docElektronika dla Wszystkich Zadanie nr 50
download 
Reklamacja Transkrypt
Elektronika dla Wszystkich Zadanie nr 50
Szkoła Konstruktorów Rozwiązanie zadania powinno zawierać schemat elektryczny i zwięzły opis działania. Model i schematy montażowe nie są wymagane. Przysłanie działającego modelu lub jego fotografii zwiększa szansę na nagrodę. Ponieważ rozwiązania nadsyłają czytelnicy o różnym stopniu za− awansowania, mile widziane jest podanie swego wieku. Ewentualne listy do redakcji czy spostrzeżenia do erraty powin− ny być umieszczone na oddzielnych kartkach, również opatrzo− nych nazwiskiem i pełnym adresem. Prace należy nadsyłać w terminie 45 dni od ukazania się nume− ru EdW (w przypadku prenumeratorów – od otrzymania pisma pocztą). Zadanie nr 50 Dwuczęściowy artykuł z EdW 12/99 i 1/2000 dotyczący nietypowego zdalnego sterowania wzbudził wielkie zainteresowanie Czytelni− ków. Jak wspomniano w artykule, jest to przy− kład realizacji postawionego zadania i to przy− kład wcale nie najprostszy. Postawione zadanie na pewno można zrealizować prościej i taniej. Przedstawiam więc pod rozwagę jak naj− bardziej praktyczny temat. Chodzi o zapro− jektowanie systemu zdalnego sterowania, który umożliwiałby na przykład włączanie i wyłączanie minimum 1 lampki, lepiej kilku, jednak nie więcej niż 3...4. A oto oficjalny temat jubileuszowego, pięćdziesiątego zadania: Zaproponować możliwie najprostszy i najtańszy system zdalnego sterowania 1...4 urządzeniami znajdującymi się w pokoju. Zadanie to może wydać się bardzo trudne. Nie jest tak źle. Rozwiązanie nie musi zawie− rać pełnego opisu kompletnego systemu. Za− chęcam także do nadsyłania rozwiązań czę− ściowych, nie do końca dopracowanych. Cie− kawe pomysły mogą się przydać innym, którzy może po rozwiązaniu tego zadania będą chcie− li samodzielnie zbudować taki system. Chciałbym jeszcze uściślić warunki. Spo− sób sterowania jest dowolny. Można wykorzy− Elektronika dla Wszystkich stać podczerwień, ale warto rozważyć inne możliwości. Co prawda sterowanie radiowe może okazać się kosztowne, jednak zachęcają− cą alternatywą mogą być ultradźwięki (ultra− dźwiękowe przetworniki piezo są powszechnie wykorzystywane w alarmach), a nawet dźwię− ki słyszalne, pod warunkiem zastosowania sensownego układu zapobiegającego przypad− kowym przełączeniom (filtry, układy czaso− we). W przypadku wykorzystania dźwięków można sterować za pomocą nadajnika wyposa− żonego w przetwornik, na przykład membranę piezo (duża skuteczność, mały pobór prądu) lub głośniczek. Ale można też obejść się bez nadajnika, gdy odbiornik (odbiorniki) będzie reagował np. na gwizd lub klaskanie. A może wymyślicie jeszcze inne sposoby? Ewentualny nadajnik (pilot) powinien być w miarę mały, a baterie powinny starczyć na co najmniej kilka miesięcy pracy. To znaczy, że w spoczynku nie może on pobierać prądu. Odbiornik dobrze byłoby umieścić w łatwo dostępnej obudowie wtyczkowej, mającej “na plecach” gniazdko. W takiej obudowie jest sporo miejsca i nie będzie kłopotu z umie− szczeniem w niej układu odbiorczego wraz z zasilaczem i przekaźnikiem wykonawczym. W roli elementu wykonawczego proponu− ję przekaźnik, jednak kto chce, może wyko− rzystać triak. W przypadku wykorzystania podczerwie− ni trzeba sprawdzić odporność systemu na sygnały pilotów od sprzętu RTV. To istotna sprawa − przecież system może być użytko− wany w pomieszczeniu, gdzie stoi telewizor, wieża audio czy magnetowid. Tym razem problem stabilności parame− trów nie jest tak ostry, jak w innych przypad− kach, bo system będzie pracował w wąskim zakresie temperatur +15...+30oC. Koniecznie natomiast zwróćcie uwagę na koszt elementów. System nie może być dro− gi, powinien być tańszy od rozwiązania pole− gającego na wykorzystaniu fabrycznego pilo− ta RC−5 i scalonych odbiorników−dekoderów SAA3048 (taki system był opisany w EdW 9/96 str. 7). Ponieważ nie wymagam zaprojektowa− nia i wykonania kompletnego systemu, udział w rozwiązaniu zadania mogą i po− winni wziąć także młodsi Czytelnicy, którzy zapewne jak zawsze zaprezentują szereg interesujących pomysłów. Bardziej doświadczonych zachęcam do prób prak− tycznej realizacji (tylko zachowajcie ostrożność podczas prób z urządzeniami dołączonymi do sieci 220V). Sprawdzone praktycznie projekty mogą zostać zaprezen− towane w dziale E−2000, a ich autorzy otrzymają pełne honoraria. 