Управление 3 нагрузок по двум проводам. Управление люстрой по одному проводу

Какую большую роль для нас играет зрение, а вместе с тем и свет, с помощью которого мы видим, говорить излишне. Именно поэтому для нас столь значительную роль в оформлении интерьера играют световые приборы. Где-то они совсем простые, вроде БРА или потолочных светильников, а где-то и более изящные. А чем сложнее световой прибор, тем более сложную схему подключения он и потребует, что само по себе вполне разумеющееся заключение. Вот например люстра, она обычно подразумевают возможность подключения двух цепей с лампами, тем самым изменяя освещенность в комнате от приглушенной, так скажем интимной, до яркого света.
Управление люстрой по трем проводам

Все мы уже привыкли, что люстра с двумя режимами управляется по трем проводам. Фактически в этом случае реализованы две параллельные цепи для каждой из группы ламп люстры. Каждая из цепей начинается с выключателя, чтобы тем самым коммутировать нужную цепь и включать желаемые лампы. Такой вариант можно назвать общепринятым. Он прост и при его реализации можно обойтись минимальными вложениями – одним дополнительным проводом от выключателя до люстры. О таком варианте подробно рассказано в одной из наших статей «Подключение люстры ».
Однако у такого варианта есть и недостатки, это как раз третий провод, который мы упомянули как достоинство минимизировать вложения в схему подключения. Ведь представьте такой вариант, когда стены заштукатурены, а обои наклеены. Здесь пробросить третий провод быстро и беспроблемно уже вряд ли получиться. Здесь два варианта. Это купить люстру, которая будет иметь несколько режимов подсветки, и управляться с пульта управления. Второй вариант это реализовать схему, которая бы обеспечила пошаговое включение для каждой из групп ламп, в зависимости от количество переключений управляющего выключателя. Именно о таких вариантах мы и расскажем далее…

Управление люстрой по двум проводам (схемы)

В нашем случае будет приведено несколько вариантов управления люстрой по двум проводам. Каждый из вариантов будет иметь свои плюсы и минусы, про которые мы расскажем в процессе описания каждого из возможных случаев подключения. А теперь по порядку…

1 Вариант управление люстрой по двум проводам

Первый вариант самый простой, но и самый «ущербный». Он не потребует высокой квалификации от человека, который будет его реализовывать, а также применения множества радиодеталей. Но минус его в том, что уровень эксплуатационных характеристик при этом будет также не высок. Все дело в том, что в схеме используется особенность нашей сети питания, которая как мы знаем выдает переменный ток, с частотой 50 Гц. Также свойство диодов, которые пропускают этот самый ток лишь в одном направлении. Взгляните на схему.

Когда полуволна проходит в одном из направлений, то ток идет через диод до лампы и через диод за выключателем, но при этом расположенный в том же направлении. То есть ток может пройти только через диоды работающие в паре, если так можно сказать. Аналогичная ситуация при прохождении полуволны в обратном направлении. Теперь ток идет через диод перед выключателем и через диод за лампой, при этом диоды также установлены в одном и том же направлении. Итак, как вы уже поняли схема очень простая, смонтировать ее очень просто. Минусов является то, что лампы будут светить в пол накала, так как это будет одна полуволна, то есть напряжение 110 вольт. Также будет присутствовать эффект мерцания, ведь в этом случае частота питания станет также половинной – 25 Гц. Именно об этих низких эксплуатационных характеристиках мы и упоминали ранее.

2 Вариант управление люстрой по двум проводам

Этот вариант можно назвать несколько инновационным. А вот почему!? Это вы поймете из описания принципа работы данной схемы. Прежде взгляните на нее…

При замыкании цепи включаются все лампы HL4-6 включенные напрямую и HL1-3 включенные через контакты реле. Но здесь сразу срабатывает само реле, тем самым отключая лампы HL1-3. Далее в работу вступает терморезистор, который при протекании через него тока начинает менять свое сопротивление, оно уменьшается. В итоге сопротивление меняется до того, что при следующем срабатывании выключателя, ток уже проходит преимущественно через него, а не через обмотку реле. В этом случае реле не срабатывает, и горят все 6 ламп. Здесь важно с помощью резистора R1 найти такое напряжение, чтобы при холодном терморезисторе напряжения хватало на срабатывания реле, а при нагретом его было достаточно для удержания, но не хватало для срабатывания…
Применяемые радиодетали: Реле К1 - малогабаритное с сопротивлением обмотки порядка 300 Ом, напряжением срабатывания 7 В и напряжением отпускания 3 В. резистор R2 - три соединенных параллельно терморезистора СТ3-17 сопротивлением около 330. Резистор R1 типа МЛТ-0,25 сопротивлением несколько десятков Ом. Придется подобрать. Диодный мостик типа КЦ407А. Конденсатор C1 - 50мкФ х 16 В.
Если говорить недостатках этой схемы, то это во первых необходимость настройки под параметры реле и терморезистора. Второе, что вы не сможете переключить свет вновь на меньший, пока не остынет терморезистор. Третья схема лишена этих недостатках, при этом не сложнее…

