Экономичный маяк

Введение

Экономичный маяк (далее про­сто ЭМ) - компактное устройство с автономным питанием, предназ­наченное для временного обозначения мест повышенной опаснос­ти, привлечения внимания к высту­пающим за габариты или аварий­но расположенным предметам на проезжей части. ЭМ может также применяться по своему прямому назначению, заложенному в его на­звание, как настоящий или игру­шечный маяк, обозначающий фарватер судна. ЭМ оснащен тайме­ром автоматического выключения. Таймер (до 90 минут = 2,66 мин х 32) позволяет предотвратить разряд батареи, если ЭМ оставлен без внимания и по забывчивости не выключен вручную.

Отличительной особенностью ЭМ является повышенная эконо­мичность "OFF - режима". Высокая экономичность этого (дежурного) режима обеспечивается снятием питающего напряжения с основно­го (при отключенном осветитель­ном светодиоде) энергопотребите­ля ЭМ - МСД (мигающего светодиода) по окончании работы цифро­вого таймера. Потребляемый ток "OFF - режима" ЭМ не превышает 0,1 мкА, что меньше тока самораз­ряда батареи. Поэтому в "OFF - ре­жиме" ЭМ может находиться сколь угодно долго, не разряжая батарею. Повторно включить ЭМ можно "пе­редернув" (выключив и снова вклю­чив) тумблер питания "Вкл".

Вторая отличительная особен­ность ЭМ в том, что в устройстве применен экономичный светодиод высокой яркости, поэтому при хо­рошей заметности, ЭМ довольно экономичен и в рабочем режиме.

Основной недостаток ЭМ - низ­кая временная стабильность такто­вого генератора R1, HL1 - оправ­дывается простотой схемы.

Схема

ЭМ состоит из:

 генератора прямо­угольных импульсов на элементах HL1, R1; логических элементов "2И-НЕ" DD1.1, DD1.3;

 цепи преду­становки в ноль на элементах С2, R2: двоичного синхронного 14-раз­рядного счетчика DD2;

инверторов DD1.2, DD1 4, ключа на полевом транзисторе VT1 с его стоковой на­грузкой - светодиодом - минипро- жектором HL2 и токоограничительным резистором R3; конденсатора фильтра С1.

При включении питания тумбле­ром SA1 "Вкл," (см. рис. 1), напря­жение +4,5 В с батареи GB1 пода­ется на ЭМ. Конденсатор С2 начи­нает заряжаться через резистор R2 и в начале заряда на обкладке "-" С2 присутствует напряжение высо­кого уровня (логическая 1). Эта ло­гическая 1 устанавливает двоич­ный счетчик DD2 по входу "R" (вы­вод 11) в исходное (нулевое)состо­яние.

Тактовый генератор на МСД HL1 и его токоограничительном ре­зисторе R1 вырабатывает импуль­сы прямоугольной формы. HL1 ра­ботает в экономичном микротоко­вом режиме, его мерцание практи­чески малозаметно, однако такого токового режима работы достаточ­но для выработки импульсов согла­сующихся с логическими элемента­ми КМОП ИМС 561-й серии.

В исходном состоянии на всех выходах DD2 логические нули, на выходе инвертора DD1.2 единица, элемент DD1.1 открыт для прохож­дения счетных импульсов. Ключ на полевом транзисторе VT1 также от­крыт, сопротивление его канала ис­ток - сток минимально, а стоковая нагрузка - светодиод HL2 включен и его свечение манипулируется (прерывается) тактовыми импуль­сами, снимаемыми с катода HL1.

По окончании действия логи­ческой 1 на приоритетном входе R "Reset" ("Сброс") - выводе 11 счетчика DD2, содержимое счетчика начинается увеличиваться на 1 с каждым счетным импульсом. При досчете до 128 на выходе "2^е" (вы­вод 12) DD2 появляется логическая 1, которая инвертируется в ноль инвертором DD1.2, подается на вход (вывод 12) элемента DD1.1 и останавливает работу счетчика DD2, напряжение с анода HL1 снимается, на счетном входе С (вывод 10) DD2 устанавливается высокий уровень (логическая 1). При этом (так как на выводе 2 элемента DD1.3 логический ноль) на затво­ре VT1 через элементы DD1.3 и DD1.4 также устанавливается логи­ческий ноль, VT1 закрывается и све­тодиод HL2 выключается. В таком состоянии ЭМ может находиться сколь угодно долго, практически не разряжая батарею, даже если тум­блер "Пуск" остается включенным. Нормально замкнутый контакт SA1 разряжает С1 при выключении питания. Разряд С1 необходим для приведения в исходное состояние цепи предустановки в ноль (С2, R2) при быстром повторном включении ЭМ (если таковое понадобится).

Время работы таймера, вклю­ченного по схеме (рис. 1), состав­ляет 2 минуты 20 секунд и зависит от "веса" выхода счетчика DD2, к которому подключен вход инвертоpa DD1.2 и типа примененного МСД. В небольших пределах изме­нить выдержку можно подбором номинала R1* (от 3 до 100 кОм), а больших пределах - выбором тре­буемого выхода DD2. Время работы таймера в широких пределах можно изменить исходя из "разряд­ности" выходов DD2: уменьшить в 2...6 раз или увеличить в 2...6 раз. Так, например, для увеличения времени работы HL2 в 2 раза сле­дует использовать выход 2⁹ (выв. 14 DD2) счетчика DD2 [вместо вы­хода 2⁸ (вывод 12) DD2]. Практичес­ки грубо изменить время работы таймера можно предварительным изменением трассировки ПП или после изготовления ПП - разреза­нием медной дорожки, ведущей к 12 выводу DD2, и впайки перемыч­ки между дорожкой и выбранным выходом DD2.

