Одним из многочисленных автоматов, в общем смысле слова, является фотореле. Оно визуально незаметно, малофункционально и применяется во многих нишах. Устройство обладает единственной реакцией на внешний фактор наличия или отсутствия света — соединение или разрыв линии, по которой идет ток. Последнее используется как напрямую для отключения или активации потребителей, так и в качестве сигнального импульса. Встретить фотореле можно во многих сферах жизни, от контрольных линий производства или турникетов метро, до их присутствия в роли элементов выключателей освещения различного плана.
Турникеты в метро:
Многие не раз попадали в ситуации, когда в темноте не видно расположения предметов. Причем это мешает не только процессу личного перемещения, но и создает неудобство, когда нужно что-то найти в темноте. Вопрос вполне решаем установкой лампы. Вот только сразу выявляется проблема с ее включением в темноте. Здесь в роли автомата может применятся фотореле, включающее освещение именно в те моменты, когда наступает темнота.
Упомянутая ниша использования не единственная. На основе реакции датчика на видимое излучение, построены и считающие единицы товара приборы, и охранные устройства. Оба названых типа определяют пересечение луча света объектом. На том же принципе бывают выполнены системы автоматического открытия дверей, ворот или шлагбаумов.
Простота конструкции позволяет легко изготовить комплекс из реагирующей части и фотореле своими руками, о чем и пойдет речь в статье. Будут рассмотрены виды соединения готовых сборок, выпускаемых промышленностью и их схемы, раскрывающие сущность названых частей, от самых элементарных, до использующих в своей основе микроконтроллер.
Схема простого фотореле
Начнем с простого устройства наподобие ночника. Когда светло, он выключен, но чем темнее становится, тем ярче горит лампа. Сразу маленькое напоминание — питание устройства 220 В, так что нужно быть аккуратнее и внимательнее при его сборке и проверке.
Схема ночника:
Чем меньше освещенность фоторезистора, тем сильнее открыт семисторный ключ Q6004LT. Соответственно, больше тока предоставляется нагрузке, в роли которой выступает маломощная лампа накаливания.
Есть вариант описанной схемы, использующий уже 5 элементов. В ней лампа просто загорается в темноте на максимальную яркость и гаснет в моменты попадания света на фоторезистор.
Простая схема фотореле:
Настройка чувствительности выполняется подбором значения R1. Изменять в какую-либо сторону его нужно в относительно небольших пределах. Мощность резистора выбирается для всех случаев равной 1 Вт. Семистор КУ208Г можно сменить на КУ601Г без потери функциональности конечного устройства, но в любом случае, на названый элемент схемы нужно ставить теплоотвод — при использовании указанной нагрузки, он сильно греется.
Другой несложной конструкцией можно назвать использование фотореле в связке с несколькими транзисторами. Приведенная схема изначально рассчитана на подключение потребителей через линию размыкания электромагнитного реле.
Транзисторное фотореле:
Фоторезистор PR1 с подстроечником R1 выступают в роли делителя напряжения, управляющего состоянием транзистора VT1, который в свою очередь открывает или закрывает VT2. Последний, и производит пропуск тока на реле K1, размыкающее или соединяющее линию питания нагрузки. Диод VD1 шунтирует скачки тока в моменты срабатывания электромагнитного элемента, защищая транзисторы.
Обратите внимание! Указанное устройство питается уже не от сети 220 В, а имеет свой токовый ввод от 5 до 15 В. Что касается функций подстроечника R1 — он нужен для установки чувствительности к потоку света, приводящего к срабатыванию самого устройства.
Где можно применять прибор с авторегулировкой света?
Фотореле может быть использовано для включения или выключения света в разное время суток. Например, при наступлении темноты прибор включает освещение, а на рассвете — отключает. Также оно может быть использовано в подъезде многоквартирного дома или на своем загородном участке.
Известно широкое применение светодиодного светильника с фотореле, которое в автономном режиме включает и выключает освещение. Такой прибор может быть использован в «умном доме». При этом с помощью фотореле можно не только управлять освещением, но и открывать жалюзи zhaluse.ru или проветривать комнату. Надо отметить и возможность установки этого устройства для системы охраны дома.