3 Вариант управление люстрой по двум проводам

Третий вариант заимствован из журнала «Радио», аж за 1984 год. Но эта схема до сих пор актуальна! Давайте взглянем на нее…

Здесь все очень просто и логично. Первоначально включаем лампу H1 и при этом срабатывает реле К1, которое через свои контакты и диод начинает заряжать конденсатор. При кратковременном отключении контакты реле К1 размыкаются, тем самым конденсатор начинает питать обмотку реле К2. Пока реле сработало, это несколько долей секунды или секунд. Здесь все зависит от потребления реле и емкости конденсатора. Вы должны вновь включить выключатель. В этом случае реле самоподхватится и в итоге загорятся все лампы. Минусом схемы является то, что надо вовремя включать выключатель, когда реле К2 еще питает конденсатор. Только в этом случае можно будет обеспечить включение всех ламп.

4 Вариант управление люстрой по двум проводам

Этот вариант кроме того что не предусматривает никакой настройки, так он еще и не имеет каких либо ограничение по временному алгоритму включения ламп. Как схемы 2 , где есть зависимость от температуры резистора и схема 3, где надо успеть включить выключатель второй раз, пока еще не отключилось реле K2. Смотрим схему…

Здесь для срабатывания реле применен тот же самый принцип, что мы рассматривали для схемы 1. Только в этом случае срабатывает реле, а не лампы. В итоге реле в состоянии коммутировать уже «полноценный» ток и напряжение для свечения ламп. Кроме того, если реле имеют сдвоенные коммутируемый контакты, то можно реализовать и третий канал, для подключения третей группы ламп. Через контакты К1.2 и К2.2. Схема не имеет практически никаких недостатков. Разве что нужны будут пару реле на 110 вольт. Конденсаторы ставятся для уменьшения влияния индукционного тока на обмотки реле и для стабилизации тока от перепадов переменного напряжения сети.

Резюмируя реализацию возможности управление люстрой по двум проводам

Итак, резюмируя все вышеприведенное можно акцентировать внимание на двух вариантах. Это вариант 1, когда подключение максимально простое. Его стоит попробовать со светодиодными лампами, где есть встроенные конденсаторы, что несколько смягчит моргание.
Второй вариант, если вы чувствуете в себе силы, что сможете реализовать несложную радиоэлектрическую схему, это использование 4 случая. Вариант лишен каких-либо недостатков, не требует наладки и определенных алгоритмов по включению ламп люстры.

Во многих устройствах ДУ (пульты) используется упрощенная клавиатура, которая позволяет передавать микроконтроллеру информацию о состоянии кнопок всего по двум проводам. Принцип состоит в том, что при нажатии на каждую кнопку между этими двумя проводниками включается резистор определенного сопротивления, соответственно изменяется и напряжение между этими двумя проводниками, и имеет определенное значение для каждой кнопки, ну а дальше при помощи внутренних компараторов микроконтроллер понимает команду.

Использовать этот принцип можно и в системах многокомандного дистанционного управления по двум проводам (например в охранных устройствах, или для управления приборами, моделями).

Пульт управления содержит четыре кнопки S1-S4 и резисторы R1-R3 разных номиналов. Эти кнопки и резисторы включены между двумя проводами. Теперь в зависимости от нажатой кнопки сопротивления между проводами (точками "А" и "В", при нажатии на S1 равно нулю, на S2 - 1.5К, на S3 - 4,7К» на S4 - 15К. Роль дешифратора команд выполняют четыре компаратора микросхемы А1.