Настройка

Настройка ЭМ, смонтированно­го без ошибок и из исправных де­талей, обычно не требуется. Час­тоту внутреннего генератора МСД HL1 в пределах ±10...20% можно изменить подбором номинала R1. Увеличивать рабочий ток HL2 до максимального значения 80 мА не целесообразно, так как при возрастании тока свыше 50 мА, яркость свечения HL2 субъективно возрас­тает незначительно. Уточнить ве­личину рабоче^го тока HL2 можно подборным резистором R3*. Ин­формация для любителей поэкспе­риментировать: если необходимо сделать свечение HL2 немигаю­щим, достаточно вывод 1 DD1.3 от­соединить от катода HL1 и соеди­нить с выводом 2 DD1.3. Кстати, уточнять рабочий ток HL2 следует именно в таком режиме непрерыв­ного свечения, включив милиамперметр постоянного тока в разрыв цепи R3, HL2. При желании сделать из HL1 яркий мигающий индикатор включения питания, номинал R1 следует уменьшить в несколько раз, а сам МСД вынести с печат­ной платы на монтажных провод­никах и установить на переднюю панель корпуса (см. рис. 4).

ЭМ сохраняет раоотоспособность при снижении напряжения до +3 В. Верхний порог напряжения питания ЭМ составляет +6 В и ог­раничен параметрами примененно­го МСД HL1.

Детали

печатная плата

В ЭМ применены постоянные резисторы МЛТ. Конденсаторы С1 и С2 - оксидные зарубежного про­изводства (с малым током утечки для обеспечения экономичности OFF-режима). Тумблер SA1 - MTS-102, особо миниатюрный SMTS-102 или подобный. Микросхемы серии К561 можно (с доработкой печатной пла­ты) заменить малогабаритной серией 564 с пленарным корпусом. HL1 может быть менее распростра­ненный MSB557DA (красный; 0,6.-1,8 Гц) или ARL-5013URC-B (красный МСД, +2...+6 В). Транзи­стор VT1 можно заменить КТ501 (с любой буквой) или микросхемой КР1014КТ1А (с изменением трас­сировки платы). Батарея GB1 - "плоская" 3R12P. Вместо HL2 в крайнем случае можно применить 5-мипиметровые сверхяркие светодиоды белого свечения AHL- 5013UWC ARL-5613UWW, зелено­го - ARL-5213PGS, красного - ARL- 5613'JPW или аналогичные.

Перед пайкой радиодеталей, в печатную плату следует впаять две монтажные перемычки. Перемыч­ки желательно выполнить из медного одножильного провода диа­метром не менее 0.7...1 мм. Пайку радиоэлектронных компонентов следует вести заземленным жалом паяльника. Обойтись без заземле­ния можно применив для ИМС спе­циальные розетки (панельки), и ус­тановив в них микросхемы по окон­чании пайки остальных деталей. Полевои транзистор VT1 также желателоно установить на плату при помощи "самодельной" 4 рехвыводной розетки. Такая розетка изго­тавливается из большой розетки для микросхем "Deep" с шагом между выводами 2,5 мм. при помо­щи пинцета и монтажных кусачек. Четвертый с края вывод - гнездный контакт выталкивается из ро­зетки со стороны пайки пинцетом и трехвыводная часть розетки с двух сторон выкусывается монтаж­ными кусачками. Таким способом из 14-выводной розетки для ИМС можно сделать 4 маленькие розет­ки для транзисторов.

Печатная плата ЭМ выполнена из односторонне фольгированного гетинакса или стеклотекстолита размерами 41x26 мм толщиной 1,5...2,5 мм (см. рис. 2 и pиc. 3). Диаметр отверстий на печатной плате под микросхемы 0,7...0,8 мм, под остальные радиоэлектронные компоненты-0,8... 1 мм, под соеди­нительные проводники - 1 ...1,2 мм, под крепежные отверстия - 2,6...3,2 мм.

Плата ЭМ устанавливается, на­пример, в прямоугольном пластмас­совом корпусе - мыльнице размером 105x65x35 мм. Внешний вид воз­можного варианта оформления фальшпанели корпуса ЭМ приведен на рис. 4. Тумблер SA1 "Питание" крепится на передней панели кор­пуса после приклеивания к ней и заклеивания скотчем цветного чер­тежа фальшпанели (рис. 4). В от­верстие над тумблером вставляет­ся на трении и смачивается клеем ПВА МСД HL1. Светодиод HL2 вставляется на трении в отверстие d = 7,8...7,9 мм, просверленное в верхней стенке корпуса.

Рисунок печати - "трассировка печатной платы" - (см. рис. 3) мо­жет быть перенесен на медную фольгу методом термопереноса или переведен при помощи копир­ки и обведен кислотостойкими пер­манентными маркерами. Подойдут, например, маркеры cer.tropen 2846 СЕ PERMANENT или другие, специ­ализированные, для подписывания компьютерных CD-дисков.

Схему таймера ЭМ можно при­менить также для совместной ра­боты с другими устройствами, ра­ботающими от постоянного напря­жения и потребляющими ток до 250 мА. Другие устройства можно включить параллельно цепи R3, HL2 или вместо нее. Важно толь­ко, чтобы суммарный ток нагрузки не превышал максимального тока стока VT1. Если на место VT1 ус­тановить транзистор большей мощности, например IRF840, то ток в нагрузке может составлять до 8 А. Однако в таком случае вместо ба­тареи GB1 3R12 целесообразно применить более мощные элемен­ты (А373 х 3 шт.) или аккумулятор.

Александр Ознобихин

     г. Иркутск