Повторяемый промышленный вариант
В качестве своеобразного эталона рассмотрим схему фотореле ФР-602 от компании EIK. Большая часть представленных на рынке устройств аналогичного плана конструктивно похожи, отличаясь лишь в мелочах.
Внешний вид:
Принципиальная схема фотореле вместе с печатной платой:
Как видно, конструкция проста и может быть выполнена в домашних условиях. Элементарная база:
| Обозначение на схеме | Модель/тип | Характеристики | Аналоги |
| С2 | Конденсатор | 0.7мкф, 400 В | |
| C4 | Электролитический конденсатор | 100 мкф, 50 В | |
| C5 | 47 мкф 25 В | ||
| R2 | Резистор | 1.5 МОм, 0.125 Вт | |
| R3 | 220 Ом, 2 Вт | ||
| R4 | 1 МОм, 0.125 Вт | ||
| R5 | 560 кОм, 0.125 Вт | ||
| R6 | 200 кОм, 0.125 Вт | ||
| R7 | 100 кОм, 0.125 Вт | ||
| R8 | 75 кОм, 0.125 Вт | ||
| R9 | 33 кОм, 0.125 Вт | ||
| WL | Построечный резистор | 2.2 мОм | |
| ZD1 | Стабилитрон 1N4749 | 24 В | 3 последовательно соединенных Д814А, или 2 Д814Д |
| D1-D5 | Выпрямительный диод 1N4007 | ||
| VD1 | Выпрямительный диод 1N4148 | ||
| Q1, Q2 | Биполярный транзистор BC857A | КТ3107Б | |
| PH | Фотоэлемент (фоторезистор) | До 110 кОм | |
| Rel | Реле SHA-24VDC-S-A (Rel1) |
Параметры транзисторов МП26 — МП42 | Мастер Винтик. Всё своими руками!
| Типприбора | Структура | Pк max[ мВт ] | fгр, f*h216[ МГц ] | Uкбо max[ В ] | Uэбо max[ В ] |
| МП26МП26АМП26Б | p-n-pp-n-pp-n-p | 200200200 | ≥0.2*≥0.2*≥0.5* | 707070 | 707070 |
| МП35 | n-p-n | 150 | ≥0.5* | 15 | — |
продолжение таблицы
| Типприбора | IK max I*K и max[мА ] | Iкбо [мкА ] | h21э | Cк[ пФ ] |
| МП26МП26АМП26Б | 300*300*400* | ≤75 (70В)≤75 (70В)≤75 (70В) | 13…25 (35В;1.5мА)20…50 (35В;1.5мА)30…80 (35В;1.5мА) | ≤15 (35В)≤15 (35В)≤15 (35В) |
| МП35 | 20 (150*) | 30 (5В) | 13…125 (5В;1мА) | — |
продолжение таблицы
| Типприбора | rКЭнас[ Ом ] | Kш [ дБ ] r*6 [ Ом ] | τк [ пс ]t*pac [ нс ]t**выкл [ нс ] | примечание |
| МП26МП26АМП26Б | ≤2.2≤2.2≤1.8 | ——— | ≤1500***≤1500***≤1500*** | |
| МП35 | — | ≤220* | — |
Параметры транзисторов МП36, МП37
| Типприбора | Структура | Pк max[ мВт ] | fгр, f*h216[ МГц ] | Uкбо max[ В ] | Uэбо max[ В ] |
| МП36А | n-p-n | 150 | ≥1* | 15 | — |
| МП37АМП37Б | n-p-nn-p-n | 150150 | ≥1*≥1* | 3030 | —— |
продолжение таблицы
| Типприбора | IK max I*K и max[мА ] | Iкбо[мкА ] | h21э | CкC*12э[ пФ ] |
| МП36А | 20 (150*) | ≤30 (5В) | 13…45 (5В;1мА) | — |
| МП37АМП37Б | 20 (150*)20 (150*) | ≤30 (5В)≤30 (5В) | 15…30 (5В;1мА)25…50 (5В;1мА) | —— |
продолжение таблицы
| Типприбора | rКЭнас[ Ом ]r*БЭ нас [ Ом ]K**у. р. [ дБ ] | Kш [ дБ ]r*6 [ Ом ] | τк [ пс ] | примечание |
| МП36А | — | ≤10 (1кГц) | — | |