В исходном положении, когда все кнопки разомкнуты. напряжения на выходах всех четырех компараторов отрицательны. При уменьшении напряжения между точками "А" и "В", что имеет место при нажатии на одну из кнопок, ниже уровней. создаваемых делителем напряжения на резисторах R6-R10 компараторы последовательно срабатывают и их выходы переходят в положительное состояние.

Таким образом, при нажатии на кнопку S4 (самое большое напряжение между "А" и "В") положительный уровень устанавливается на выходе компаратора А1.1, если нажата кнопка S3, то напряжение ниже и теперь дополнительно к А1.1 срабатывает и А1.2 (теперь положительные напряжения на выходах обеих компараторов), затем при нажатии на S2 напряжение еще уменьшается и к первым двум добавляется еще и положительный уровень на выходе А1.3, при нажатии на S1 напряжение между точками "А" и "В" равно нулю и устанавливаются положительные уровни на выходах всех компараторов.

Диод VD1 и конденсатор С1 служат для предотвращения ложных срабатываний от наводок на проводную линию. Число команд легко увеличить, достаточно продолжить цепь компараторов и подобрать номиналы новых резисторов в клавиатуре.

Вместо импортной микросхемы с четырьмя компараторами можно использовать наши четыре, например К521СА3 или другие.

Дополнить схему, желательно логическим дешифратором, который преобразует код последовательного включения в десятичное переключение. При этом необходимо использовать однополярное питание (от 12-ти до 24В) или сделать формирователь логических уровней на выходе каждого компаратора, состоящий из диода и резистора, так чтобы отрезать отрицательный уровень.

Один хороший инженер - электронщик говорил, что если, мол, в схеме есть реле, то она нуждается в доработке. И с этим нельзя не согласиться: ресурс срабатывания контактов реле всего несколько сотен, может тысяч раз, в то время, как транзистор, работающий на частоте хотя бы 1КГц делает каждую секунду 1000 переключений.

Схема на полевых транзисторах

Эта схема была предложена в журнале «Радио» №9 2006 г. Она показана на рисунке 1.

Алгоритм работы схемы такой же, как и у предыдущих двух: при каждом кратковременном щелчке выключателем подключается новая группа ламп. Только в тех схемах одна группа, а в этой целых две.

Нетрудно видеть, что основой схемы является двухразрядный счетчик, выполненный на микросхеме К561ТМ2, содержащий в одном корпусе 2 D - триггера. На этих триггерах собран обычный двухразрядный двоичный счетчик, который может считать по алгоритму 00b, 01b, 10b, 11b, и опять в том же порядке 00b, 01b, 10b, 11b … Буква «b» говорит о том, что числа указаны в двоичной системе счисления. Младший разряд в этих числах соответствует прямому выходу триггера DD2.1, а старший прямому выходу DD2.2. Каждая единичка в этих числах говорит о том, что открыт соответствующий транзистор и подключена соответствующая группа ламп.

Таким образом получается следующий алгоритм включения ламп. Лампа EL1 светит как только замкнется выключатель SA1. При кратковременных щелчках выключателем лампы будут зажигаться в следующих сочетаниях: EL1; (EL1 & EL2); (EL1 & EL3 & EL4); (EL1 & EL2 & EL3 & EL4).

Для того, чтобы осуществить переключение по указанному алгоритму, следует на вход C младшего разряда счетчика DD2.1 подавать счетные импульсы в момент каждого щелчка выключателя SA1.

Рисунок 1. Схема управления люстрой на полевых транзисторах

Управление счетчиком

Осуществляется двумя импульсами. Первый из них - это импульс сброса счетчика, а второй - счетный импульс, переключающий лампы.

Импульс сброса счетчика

При включении устройства после продолжительного отключения (не менее 15 секунд) полностью разряжен. При замыкании выключателя SA1 пульсирующее напряжение с выпрямительного моста VD2 частотой 100Гц через резистор R1 формирует импульсы напряжения, ограниченные стабилитроном VD1 на уровне 12В. Этими импульсами через развязывающий диод VD4 начинает заряжаться электролитический конденсатор C1. В этот момент дифцепочка C3, R4 формирует импульс высокого уровня на R - входах триггеров DD2.1, DD2.2, и счетчик сбрасывается в состояние 00. Транзисторы VT1, VT2 закрыты, поэтому при первом включении люстры лампы EL2…EL4 не горят. Включенной остается только лампа EL, поскольку включается непосредственно выключателем.