31 Szkoła Konstruktorów Rozwiązanie zadania nr 46 Nadal zachęcam także do nadsyłania pro− pozycji kolejnych zadań. Temat zadania 46 brzmiał: Przeanalizować możliwość wykonania układu sygnalizują− cego przepalenie żarówek samochodowych. Jak zwykle, nadeszło wiele prac, w tym kilka modeli. Jestem zadowolony z wyników, choć muszę przyznać, że niektórzy koledzy chyba nie przeczytali warunków zadania. Zapropo− nowali mianowicie testery dla obwodów z jedną żarówką, zupełnie niepotrzebnie skomplikowane, na przykład z MOSFET−ami, wzmacniaczami operacyjnymi, generatorami, przekaźnikami. Przypominam: dla jednej ża− rówki w obwodzie nie ma żadnego problemu – wystarczy przy otwartym wyłączniku sprawdzić, czy jest przejście do masy – zo− bacz rysunek 1. Postawione zada− nie było jak naj− bardziej praktycz− ne i polegało na rozważeniu moż− liwości sprawdza− nia jednej z dwóch żarówek w układzie z ry− sunku 2. Tak bo− wiem połączone są żarówki w sa− mochodach. Prze− Rys. 1 palenie jednej ża− rówki nie powodu− je przerwania ob− wodu. Trzeba albo sprawdzać opor− ność (która jest niewielka w stanie zimnym włókna i może być różna dla różnych eg− zemplarzy ża− rówek o tej samej mocy), albo lepiej monitorować po− bór prądu przez Rys. 2 dany obwód w czasie pracy. Większość projektów lepiej lub gorzej spełnia takie zadanie. Zanim przejdę do omówienia trzech głów− nych grup rozwiązań, kilka uwag ogólnych. Gratuluję wszystkim, którzy pamiętali, że re− zystancja zimnego włókna żarówki jest kil− kakrotnie mniejsza od rezystancji w czasie pracy. Przykładowo żarówka 12V 15W po− winna mieć rezystancję około 10Ω. Tak, ale tylko w czasie pracy. W stanie zimnym bę− dzie mieć rezystancję 1...2Ω. Fakt ten ma znaczenie w systemach, gdzie dużo większy prąd płynący w chwili włączenia żarówek może spowodować błędne działanie także po ustaleniu jego wartości. 32 Kolejna sprawa to liczba kontrolek. Czy trze− ba stosować osobną kontrolkę na każdą ża− rówkę bądź obwód? Ja osobiście dałbym jedną kontrolkę na przy− kład w postaci jasnej, migającej diody LED oraz brzęczyka. W przypadku sygnalizacji awarii wysiadłbym z samochodu, włączył wszystkie światła i po prostu zobaczył, która żarówka jest niesprawna. Dawanie oddziel− nej kontrolki na każdy obwód jest moim zda− niem niepotrzebne. Na pewno komplikuje układ, a nie daje znaczących korzyści. I tu plus mogą postawić na koncie wszyscy, którzy nie rozbudowali nadmiernie układu. Chciałbym także pochwalić młodszych ko− legów, którzy nie zapomnieli o problemie grubości drutu na ewentualne rezystory po− miarowe. Jak wiadomo, podczas przepływu prądu w przewodzie wydziela się ciepło. Moc tych strat wyraża znany wzór P=I2R W praktyce ważniejszy od wzoru jest fakt, że czym większy przekrój drutu, tym większy prąd można przezeń przepuścić bez ryzyka uszkodzenia. Zbyt cienki drut po prostu bę− dzie się grzał, może dojść do uszkodzenia izolacji (powyżej +120....180oC), a nawet drut może się stopić, czyli zachować jak bez− piecznik. Cieszę się, że prawie połowa uczestników krytycznie przeanalizowała przynajmniej niektóre koncepcje. Wielokrotnie już pisa− łem, że taka wstępna analiza jest wręcz nie− zbędna, bo zwykle pomaga ustrzec się gru− bych błędów. Nie sposób przytoczyć wszyst− kie rozważania i opinie. Oto niektóre. Spora część uczestników uważa, że nie ma potrzeby monitorować wszystkich żarówek. Najważniejsze są kierunkowskazy, światła stop i pozycyjne tylne. Niesprawność świateł mijania czy drogowych można zauważyć podczas jazdy. Około 25% uczestników podkreśla, że w sa− mochodzie i tak jest mnóstwo kabli, więc na− leży ograniczać ilość dodatkowych przewo− dów ze względu na niezawodność. Słusznie! Ale tylko dwie czy trzy osoby zwróciły uwa− gę, że przewody przebiegające blisko silnika powinny być odporne na wysoką temperatu− rę oraz czynniki chemiczne i atmosferyczne. Podkreślaliście problem styków i ich nieza− wodności. Wielu kolegów właśnie ze wzglę− du na niezawodność połączeń zrezygnowało z jakiejkolwiek ingerencji w istniejącą insta− lację. Trzy osoby napisały nawet, że ingeren− cja wykonana przez niedoświadczonego amatora, nieświadomego zagrożeń, tylko po− gorszy ogólną niezawodność auta. W efekcie system, który ma pomagać, wręcz zaszkodzi kondycji samochodu, bo po pewnym czasie eksploatacji niedbale wykonane przeróbki i cięcia zaowocują przerwami, grzaniem sty− ków i zwarciami. To rzeczywiście poważna sprawa – do prze− róbek fabrycznej instalacji nie powinni za− bierać się początkujący. Grupy rozwiązań Spora grupa rozwiązań to UKŁADY MIE− RZĄCE SPADEK NAPIĘCIA NA REZY− STANCJI SZEREGOWEJ włączonej w ob− wód. Tylko nieliczni uczestnicy chcieli zastoso− wać dodatkowe szeregowe rezystory, włączane po przecięciu danego przewodu. Większość zwolenników tego sposobu chce mierzyć spa− dek napięcia na rezystancji istniejącego, orygi− nalnego przewodu. I pierwszy, i drugi sposób mają istotne wady. Pierwszy wymaga dobrania rezystancji szeregowej stosownie do wartości prądu płynącego w danym obwodzie. Trzeba więc znać wartość prądu w danym obwodzie (wyliczyć go według mocy żarówek) i dobrać rezystancję tak, by spadek napięcia na dołączo− nej rezystancji wynosił kilkadziesiąt miliwol− tów. Oznacza to, że rezystory w obwodach naj− większych żarówek o mocach ponad 50W będą mieć rezystancję rzędu 10 miliomów lub mniej. To bardzo mała oporność, często większą rezy− stancję ma połączenie stykowe! Z kolei przy badaniu spadku napięcia na krót− kim odcinku przewodu trzeba pamiętać, że zazwyczaj będzie on bardzo mały, rzędu Punktacja Szkoły Konstruktorów Dariusz Knull Zabrze 61 Marcin Wiązania Gacki 44 Paweł Korejwo