| МП37АМП37Б | —— | ≤220*≤220* | —— |
МП38, МП39, МП40
| Типприбора | Структура | Pк maх[ мВт ] | fгр, f*h216[ МГц ] | Uкбо maxU*КЭR max[ В ] | Uэбо max[ В ] |
| МП38МП38А | n-p-nn-p-n | 150150 | ≥2*≥2* | 1515 | —— |
| МП39МП39Б | p-n-pp-n-p | 150150 | ≥0.5*≥0.5* | 15* (10к)15* (10к) | 55 |
| МП40МП40А | p-n-pp-n-p | 150150 | ≥1*≥1* | 15* (10к)30* (10к) | 55 |
продолжение таблицы
| Типприбора | IK max I*K и max[мА ] | Iкбо[мкА ] | h21э | Cк[ пФ ] |
| МП38МП38А | 20 (150*)20 (150*) | ≤30 (5В)≤30 (5В) | 25…55 (5В;1мА)45…100 (5В;1мА) | —— |
| МП39МП39Б | 20 (150*)20 (150*) | ≤15 (5В)≤15 (5В) | ≥12 (5В;1мА)20…60 (5В;1мА) | ≤50 (5В)≤50 (5В) |
| МП40МП40А | 20 (150*)20 (150*) | ≤15 (5В)≤15 (5В) | 20…40 (5В;1мА)20…40 (5В;1мА) | ≤50 (5В)≤50 (5В) |
продолжение таблицы
| Типприбора | rКЭнас[ Ом ] | Kш [ дБ ]r*6 [ Ом ] | τк [ пс ] | примечание |
| МП38МП38А | — | ≤220*≤220* | — | |
| МП39МП39Б | — | -≤12 (1кГц) | — | |
| МП40МП40А | — | — | — |
Параметры транзисторов МП41,МП42
| Типприбора | Структура | Pк max[ мВт ] | fгр, f*h216[ МГц ] | Uкбо maxU*КЭR max[ В ] | Uэбо max[ В ] |
| МП41МП41А | p-n-pp-n-p | 150150 | ≥1*≥1* | 15* (10к)15* (10к) | 55 |
| МП42МП42АМП42Б | p-n-pp-n-pp-n-p | 200200200 | ≥2*≥1.5*≥1* | 15* (3к)15* (3к)15* (3к) | ——— |
продолжение таблицы
| Типприбора | IK max I*K и max[мА ] | Iкбо[мкА ] | h21э,h*21э | CкC*12э[ пФ ] |
| МП41МП41А | 20 (150*)20 (150*) | ≤15 (5В)≤15 (5В) | 30…60 (5В;1мА)50…100 (5В;1мА) | ≤50 (5В)≤50 (5В) |
| МП42МП42АМП42Б | 150*150*150* | ——— | 20…35* (1В;10мА)30…50* (1В;10мА)458…100* (1В;10мА) | ——— |
продолжение таблицы
| Типприбора | rКЭнас[ Ом ] | Kш [ дБ ] | τк [ пс ]t*pac [ нс ]t**выкл [ нс ] | примечание |
| МП41МП41А | —— | —— | —— | |
| МП42МП42АМП42Б | ≤20≤20≤20 | ——— | ≤2000***≤1500***≤1000*** |
Цоколёвка и размеры транзисторов МП26 — МП42
Популярность: 15 274 просм.
Источник: //www.MasterVintik.ru/parametry-tranzistorov-mp26-mp42/
Схема подключения классических фотореле к линии потребления
Все виды выпускаемых промышленностью или сделанных самостоятельно реле, требуют отдельного питания. Соответственно, и два контакта устройства будут предназначены названым целям. Причем встречаются модели фотореле без встроенного преобразователя напряжения, что означает подачу питания к ним не от сети 220 В, а через отдельный понижающий блок. Линий, идущих к потребителям может быть несколько, в зависимости от количества внутренних электромагнитных переключателей. Причем ввод может быть и раздельным для каждого контакта, — объединенным между прочими — или вообще интегрированным с питанием самого фотореле.