Формирование счетных импульсов

Через диод VD3 импульсы сформированные стабилитроном VD1 заряжают конденсатор C2 и поддерживают его в заряженном состоянии. Поэтому на выходе DD1.3 поддерживается низкий логический уровень.

При непродолжительном размыкании выключателя SA1 пульсирующее напряжение с выпрямителя прекращается. Поэтому конденсатор C2 успевает разрядиться, для чего потребуется около 30ms, и на выходе элемента DD1.3 устанавливается высокий логический уровень, - формируется перепад напряжения от низкого уровня к высокому, или как его часто называют восходящий фронт импульса. Именно этот восходящий фронт устанавливает в единичное состояние триггер DD2.1, подготавливая включение лампы.

Если внимательно всмотреться в изображение , можно заметить, что его тактирующий вход C начинается наклонным отрезком идущим слева - вверх - направо. Этот отрезок говорит о том, что срабатывание триггера по входу C происходит по восходящему фронту импульса.

Вот тут самое время вспомнить про электролитический конденсатор C1. Подключенный через развязывающий диод VD4, от может разряжаться только через микросхемы DD1 и DD2, другими словами поддерживать их в рабочем состоянии некоторое время. Вопрос в том, насколько долго?

Обычно сейчас для дистанционного управления аппаратурой или оборудованием применяют системы работающие посредством модуляции инфракрасного излучения или радиосигнала. Но в некоторых случаях может быть более предпочтителен вариант проводного дистанционного управления. Здесь, кроме единственного недостатка - проводов, есть множество достоинств, таких как полное отсутствие помех, возможность управления не в прямой видимости (двухпроводную линию можно проложить и по лабиринту бетонных стен), отсутствие зависимости от гальванического источника тока.

При всем кажущимся разнообразии схем, устройства для передачи нескольких команд по двухпроводной линии могут быть только двух типов: цифровые и аналоговые. Цифровое устройство, в наиболее просто реализуемом виде - это система ДУ от телевизора, в которой передатчик ИК-лучей и фотоприемник заменены двухпроводной линией, либо цифровая система радиоуправления моделями, в которой вместо радиоканала используется проводная линия передачи. Аналоговая система будет основана на изменении какой-то аналоговой величины, например частоты синусоидального сигнала или величины постоянного напряжения.

С точки зрения минимума излучения помех и простоты реализации, кажется более приемлемым вариант в котором путем изменения сопротивления пульта дистанционного управления происходит изменение постоянного напряжения на двухпроводной линии. В этом случае пульт вообще не содержит активных элементов и предельно прост (кнопки с резисторами), несложен и приемный узел. Один недостаток - требуется стабилизация напряжения питания, но это легко реализуемо.

Один из примеров двухпроводного ДУ, работающего на таком принципе - клавиатуры стационарного управления большинства видеоплеееров и некоторых телевизоров. В них панель управления представляет собой плату с кнопками и постоянными резисторами, которая соединена двухпроводной линией с микроконтроллером управления. Нажатию каждой из кнопок соответствует некоторый определенный уровень постоянного напряжения на входе клавиатуры микроконтроллера.

На рисунке 1 показана аналогичная схема ДУ на восемь команд. В основе лежит схема шкального индикатора (Л.1), с той разницей, что на его вход поступает напряжение, полученное при помощи делителя на резисторах пульта управления.

На восьми операционных усилителях А1.1-А2.4 построен восьмиуровневый компаратор. Опорные напряжения поступают на инверсные входы операционных усилителей от делителя на резисторах R9-R17. Если смотреть снизу по схеме, то самое низкое опорное напряжение будет на входе А2.4, а самое высокое на входе А1.1. Изменяя напряжение на соединенных вместе прямых входах ОУ, постепенно, от минимального значения до максимального, можно последовательно перевести все ОУ в состояние лог. единицы на выходе. Таким образом, чем выше напряжение тем большее число ОУ будут в единичном состоянии. Именно на таком принципе работает индикатор из Л.1.

Но, в данном случае, требуется чтобы при нажатии на одну кнопку единица была только на одном из выходов устройства, а не на линейке выходов. Требуется выражение номера нажатой кнопки в десятичном коде.
Дешифратор, преобразующий линейку единиц в десятичную систему построен на двух микросхемах D1 и D2. Их элементы "Исключающее ИЛИ" включены таким образом, чтобы при нажатии на любую кнопку единица появлялась только на одном конкретном выходе устройства. Например, если нажать на кнопку S3 логические единицы будут на выходах операционных усилителей А1.3, А1.4, А2.1, А2.2, А2.3, А2.4. А дешифратор преобразует этот код так, что единица будет только на выходе 3 (выход D1.3).