Jaworzno 29 Marcin Piotrowski Białystok 23 Rafał Wiśniewski Brodnica 23 Jarosław Kempa Tokarzew 22 Krzysztof Kraska Przemyśl 22 Piotr Wójtowicz Wólka Bodzechowska 22 Tomasz Sapletta Donimierz 18 Bartłomiej Stróżyński Kęty 17 Mariusz Nowak Gacki 15 Jarosław Chudoba Gorzów Wlkp. 13 Barbara Jaśkowska Gdańsk 13 Krzysztof Nytko Tarnów 12 Grzegorz Kaczmarek Opole 10 Jakub Mielczarek Mała Wola 10 Maciej Ciechowski Gdynia 9 Radosław Koppel Gliwice 9 Bartosz Niżnik Puławy 9 Filip Rus Zawiercie 9 Arkadiusz Antoniak Krasnystaw 8 Roland Belka Złotów 8 Marek Grzeszyk Stargard Szcz. 8 Michał Kobierzycki Grójec 8 Łukasz Malec Tomaszów Lub. 8 Bartłomiej Radzik Ostrowiec Św. 8 Czesław Szutowicz Włocławek 8 Filip Karbowski Warszawa 7 Elektronika dla Wszystkich Szkoła Konstruktorów pojedynczych miliwoltów. Trzeba go wzmoc− nić za pomocą wzmacniacza operacyjnego. Jeśli jednak użyty wzmacniacz operacyjny będzie miał napięcie niezrównoważenia też wynoszące kilka miliwoltów, układ może w ogóle nie działać! Trzeba zastosować odpo− wiedni wzmacniacz operacyjny o małym na− pięciu niezrównoważenia albo zastosować kostkę bądź konfigurację z możliwością ko− rekcji napięcia niezrównoważenia. Niestety, nikt nie zwrócił uwagi na ten aspekt sprawy. Młodszym Czytelnikom się nie dziwię, bo w EdW w cyklu o wzmacniaczach operacyj− nych tego tematu jeszcze nie omawialiśmy. A teraz o najciekawszych rozwiązaniach te− go typu. Godną uwagi ideę przedstawił Sławomir Welcer z Krosna. Jeden układ czujnikowy dołączany jest to kolejnych obwodów lamp za pomocą kluczy CMOS 4066 i sprawdza spadek napięcia na rezystorach pomiaro− wych. Dość skomplikowany układ z liczni− kami i rejestrem zaświecałby diody LED od− powiadające poszczególnym obwodom. Układ miałby szanse na realizację, jednak starannie należałoby przeanalizować rozkład i spadki napięć, by nie okazało się, że układ elektroniczny i wspomniane klucze zasilane są napięciem niższym, niż napięcia testowa− ne. Osobiście bałbym się podjąć próby reali− zacji tak skomplikowanego układu, jednak za oryginalne rozwiązanie i przeprowadzone próby Sławek otrzyma upominek. Mariusz Ciołek z Kownacisk chce mierzyć spadek napięcia na przewodach za pomocą wzmacniaczy operacyjnych LM324. Układ jest ciekawy, choć zbyt rozbudowany, ale niestety ze wspomnianymi kostkami nie bę− dzie działał. Liczni koledzy proponowali klasyczne roz− wiązanie ze wzmacniaczem operacyjnym według rysunku 3. W następnym stopniu wzmocnione napięcie jest porównywane z napięciem odniesienia. Jak wspomniałem, nie jest to zły pomysł pod warunkiem zasto− sowania wzmacniaczy operacyjnych odpo− wiedniego typu, z możliwością korekcji na− pięcia niezrównoważenia. Druga, niezbyt liczna grupa rozwiązań to UKŁADY MIERZĄCE NAPIĘCIE NA BEZPIECZNIKACH. Idea jest prosta i oczywista – na bezpiecznikach rzeczywi− ście występuje znaczny spadek napięcia. Układ pomiarowy wyglądałby jak na rysun− ku 4. Jednak sposób ten ma dwie wady, o których nie można zapomnieć. Po pierw− sze, nie wszystkie bezpieczniki o danym no− minale mają taką samą rezystancję, co może oznaczać konieczność ponownej kalibracji układu po wymianie bezpiecznika. Po drugie, próba pomiaru napięcia na zaciskach gniazda bezpiecznikowego będzie obarczona błędem wynikającym z istnienia rezystancji między bezpiecznikiem a oprawką. Pokazuje to ry− sunek 5. Niestety, po dłuższym czasie użyt− kowania rezystancja styku rośnie i może się okazać, że spadek napięcia na niej jest więk− szy niż spadek napięcia na rezystancji bez− piecznika. Jest to ewidentnie niekorzystna tendencja, bo z czasem nawet przy spalonej jednej żarówce spadek napięcia na oprawce bezpiecznika będzie większy niż na początku przy obu sprawnych żarówkach. Rys. 4 Wykorzystanie rezystancji bez− piecznika Rys. 5 Wpływ rezystancji styków Rys. 3 Wzmacnianie spadku napięcia na przewodzie Elektronika dla Wszystkich Aby uniknąć tego jak najbardziej realnego zagrożenia, należałoby sprawdzać napięcie nie na zaciskach oprawki, tylko na samym bezpieczniku, co nie jest takie proste. Trze− ba byłoby zastosować połączenie czteroza− ciskowe Kelvina i “zbierać” napięcie po− miarowe bezpośrednio z bezpiecznika we− dług rysunku 6. Nie będzie to jednak wcale proste, bo należałoby przylutować przewo− dy pomiarowe wprost do bezpiecznika. Gratulacje dla kilku kolegów, którzy o tym wspomnieli i... zrezygnowali z tego rozwiązania. Rys. 6 Połączenie czteropunktowe Spośród rozwiązań tej grupy zwróciłem uwa− gę na jedno. Klaudiusz Woźniak z Wrocła− wia, który interesuje się elektroniką dopiero od półtora roku, stwierdził, że na bezpieczni− kach spadek napięcia sięga nawet 500mV i zaprojektował prawidłowy układ czujników z kostkami TL082/084. Świadomy właści− wości wejściowych wzmacniaczy operacyj− nych podał również schemat z kostką LM358 i dodatkowym dzielnikiem. Trzecia, najliczniejsza gru− pa rozwiązań to CZUJNI− KI PRĄDU ZAWIERA− JĄCE KONTAKTRON. Podstawowa idea pokazana jest na rysunku 7. Na rurce kontaktronu nawinięta jest cewka. Czym