Датчик света у большинства моделей встроен в корпус самого устройства, но существуют и раздельные варианты, позволяющие выносить его в сторону от самого аппарата. Последнее нужно для случаев исключения засветки фотоприемника от управляемых ламп, чтобы система не превращалась в стробоскоп. То есть, когда темно — аппарат включает лампы. Становится светло — он их отключает. Опять срабатывает на мрак. И так по кругу.
Одинарная
Описанная ранее модель ФР-602 и аналогичные ей подключаются к линии следующим образом:
На большое количество потребителей энергии
Для управления мощной нагрузкой, например, при подключении прожектора или многочисленных ламп, лучше использовать промежуточные реле. В роли последних выбираются соответствующие приборы, которые выдерживают прохождение большого тока, достаточного для питания. Примером могут стать РК-1p/2p (Un), МРП-2, IEK ORM-41F-1, DEKraft ПР-102 и им подобные. Обратите внимание, что часть из реле аналогичного плана рассчитаны на управление переменным током (AC), в то время как другие постоянным (DC). Кроме того, напряжения включения может отличаться в нижнюю сторону от номинала розетки. Последние два фактора важно учитывать при проектировании монтажной схемы. Если реле-посредник питается от постоянного тока, то фотореле должно управлять подачей электричества к блоку преобразования. Который уже включившись, приведет в действие электромагнитный контактор, активирующий основную линию питания клиентских устройств.
Использование иных моделей фотореле
Здесь представлена схема подключения фотореле для другого варианта исполнения конечного автомата — с выносным датчиком чувствительности к свету и раздельными контактными линиями. Изначально она подготовлена для ФР-7Е, но подходит и для аналогичных моделей иных производителей.
Фотография ФР-07Е:
Обратите внимание, что представленное фотореле и упомянутое ранее, различаются корпусом, а в частности защитой устройства от внешних факторов. ФР-601/602 можно безболезненно размещать под открытым небом на улице, а у ФР-7Е для аналогичного действия требуется установка дополнительного кожуха. Но устройства подобного плана установки выпускаются со всеми необходимыми креплениями в стандартный электротехнический щиток, включая подготовленные места монтажа к DIN-рейке.
Устройства высокой мощности
К ним относится модель ФР-7. У нее нет защиты от влаги, потребляемая мощность достаточно высока, контактные зажимы являются открытыми, а подстроечный резистор, расположенный на лицевой панели, не имеет защиты. Однако это устройство может работать в сетях с напряжением 220 В. Установить регулировку в 10 люкс может специалист, поскольку самостоятельно этого добиться очень сложно.
Расширение функциональности с добавлением реле времени
Планируя использовать фотореле для уличного освещения своими руками, можно слегка расширить его функциональность, добавив таймер отключающий свет через установленное время. Причина проста — не нужно тратить электричество на работу ламп всю ночь, когда они точно никому не нужны. С целью реализации можно использовать реле отключения, наподобие IEK ORT-A2-AC230V, THC-B1 или аналогичные.
Расширенная схема питания уличного освещения:
Датчик движения и сенсор света
Закончив разбирать подключение и присоединение фотореле для уличного освещения, перейдем в помещения под крышей. Здесь также найдется работа аналогичной системе. В сущности, кроме обширности пространства по сравнению с внешними пределами, различий нет. Ночью, как и на улице в помещении ничего не видно. И здесь также нужна система иллюминации, разгоняющая тьму в периоды мрака. Вот только не каждый рачительный хозяин готов платить лишние деньги за расходуемую бессмысленно большую часть времени электроэнергию. Ведь надобность в свете хоть и возникает изредка ночью, но не длится весь ее период. Вот здесь, как раз придет на помощь соединение нескольких компонентов: датчика освещенности и движения. То есть, сама система будет работать только ночью и именно в то время, когда кто-то движется в пределах действия сенсоров. В момент определения обоих факторов и будет отдаваться команда светильнику для включения. Главное не забыть настроить фотореле на текущую норму освещенности пространства и детектор движения на желаемую чувствительность.
Схема подключения детектора движения и датчика освещенности к лампам:
Сразу небольшое замечание, касающееся детектора движения. Он должен быть или инфракрасным, или ультразвуковым. Причина проста — оптический, пока выключен свет, не «увидит» движение объекта в сенсорном поле, а значит и не даст команду на активацию ламп.