Управляется устройство при помощи пульта, состоящего из кнопок S1-S8 и резисторов R1-R8. Связан пульт с устройством двухпроводной линией, и совместно с резистором R18 образует делитель напряжение, который задает напряжение, поступающее на соединенные вместе прямые входы всех ОУ.

Шифратор и дешифратор, о которых идет речь в статье позволяют создать систему телеуправления, которая дает возможность дистанционно переключать шестнадцать различных команд. При нажатии на кнопки шифратора дешифратор устанавливается в одно из шестнадцати устойчивых состоянии, соответственно нажатой кнопке. Таким образом можно переключать шестнадцать различных нагрузок, шестнадцать режимов, и т.д. используя в качестве канала управления двухпроводную линию связи.

Существенное преимущество данной системы в том, что в ней используется распространенная и доступная элементная база, применяемая в системах дистанционного управления отечественных телевизоров.

Принципиальная схема шифратора показана на рисунке 1. В его основе лежит микросхема КР1506ХЛ1 - основа пульта дистанционного управления телевизоров УС ЦТ. Обычно в типовом включении, в телевизорах эта микросхема вырабатывает сигналы для переключения восьми телепрограмм, или сигналы цифр от "0" до "9" для управления многопрограммными микроконтроллерными устройствами управления телевизоров.

Но технологически в эту микросхему заложена возможность формировать коды для переключения 16-ти программ. Об этом говорит наличие двух шин X и Y, одна из которых в телевизорах 3УСЦТ не используется для переключения программ. Задействовав обе шины, каждая по 8 программ, получаем 16 команд. При нажатии на одну из кнопок на выходе микросхемы (вывод 5) вырабатывается кодовая импульсная последовательность данной команды.

Для того чтобы передавать команды по двухпроводному кабелю система питания узла построена таким образом, что для подачи положительного полюса питания и передачи кодовых импульсов служит один и тот же провод. Происходит это так: в промежутках между передачей команд конденсатор С1 большой емкости заряжается через диод VD2 от источника питания, выходное сопротивление которого повышено резистором R1 (рисунок 2). Это напряжение поступает на стабилизатор на VT3 (рисунок 1) и, далее, на микросхему D1.

Импульсы, вырабатываемые микросхемой D1 (рисунок 1) поступают на вход транзисторного ключа на VT1 и VT2, который включен параллельно источнику питания. В результате его действия на резисторе R1 (рисунок 2) появляются отрицательные импульсы, которые и воспринимаются дешифратором. Во время действия каждого импульса (рисунок 1) напряжение питания шифратора падает до нуля, но диод VD2 в эти моменты закрывается и питание шифратора происходит за счет энергии, накопленной в конденсаторе С2 (рисунок 1).

Рис. 2
Дешифратор (рисунок 2) построен на основе микросхемы КР1506ХЛ2, которая, как и микросхема КР1506ХЛ1 предназначена для работы в системах дистанционного управления телевизоров, и также, может работать в шестнадцатипрограммном режиме.

Кодовые импульсы поступают на вывод 26 этой микросхемы. Кроме этого последовательного входа микросхема имеет параллельные входы, которые используются в телевизорах для местного управления. В данном случае включена цепь R3C3, которая в момент включения питания переводит микросхему D1 в рабочее состояние.

При поступлении кодовой посылки на выходах D1 устанавливается некоторый двоичный код, соответствующий принятой команде. Этот код там будет оставаться до тех пор, пока не поступит другая команда.

Роль дешифратора выполняют два демультиплексора К561КП2 - D2 и D3. Они включены таким образом, что с первой по восьмую команду работает D3, а с девятой по шестнадцатую - D2. Дело в том, что на выходе "8" (вывод 11) D1 присутствует единица только тогда, когда двоичное число "8" и более, следовательно пока там от "0" до "7" на этом выводе логический ноль.

Этот ноль поступает на вход X D2 и на его выходах ни при каких обстоятельствах не может быть единица (ноль или третье состояние). В тоже время, на вход X D3 уровень поступает инвертированный транзисторным ключом VT1, и в это время работает D3. Затем, когда на выходе D1 будет код числа 8 или более, ситуация измениться - заработает D2, a D3 будет блокирован.