większy prąd płynie w danym obwodzie, tym mniej trzeba zwojów. Liczbę zwojów trzeba do− brać eksperymentalnie, w zależności od warunków pracy. Grubość przewodu musi być proporcjonalna do Rys. 7 wartości prądu, by samo− Czujnik kon− dzielnie nawinięta cewka taktronowy zbytnio się nie grzała i nie występował na niej zbędny spadek napięcia. Kilku kolegów stwierdziło, że wykonali podobne czujniki i że z powodzeniem wyko− rzystują je w swych samochodach. Wszyscy zgodnie twierdzą, że liczbę zwojów trzeba starannie dobrać, by kontaktron pewnie dzia− łał przy obu żarówkach sprawnych (także przy obniżonym napięciu akumulatora) i nie łapał po spaleniu jednej z nich (przy maksy− malnym napięciu w instalacji bliskim 15V). Zwrócili też uwagę na kruchość rurki kontak− tronowej i łatwość jej uszkodzenia, zwła− szcza w przypadku nawijania cewki grubym, 33 Szkoła Konstruktorów sztywnym dru− tem. Wynika z tego, że na− prawdę przepro− wadzili próby i być może “za− łatwili” przy okazji parę rurek kontaktrono− wych. Układy z kon− taktronami za− proponowało wielu kolegów. Większość pro− ponuje układ z diodą LED (ew. migajacą) według rysunku Rys. 8 Najprostszy 8. W rezultacie system na desce roz− dzielczej pojawi się rząd diod LED, których większość ma świecić cały czas podczas ja− zdy samochodu. Zgaśnięcie jednej z nich oznaczać będzie niesprawność jakiejś żarów− ki. Osobiście nigdy bym czegoś takiego nie zastosował. Zgaśnięcie jednej z kilku diod ła− two może ujść uwagi, a z kontrolką stopu, światła cofania i kierunkowskazów jest od− dzielny problem, bo przecież obwody te są włączane okresowo. ma przekazać sygnał o awarii danego obwo− du dopiero wtedy, gdy na obu jej wejściach jest stan wysoki, czyli dopiero wtedy, gdy na dany obwód podano napięcie. Podstawowa myśl jest słuszna – przecież układy z rysun− ków 8...10 sygnalizują przepalenie żarówki przy otwartym wyłączniku W. Jednak chyba zamiast bramki AND trzeba byłoby tu zasto− sować bramkę EX−OR lub EX−NOR. W gruncie rzeczy stosowanie dodatkowych układów logicznych wcale nie jest koniecz− ne. Czyż nie wystarczy prościutkie rozwiąza− nie według rysunku 11b? Rys. 10 Układ zmodyfikowany Rys. 9 Układ z kontaktronem przełącznym Dlatego słowa uznania należą się kolegom, którzy ruszyli głową i zmodyfikowali działa− nie systemu. Niektórzy mianowicie wyko− rzystali kontaktrony ze stykiem przełącznym według rysunku 9. W takim układzie o awa− rii poinformuje zapalenie się kontrolki (najle− piej jasnej, migającej diody LED) i dźwięk brzęczyka. Inni zauważyli, że pojedyncze ob− wody o takim działaniu można jednak zreali− zować ze znacznie popularniejszym kontak− tronem zwiernym według rysunku 10. Kilku kolegów osiągnęło pożądane funkcje dopiero po zastosowaniu dodatkowych ukła− dów logicznych – rysunek 11a pokazuje jed− no z nadesłanych rozwiązań. Bramka AND 34 Rys. 11 Inne konfiguracje Rys. 12 Prosty system Jeśli jednak układ ma zawierać kilka czujni− ków oraz sygnalizować awarię światłem i dźwiękiem, trzeba go trochę rozbudować. Przykład (nie jedyny i być może wcale nie najlepszy) pokazany jest na rysunku 12, gdzie bloki oznaczone A to czujniki według rysunku 11b. Piotr Michalski ze Zgierza w obszernym li− ście przeanalizował problem i możliwości rozwiązania, a ostatecznie zdecydował się właśnie na system z przekaźnikami (który zresztą już wcześniej stosował w praktyce). Podał kilka schematów, między innymi z kontaktronami przełącznymi, współpracu− jącymi z dwukolorowymi diodami LED (zie− lona, czerwona). Jego system z kontaktrona− mi zwiernymi pokazany jest na rysunku 13a i 13b. Można go znacznie uprościć, sto− sując kontaktrony przełączne; wtedy niepo− trzebne będą tranzystory i diody Schott− ky’ego. Piotr świadomie zastosował dwuko− lorowe diody i ograniczył liczbę kontrolowa− nych obwodów do trzech (awarię kierunkow− skazów można poznać po zmianie częstotli− wości pracy przerywacza). W uzasadnieniu napisał między innymi: (...) jeśli po włącze− niu monitorowanych świateł nie świeci żadna z diod, to świadczyć może o uszkodzeniu wy− łącznika, spaleniu bezpiecznika, przerwie w instalacji przed wyłącznikiem albo o uster− ce naszego sygnalizatora. Układ z dwukolo− rowymi diodami LED poinformuje dodatko− wo o tego typu awa− riach. Tego aspektu sprawy lekceważyć nie wolno. żarówki samo− chodowe, zwłaszcza te mniejszej mocy, są dość trwałe, natomiast instalacje elektryczne w starych samocho− dach są pod tym względem znacznie gorsze. Podczas kilku− letniej eksploatacji podobnego układu dwukrotnie zdarzyło się, że zasygnalizował on awarię świateł STOP. Ani razu przyczyną nie była przepalo− na żarówka. Raz “padł” czujnik włączający wspomniane światła, drugi raz zsunęła się końcówka konektorowa. Wnioski nasuwa− ją się same: potrzebny jest “kontroler świateł” a nie “kontroler żarówek”. List zawiera szereg innych wniosków praktycznych, miedzy innymi dotyczą− cych umieszczenia wskaźników. Piotr przekonał się także, że po włączeniu ob− wodu z jedną przepaloną żarówką