемым, обеспечивающим «мягкое» включение. Это необходимо, для разогрева нити лампы. При первоначальном небольшом токе отсутствует ее перегрузка;

3) с применением ламп, имеющих в составе электронный дроссель. Такие лампы называются люминесцентными. Электронная схема, по которой построен диммер, преобразует напряжение сети до значений в интервале 0 - 10 В. Это напряжение, поданное на электроды лампы, регулирует мощность создаваемого между ними электрического разряда, что управляет силой свечения газа.

Существует 4 способа управления работой диммера:

- механический;

- электронный;

- акустический;

- дистанционный.

Наиболее простой и распространенный способ - механический (с поворотной ручкой). Он предполагает наличие в схеме потенциометра, включенного в низковольтную управляющую цепь силового элемента - тиристора, дросселя, реостата и др.

Светорегулятор диммер, регулировка напряжения которого имеет электронное управление (кнопки, сенсоры), имеет в своем составе различные датчики.

Дистанционное управление светорегулятором осуществляется с помощью пульта управления по радиоканалу или ИК-сигналами.

А для управления акустическим светорегулятором применяется звуковой сигнал (хлопок, голосовая команда и др.).

При выборе данного типа выключателя также следует учитывать суммарную мощность подключаемых к нему ламп. Значение максимальной мощности диммера рекомендуется выбирать больше расчетной мощности нагрузки. Стандартная мощность бытовых диммеров колеблется от 40 до 1000 Вт.

В основе механического диммера потенциометр, подключённый не непосредственно к нагрузке, а передающий сигнал через схему управления на силовой элемент (реостат, дроссель, тиристор).

В электронных диммерах возможны следующие датчики воздействия:

- контактный (сенсорный)

- бесконтактный (инфракрасный, ультразвуковой или ёмкостный).

В дистанционных диммерах управление производится с инфракрасного (IR) или радио (RF) пульта.

Акустический реагирует на громкий звук или на команды, подаваемые голосом.

В одном приборе могут одновременно использоваться разные способы управления.

Самые первые диммеры имели механический способ управления и могли выполнять только одну функцию -- изменяли яркость светильника. Современные микроконтроллерные многофункциональные светорегуляторы имеют расширенный набор функций:

- управление яркостью,

- автоматическое отключение,

- имитация присутствия,

- плавное отключение,

- дистанционное управление,

- акустическое или голосовое управление.

Диммеры бывают сигнальными, например с выходным интерфейсом 0-10V. Такие диммеры подают команды на внешние контроллеры, ЭПРА и другие дополнительные устройства, которые в свою очередь производят регулирование светового потока, оборотов двигателя, уровня звука и др.

Простой современный диммер для переменного тока выполняют, например, по следующей тиристорной схеме:

Диоды D2…D5 образуют диодный мост. ZD - динистор, D1 - диод, R - переменный резистор небольшой мощности, C -конденсатор, SCR - тиристор, мощность которого определяет мощность нагрузки.

В первый момент тиристор SCR закрыт, а конденсатор C заряжается через R. Напряжение во входной полуволне продолжает нарастать, и в некоторый момент открывается динистор ZD, а за ним и тиристор SCR. Между клеммами начинает проходить значительный ток, пока напряжение в полуволне не спадёт до закрытия ZD. Конденсатор при этом разрядится через D1 и тиристор. Тиристор закроется. На следующем полуцикле всё повторится.

Нагрузка подключается последовательно (на рисунке клеммы слева).

Принцип действия такого диммера состоит в том, что открывая тиристор в разные моменты времени относительно перехода напряжения через 0, можно «обрезать» синусоидальные волны регулируемого напряжения и тем самым менять действующее значение напряжения и ток в нагрузке.

Для подавления радиопомех мощные диммеры часто снабжаются дросселями.

Большинство диммеров (регуляторов тока) снабжаются дросселями, чтобы разгрузить довольно жесткий режим переключений силового ключа (транзистора, тиристора, симистора). Дроссель, последовательно соединенный с ключом, играет роль усилителя функциональности диммера, частота переключений ключа в диапазоне 10-30 кГц и при таких частотах в соответствующем дросселе наводится мощное индуктивное сопротивление, гасящее ток в цепи нагрузки, но, регулируя скважность периодов с помощью ключа, изменяем индуктивное сопротивления дросселя.

Недостатки:

- Диммер управляет только теми источниками света, на которые он рассчитан.

- Регулируемое напряжение теряет синусоидальную форму, что приводит к сомнительности его однозначного дальнейшего преобразования понижающими трансформаторами, которые являются дополнительными устройствами в цепи и выполняющими функцию адаптера преобразующего внешние питание в необходимое для источника света.

- Могут возникать помехи, вплоть до радиочастотных.

- Регулировка нелинейно зависит от значения R.

- С диммерами несовместимы люминесцентные лампы и любые альтернативные источники света, оснащенные дополнительными устройствами т.к. ЭПРА, трансформатор, драйвер тока и т.п..

Некоторые компании, в том числе мировые лидеры по производству электроустановочных изделий Тесо, уже производят диммер...