Микропроцессорное фотореле
Современные технологии коснулись и фотореле. Все чаще начинают применяться устройства на базе микроконтроллеров, которые позволяют не только производить определение наличия светового потока, но и совмещать множество других функций. Причем расширение не требует сильного изменения аппаратной составляющей, достаточно модифицировать внутреннюю программу.
Микроконтроллер — маленький компьютер, изначально ориентированный на управление устройствами в зависимости от внешних факторов и алгоритма. Кроме того, его возможностей вполне достаточно для присоединения к общей цифровой сети, объединяющей группы оборудования различного плана.
Также стоит упомянуть о промышленных образцах фотореле, оснащенных «умной» частью. Но их функциональность обычно ограничена производителем. Поэтому лучше рассмотреть другую систему. К примеру, Arduino. Его возможностей вполне достаточно для осуществления контроля света, отключения линии днем и ночью, отправки сообщений о текущем используемом режиме или сигнализации о нарушениях в работоспособности лампы.
На аппаратной стороне, все что непосредственно не касается функций контроля, возлагается на дополнительно подключаемые «шилды» к Arduino. В приведенной схеме последнее будет относиться к часам, датчику света и самому реле. Вопрос отправки статуса конечному владельцу решается за счет GSM модуля связи, который и будет отсылать SMS о текущем режиме работы системы.
Принципиальная схема конструкции достаточно проста:
Есть примечание, касающееся приведенной сборки. Обратите внимание, что релейный модуль имеет стороннее питание. Это сделано в целях избежания скачков тока, так как шилд берет много электричества из общей линии и может вызвать «просадку» напряжения при переключениях. Отдельное питание рекомендуется и SIM800L (на приведенной схеме он подключен напрямую к самому Arduino). Также модуль GSM-связи достаточно потребляющий элемент — ему нужно выработать определенную мощность для соединения с сотовой вышкой, а взять энергию с названой целью он может только из линии снабжения.
Что касается программной части, написать соответствующий алгоритм сможет любой, знакомый с программированием микроконтроллеров Arduino. Тем более, есть множество кодов в интернете.
Несмотря на функциональную простоту фотореле, ниш применения у него достаточно. Тем более, что малые возможности расширяются добавлением новых за счет небольшого усложнения схемы и использования микроконтроллеров.
Принцип действия
На схеме показан принцип действия устройства. Фоторезистор PR1 уменьшает при повышении освещенности свое сопротивление до нескольких Ком, благодаря чему открывается фототранзистор VT2, который включает фотореле K1, и уже это устройство, в свою очередь, начнет передавать сигналы. Защищает схему от самоиндукции диод VD1. Благодаря такому принципу, даже очень слабые сигналы позволяют включать или выключать свет.
Фото — Схема фотореле
Главная рабочая часть — фотоэлемент, представляет собой газовую трубку, в которой производится ионизация газа. Она имеет катод, который способен вырабатывать электроны пропорционально интенсивности направленного к ней света, также трубка оснащена анодом для сбора электронов.
Фото — Фотореле
Всякий раз, когда отрицательно заряженная поверхность помещается в атмосферу ионизируемого газа, такого как пары ртути или какой-либо инертный газ, на неё переходят электроны. Там посредством использования теории скоростей Ферми-Дирака, электроны ускоряются в зависимости от силы приложенного электрического поля.
Фото — Фотореле TDM
Эти электроны перемещаются на относительно короткое расстояние до столкновения с атомом ионизирующего газа. Когда электрон, имеющий постоянную кинетическую энергию, проходит через ионизирущее вещество, он нарушает атомы, с которыми сталкивается. Также его траектория действия может периодически меняться. Если материал является газообразным, то полученные фрагменты или ионы могут перемещаться в противоположную сторону друг от друга. Но если электроны выбиты из атомов, то они двигаются в одном направлении, а остаточные положительные ионы — в противоположном. Выход типа ионизации или фотоэлемента зависит от числа электронов на аноде.
Именно перемещения электрических частиц в определенной последовательности и становится причиной переключения приспособления. Нужно сказать, что это особенно удобно для устройств с датчиком движения Finder, Legrand.