kontak− tron mimo wszystko na chwilę złapie, co jest wynikiem małej rezystancji drugiej, zimnej żarówki. Z kolei przepalenie w tak− cie pracy niewielkiej żarówki włączonej Elektronika dla Wszystkich Szkoła Konstruktorów równolegle z większą nie spowoduje rozwar− cia styku ze względu na znaczną histerezę kontaktronu. Problem może też dotyczyć świateł pozycyjnych, gdy równolegle połą− czone są cztery jednakowe żarówki. Ta zna− cząca wada mogłaby być wyeliminowana al− bo przez takie włączenie czujników, by każ− dy kontrolował nie cztery, tylko dwie żarów− ki, albo przez zastosowanie innego systemu, z mniejszą histerezą. Fot. 1 Pomysł Ireneusza Redeka Tyle o klasycznych czujnikach kontaktrono− wych. Drugi znany z literatury sposób sprawdzania dwóch jednakowych obwodów to kontaktron z dwoma identycznymi uzwojeniami, w których prąd płynie w przeciwnych kierun− kach. Pokazuje to rysunek 14. Układ taki wykonał (fotografia 1) i sprawdził Ireneusz Redek z Bełchowa. Inni koledzy wspomnieli o takim rozwiązaniu, ale po ana− lizie odrzucili je ze względu na fakt, że moni− toruje on jedynie dwa jednakowe obwody. Inne pomysły Rys. 13 Propozycja Piotra Michalskiego Podobne układy z kontaktronami wykorzy− stał Piotr Figiel z Giebułtowa. Zauważył on, że nawet po starannym dobraniu liczby zwo− jów układ może nie zadziałać prawidłowo, gdy zimą przy bardzo niskich temperaturach napięcie akumulatora na początku jazdy jest obniżone. Oprócz dwóch wymienionych osób, wyróż− niające się opisy i wnioski z praktycznych prób nadesłali: Marcin Bier− nat z Rozalina i Grzegorz Ta− larek z Międzyrzecza. Inni koledzy po prostu podali pod− stawowy schemat, jak na ry− sunkach 7...10. Jednak jak wi− dać, nawet prosty sposób z kontaktronami wymaga chwili zastanowienia. Gratu− Rys. 14 lacje dla wszystkich, którzy Czujnik pomyśleli o szczegółach! różnicowy Elektronika dla Wszystkich Krzysztof Kraska z Przemyśla po rozważeniu zalet i wad różnych rozwiązań przysłał materia− ły dotyczące wykorzystania specjalizowanego układu scalonego U4790B (Telefunken), prze− znaczonego właśnie do monitorowania kondy− cji żarówek w samochodzie. Wykorzystuje się tam spadek napięcia na małej rezystancji szere− gowej. Takie układy scalone nie są przeznaczo− ne dla amatorów wykonujących przeróbki we własnym zakresie, tylko dla koncernów samo− chodowych, przy czym warunki pracy ustalane są przez zawodowych konstruktorów podczas projektowania samochodu. Wtedy nie ma obaw o niezawodność i trwałość instalacji. Ciekawymi spostrzeżeniami podzielił się Ma− ciej Ciechowski z Gdyni. Jest on zdecydowa− nym przeciwnikiem jakiejkolwiek ingerencji w fabryczną instalację i umiarkowanym zwo− lennikiem elektronizacji samochodu. Nie zga− dzam się z jego wnioskiem, iż bezmyślne dą− żenie do elektronizacji spowoduje, że za mie− siąc ktoś wpadnie na pomysł skonstruowania detektora przebitej opony. Wbrew pozorom, nie jest to idiotyczny pomysł – detektory takie są stosowane, oczywiście nie w “maluchach kierowanych przez kobiety”, tylko w cięża− rówkach i pełnią tam bardzo pożyteczna rolę. W konkluzji Maciej proponuje, by starym spo− sobem sprawdzać światła przed wyruszeniem w drogę, a przy sprawdzeniu światła stop wci− snąć pedał hamulca za pomocą... wożonej spe− cjalnie do tego celu cegły(!?). Sam stwierdził, że dużą pomocą podczas eksploatacji samo− chodu jest... wskaźnik napięcia akumulatora, opisany w EdW 2/96. Choć nie w pełni speł− nia on warunki zadania 46, jednak pozwala stwierdzić uszkodzenie większych żarówek. Sprawdzanie polega na uruchomieniu silnika, a następnie włączaniu po kolei świateł i obser− wowaniu spadku napięcia na akumulatorze. Jacek Konieczny z Poznania podał trzy po− mysły, z czego dwa polegają na wykorzysta− niu “elektrolitów” o bardzo dużej pojemności. Jeden ze sposobów to dołączanie za pomocą przekaźnika obwodu żarówek do takiego kon− densatora i pomiar szybkości lub czasu zaniku napięcia. Inny to pomiar napięcia na bezpiecz− niku w czasie takiego rozładowania. Można to tak rozwiązać, ale można też nieporównanie prościej, z użyciem jednej kostki TL081. Andrzej Raźniak z Chrzanowa, który pierwszy raz wziął udział w Szkole, zastana− wiał się nad sensem wykorzystania światło− wodów współpracujących z fotoelementami. Natomiast Jan Pelczarski z Buszkowic twierdzi, że zastosował fotodiody umie− szczone wprost w lampach swojego malucha. Andrzej Chanowski z Alfredówki chce mie− rzyć sumaryczny pobór prądu za pomocą UL1980. Adam Sieńko z Suwałk przysłał schemat układu z MOSFET−ami, jednak jego idea nie spełnia do końca warunków zadania, a można ją zrealizować znacznie prościej. Na wyróżnienie w postaci podania nazwiska za− sługują też prace, które nadesłali Rafał Woj− ciechowski z Rybna, Dominik Dańda z Gło− jowic, Tomasz Olech z Zamościa i Rado− sław Hryciuk z Grabowca. Modele Oprócz prac teoretycznych oraz opisu prób i doświadczeń praktycznych, otrzymałem kil− ka lepszych i gorszych modeli. Fotografia 2 pokazuje model Zbigniewa Cipielewskiego z Suwałk. Jest to prosty czujnik kontaktrono− wy. Zbyszek przeprowadził najobszerniejsze testy. Podzielił się także swoimi przemyśle− niami związanymi z niezawodnością syste− mu. Oczywiście otrzymuje nagrodę i punkty. Fot. 2 Model Zbigniewa Cipielewskiego Tabela 1 zawiera wyniki jego eksperymen− tów z użyciem typowego dużego kontaktronu produkcji krajowej, o długości 66mm. Śre− dnica drutu cewki wynosiła 1,15mm oraz 0,65mm. Wartość prądu podano w amperach. Warto wrócić uwagę na znaczną histerezę. Dane z tabeli wskazują, że do kontroli naj− większych żarówek wystarczy cewka zawie− rająca poniżej 10 zwojów. Zgadza się to z “zeznaniami” wcześniej wspomnianych 35 Szkoła Konstruktorów kolegów, którzy również wskazują, że cewki będą mieć 5...10 zwojów, i że ich dokładną liczbę trzeba dobrać doświadczalnie. Liczba Prąd Prąd zwojów włączania wyłączania 10 12 15 20 25 30 35 40 45 50 60 80 100 120 150 200 4,1 3,8 3,3 2,57 2,22 1,93 1,75 1,61 1,49 1,33 1,01 0,78 0,61 0,50 0,42 0,32 2,7 2,2 1,76 1,46 1,15 1,02 0,92 0,85 0,79 0,79 0,52 0,41 0,32 0,26 0,23 0,17 Fotografia 3 pokazuje model, który nadesłał 15−letni Filip Rus z Zawiercia. Układ ma mie− rzyć napięcie na bezpiecznikach, wzmacniać je i porównywać z regulowanym napięciem od− niesienia wytwarzanym z pomocą kostki LM385. Przełącznik umożliwia wybranie ob− wodu do sprawdzania. Idea ogólna jest bardzo ciekawa i należy się za nią pochwała, jednak układ... nie będzie działał. Zachęcam Filipa, który często bierze udział w Szkole, do prak− tycznych prób – dopiero one wykażą rzeczywi− stą przydatność układu. W tym akurat wypad− ku nie mam jednak wcale pretensji do 15−latka, że nie przeprowadził prób; otrzyma zresztą na− grodę i punkty. Być może to rodzice nie po− zwolili młodemu kandydatowi na konstruktora “grzebać” w samochodzie. Filip wcale nie twierdzi, że testował układ w warunkach natu− ralnych. Wymyślił schemat, ale nie wziął pod uwagę jednej istotnej sprawy. Poruszymy ją niebawem w cyklu o wzmacniaczach opera− cyjnych. dnia i 5 stycznia) z pytaniami odnośnie sprawdzania. Potwierdził, że testował i że wszystko było w porządku. Jednak już na pierwszy rzut oka widać, że układ nie będzie działał. Niestety, nie jest to pierwsza taka wpadka tego autora, dlatego po raz pierwszy w historii Szkoły omawiam rzecz publicznie i informuję, że schemat trafia do rubryki “Co tu nie gra?”. A Marcina nadal zachęcam do nadsyłania układów, zwłaszcza prac do Szko− ły. Błędy są rzeczą ludzką (errare humanum est), nie będę jednak tolerował prób świado− mego wprowadzania w błąd. Fotografia 4 pokazuje oryginalny w formie model Rafała Wiśniewskiego z Brodnicy. W puszcze po paprykarzu Rafał ukrył miernik prądu ze wskaźnikiem wychyłowym. Testo− wanie polega na odczytaniu wartości prądu na mierniku. Niezbędny spadek napięcia po− wstaje na “rezystorze pomiarowym” składają− cym się z odcinka przewodu miedzianego Fot. 4 Konstrukcja Rafała Wiśniewskiego o przekroju 1mm2. Choć układ nie jest rewe− lacją, przydzielam jego autorowi upominek. Na fotografii 5 można zobaczyć układ Da− riusza Knulla z Zabrza. Jest to prosty system Fot. 5 Model Dariusza Knulla Fot. 3 Rozwiązanie Filipa Rusa Gorzej z podobnym prościutkim modelem (nie pokazuję fotografii), który nadesłał Marcin Wiązania z Gacek. Marcin napisał, że nadesłany układ testował w samochodzie PF 126P i że wyniki prób były pozytywne. Wysłałem do autora trzy e−maile (30, 31 gru− 36 z czujnikami kontaktronowymi, zrealizowa− ny wg rysunku 15. Mało brakowało, a projekt trafiłby do działu E−2000, jednak jak wcześniej wspomniałem, zastosowany najprostszy system sygnalizacji z pięcioma diodami LED ma wady. Można go jednak zmodyfikować dodając diody migające i brzęczyk piezo według wcześniej podanych wskazówek. W każdym razie Dariusz Knull za przeprowadzone testy i starannie wykonany model otrzyma jedną z głównych nagród. A oto fragmenty jego pracy: (...) chcę mieć ciągły “monitoring” świateł podczas jazdy, gdy są włączone (mogą się przepalić w trakcie działania); testowanie żarówek tylko przed włączeniem nie dałoby mi gwarancji, że po ich włączeniu (lub w momencie włączania) żadna z nich nie uległa przepaleniu. Wstawienie rezystancji szeregowej (jeżeli po− mniemy sprawę przecinania przewodów) da− je niepotrzebne straty mocy – np. rezystor o wartości 0,2Ω/5W mocno się rozgrzewa już przy kilkunastowatowej 12−woltowej żarów− ce. Można jako ten rezystor potraktować re− zystancję przewodów – główną wadą będzie jednak konieczność poprowadzenia dodatko− wych, długich przewodów, a tego należy uni− kać – samochody i tak mają ich aż nadto. Możliwy jest pomiar spadku napięcia na bez− pieczniku (sprawdzałem – kilka ... kilkaset mV). Nie sporządzam tabel ze szczegółami – zrobią to inni, “bardziej gorliwi” uczestnicy tego zadania – nie zamierzam konkurować pod względem “kto więcej przetestował prze− wodów i bezpieczników”) – po wzmocnieniu, np. wzmacniaczem operacyjnym, byłby cał− kiem przyzwoity wskaźnik, niemniej jednak nie byłoby to najtańsze rozwiązanie. (...) Za− stosowałem chyba najprostszy i najtańszy w realizacji – na kontaktronach. (...) Nie od− krywam swoim układem Ameryki, ale prze− glądając wiele czasopism elektronicznych nie spotkałem się z artykułem przedstawiającym sprawdzony praktycznie układ, który mógłby znaleźć zastosowanie w samochodzie, opiera− jący się na tej zasadzie. (...) W przypadku sa− mochodowej elektroniki wszystko musi być wykonane bardzo solidnie (odporność na wstrząsy, zmiany temperatur w szerokim za− kresie), dlatego postanowiłem “nie cieszyć się prostotą układu”, tylko skupić się na porząd− nym wykonaniu układu prototypowego tak, aby można go było w każdej chwili podłączyć / odłączyć do / od instalacji elektrycznej auta. Model wygląda niepozornie, ale jego wyko− nanie wymagało trochę “zabawy” i czasu (dobranie liczby zwojów, grubości przewo− dów, zamocowanie, rozmieszczenie elemen− tów, dobór obudowy. Zwiedziłem trzy sklepy elektroniczne zanim znalazłem odpowiednią – chodziło o to, aby można ją było zamocować niemal w każdej pozycji, aby była nieduża i przewody wyjściowe nie ulegały wyłamaniu. (...) starałem się zminimalizować ilość prze− wodów. (...) przeprowadziłem wiele prób i przekonałem się, że histereza kontaktronu nie jest tak duża, aby nie nastąpiło rozwarcie jego styków w przypadku przepalenia jednej z dwóch... trzech żarówek (nawet jeśli przepa− leniu uległa ta o najmniejszej mocy). Dlatego starannie dobrałem liczbęzwojów przewodu nawiniętego na każdym kontaktronie, aby zmniejszony przepływ prądu (na skutek prze− palenia, np. najmniejszej żarówki kierunkow− skazów) był natychmiast sygnalizowany. Do− brze wykonany układ wg tej koncepcji Elektronika dla Wszystkich Szkoła Konstruktorów gwarantuje skuteczność. (...) Nie można sobie pozwolić na zbyt cienkie przewody doprowa− dzające. Ważna jest także średnica i liczba uzwojeń owiniętych wokół kontaktronu. Po zsumowaniu mocy poszczególnych ża− rówek, optymalna liczba zwojów dla K1 i K2 wyniosła 26 (średnica przewodu: 0,25 mm, w emalii – pochodzący z uzwojenia wtórnego uszkodzonego transformatorka TS 2/xx). Licz− ba zwojów nawiniętych na kontaktronach: K3 – 5, K4 – 7, K5 – 4. Uzwojenia na K3 i K4 na− winięto odcinkiem zwykłego elektrycznego przewodu instalacyjnego (miedzianego o śre− dnicy ok. 1,5 mm), na K5 nawinięto tym samym przewodem tyle, że bez zdjętej izolacji. Należy jedynie uważać, aby nie zgnieść cienkiej, szkla− nej obudowy kontaktronu (nawijać i formować np. na gwoździu o odpowiedniej średni− cy).Wszystkie przewody wychodzące poza obu− dowę są zakończone typowymi, samochodowy− mi złączami konektorowymi. Przewód dopro− wadzający “masę” również zakończono samo− chodową końcówką, ale z otworem umożliwia− jącym jej przykręcenie. (...) Przewody przyłą− czeniowe powinny być możliwie najkrótsze; należy je dodatkowo owinąć elektryczną taśmą izolacyjną, co pozwoli uniknąć “partyzanc− kich” połączeń. Grubość przewodów, w grani− cach l ... 3mm2, musi być odpowiednia do mo− cy żarówek. Lepiej zastosować przewód za gruby niż za cienki. Obudowę układu mocuje− my (śrubkami lub wkrętami) w pobliżu wyłącz− ników (np. na bocznej ściance – np. w “Polo− nezie”: naprzeciw dźwigni zmiany biegów al− Rys. 15 Układ Dariusza Knulla Elektronika dla Wszystkich bo pod deską rozdzielczą). Układ można rozbu− dować dodając dodatkowe kontaktrony. Osob− na kontrola świateł awaryjnych jest zbędna – o ich sprawności zorientujemy się obserwując sprawność kierunkowskazów. Schemat układu i jego sposób podłączenia dotyczą wciąż popularnego Fiata 126p, ale tak samo będzie dla pojazdów z “minusem” na masie. Ponieważ poszczególne pojazdy mogą się różnić mocami żarówek, konieczne okaże się skorygowanie liczby zwojów. Uwagi końcowe Jak wynika z listów, wielu uczestników prze− prowadziło próby różnych układów. Nie za− wsze dały one oczekiwany efekt, ale przecież nie o to chodzi – w Szkole najważniejsze jest zdobywanie doświadczenia. Na sukcesy przyjdzie czas. Nagrody otrzymają: Piotr Mi− chalski ze Zgierza, Zbigniew Cipielewski z Suwałk, Dariusz Knull z Zabrza i Piotr Fi− giel z Giebułtowa. Upominki dostaną: Klau− diusz Woźniak z Wrocławia, Rafał Wi− śniewski z Brodnicy, Filip Rus z Zawiercia i Marcin Biernat z Rozalina. Aktualna punktacja podana jest w tabeli. Dodatkowe punkty dodałem stałym uczest− nikom Szkoły, Dariuszowi Knullowi i Ra− fałowi Wiśniewskiemu, których prace z rozwiązaniami zadania 45 dotarły po ter− minie (Rafał wysłał paczkę dopiero 4 lute− go). Fotografia 6 pokazuje prosty sygnali− zator Dariusza z sygnalizatorem w postaci diody LED, a fotografia 7 − układ Rafała z melodyjką. Proszę jednak o terminowe wysyłanie prac. Fot. 6 Sygnalizator suchego kwiatka D. Knulla Fot. 7 Sygnalizator suchego kwiatka R. Wiśniewskiego Pozdrawiam wszystkich uczestników i sym− patyków Szkoły. Jak zwykle zachęcam do próbowania sił w kolejnych zadaniach i ter− minowego nadsyłania prac. Wasz Instruktor Piotr Górecki 37 Szkoła Konstruktorów Co tu nie gra? Rozwiązanie zadania nr 46 W EdW 12/99 zamieszczony był schemat nade− słany jako rozwiązanie głównego zadania nr 42 – rysunek A. Oczywiście podstawowym błędem jest próba uzyskania w przedstawionym układzie różnych czasów ładowania i rozładowania kon− densatorów C2, C3. Gdyby ten schemat nadesłał 15−latek, nie zdziwiłbym się wcale. Jednak moż− na się spodziewać, że student, kandydat na kon− struktora rozumie zasady pracy obwodów RC. Ja rozumiem, że jakieś tam twierdzenia Thevenina czy Nortona wydają się zupełnie niepotrzebne do szczęścia. Rozumiem niechęć do wkuwania for− mułek. Ale praktyk musi uchwycić ich sens. I właśnie tu mamy przykład istotnej wpadki, wy− nikającej z niezrozumienia jednego z podstawo− wych praw elektrotechniki i elektroniki. Praktycznie wszystkie nadesłane odpowiedzi były poprawne. Kilku kolegów wypatrzyło jeszcze inne błędy. Wskazywano na ryzykowne włączenie brzę− czyka wprost do wyjścia generatora. Istotnie, każ− de obciążenie wyjścia zmniejsza zakres zmian na− pięcia wyjściowego. Przy zbyt silnym obciążeniu generator po prostu przestanie pracować – trzeba dodać bufor, choćby tranzystor. Niektórzy zastana− wiali się nad sensem stosowania dwóch podobnych obwodów o różnych czasach działania. Jeśli jeden z nich włączy się wcześniej, to po co drugi? W ogóle kwestionowano przydatność układu twierdząc, że nie spełnia on warunków zadania. Kilka osób oprócz odpowiedzi na pytanie zapropo− nowało poprawki i rekonstrukcję układu. W więk− szości do uzyskania różnych czasów ładowania i roz− ładowania proponowano rozwiązanie według rysun− ku D. Rzeczywiście, jest to klasyczny sposób, często nerki” i jej rezystancję dynamiczną, przez co bar− dziej rozładują się C6 i C2.) Aby zapobiec opisanej sytuacji, wystarczy dodać jeden rezystor Rr według rysunku F. Wtedy po zaniku “sieci” kondensator C6 rozładuje się szybko, a C2 wolniej przez R3. Chętni mogą się też zastanowić, czy można wyko− rzystać jeszcze prostszy układ z rysunku G. Rys. F Rys. D Rys. G Rys. A Rysunek B pokazuje baterię o napięciu U współ− pracującą z dzielnikiem R1, R3. Zgodnie z twier− dzeniem... (poszukajcie w podręcznikach) układ taki zachowuje się identycznie jak bateria o (mniejszym) napięciu U1 z dołączonym rezy− storem. Napięcie “zastępczej” baterii (U1) jest ta− kie jak napięcie między punktami A, B nieobcią− żonego dzielnika, a rezystancja Ra jest równa równoległemu połączeniu R1, R3. Przykład ten pokazuje, że książkowa wiedza nie jest wcale bezwartościowa. Trzeba ją tylko zrozumieć. Rys. B Dla tych, którzy jeszcze nie wiedzą w czym pro− blem, przygotowałem rysunek C. Mamy tu frag− ment układu z rysunku A, nieco inaczej narysowa− ny. Teraz każdy widzi, że rezystory R1, R3 tworzą dzielnik. Napięcie na wejściach bramki będzie na pewno mniejsze niż napięcie zasilające. Z opisu wynika, że wartość R1C2 musi być dużo większa niż R3C2, czyli R1>>R3. Jeśli tak, to napięcie na kondensatorze i wej− ściach bramki będzie bardzo małe (ułamek wolta) i bramka nig− dy się nie przełączy, tym bardziej, że jest to bramka z wejścia− mi Schmitta. Rys. C 38 stosowany w praktyce. Nie może on jednak być bezpośrednio zastosowany w układzie z rysunku A. Dlaczego? Na rysunku E narysowałem fragment zmodyfi− kowanego schematu, zakładając, że bateria rezer− wowa ma napięcie 9,6V. Zwróćcie uwagę, co sta− nie się z napięciem na kondensatorze C2 po zaniku napię− cia sieci. Naładowa− ny do niemal 12V kondensator C2 rozładuje się przez diodę D4 lub we− wnętrzne obwody zabezpieczające bramki ... tylko do napięcia 9,6V. A i to pod warunkiem, że po zaniku “sieci” napięcie na C8 spa− dnie do 9V. Czy jednak C2 w ogóle się rozładuje? Ponieważ w stanie spoczynku układ nie pobiera prądu, po za− niku “sieci” napięcie na C8 nie spadnie. Jeśli “zener− ka” D3 przestanie przewodzić, to i napięcie na C6 nie spadnie. Kondensatory C6, C8 i C2 nie będą się miały jak rozładować. Będą przez długi czas pozo− stawać pod napięciem, rozładowując się jedynie własnymi maleńkimi prądami upływu. (Ściślej bio− rąc, trzeba byłoby uwzględnić charakterystykę “ze− Rys. E Nagrody za prawidłowe odpowiedzi otrzymują: Fryderyk Meisler − Wrocław, Czesław Szutowicz − Włocławek, Rafał Wojciechowski − Rybno. Zadanie nr 50 Na rysunku H przedstawiono dwa rysunki: schemat układu “sygnalizatora przepalenia ża− rówek” i sposób jego podłączenia w samocho− dzie. Niestety, układ nie będzie działał. Zadanie tym razem polega na podaniu przyczyny bądź przyczyn takiego stanu rzeczy. Odpowiedzcie więc na pytanie: Co tu nie gra? Przypuszczam, że znajdziecie więcej niż jedną usterkę. Spodziewam się, jak zwykle, wielu odpowiedzi, dlatego serdecznie pro− szę, żeby były one możliwie krótkie. Kto chce, może zaproponować modyfikację schematu, by usunąć zauważone usterki. To zadanie dodatkowe, tylko dla ochotników. Odpowiedzi nadsyłajcie w terminie 45 dni od ukazania się pisma. Nie zapomnijcie dopisać na kopercie lub kartce “Nie gra 50”. Bardzo mi to ułatwi segregację szkolnych prac. Elektronika dla Wszystkich
