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Automazione
Temporizzatore
universale con
uscita a relé
attivabile sia in
modo ciclico,
sia a singolo
impulso, con
durata degli
intervalli ON
e OFF
impostabile fra
1 secondo
e 60 ore.
TIMER PROGRAMMABILE
DA 1 SECONDO A 60 ORE
di FRANCESCO DONI
Q
uando dobbiamo
comandare un
utilizzatore elettrico a
tempo, possiamo fare
ricorso a due tipi di
dispositivo temporizzatore: quello one-shot e
quello ciclico; la differenza tra i due è nel
fatto che il primo attiva
per un certo periodo
e poi rimette il carico
a riposo, mentre il secondo può ripetere
periodicamente
la sequenza
di attivazione, ovvero
accendere l’utilizzatore per un periodo ben
preciso intervallato da
una pausa, anch’essa
ben definita. Il tutto
all’infinito, ovvero
dall’accensione allo
spegnimento o dalla ricezione del comando di
avvio a quando arriva
l’eventuale comando di
arresto della sequenza.
Sovente, in queste
pagine avete trovato dei
progetti di timer di vario genere, ma praticamente tutti sono stati
del tipo a singolo
impulso (one-shot)
o semplice temporizzazione, ovvero dispositivi in grado di accendere
il carico una sola volta,
partendo con l’attivazione o con una pausa,
dietro comando di un
livello di tensione o di
un pulsante.
In queste pagine vogliamo ora proporvi un
timer bimodale, capace,
cioè, di lavorare in due
modi: nel primo comanda un utilizzatore
per un certo intervallo,
subito o dopo una pausa, mentre nel secondo
attiva ciclicamente l’utilizzatore. Il comando
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[schema ELETTRICO]
avviene mediante un relé di cui il
circuito è dotato, che può alimentare l’utilizzatore o togliergli
tensione, in base al collegamento
prescelto e alla configurazione
circuitale.
Dunque, quello qui proposto è
un timer universale con ampia
gamma di temporizzazione, nel
quale, per ciascuna modalità,
possiamo definire distintamente
il tempo di attivazione e quello
di pausa, da 1 secondo a 60 ore;
l’impostazione si effettua assai
facilmente mediante due trimmer (RV1 permette di definire la
durata della pausa ed RV2 quella
dell’attivazione) e due terne
di jumper. Il circuito diventa
operativo non appena alimentato,
quindi non necessita di comando
esterno.
Nella modalità one-shot, si può
optare per due funzioni: nella
prima il timer parte con l’utilizzatore attivo e si spegne una
volta esaurito il tempo di attivazione impostato; nella seconda, il
circuito osserva la pausa impostata e poi attiva l’utilizzatore,
che si spegne dopo lo scadere del
tempo definito per l’attivazione.
Nel modo ciclico, il timer, da
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Novembre 2012 ~ Elettronica In
quando viene acceso a quando
è privato dell’alimentazione,
alterna ciclicamente periodi di
attivazione e di riposo del relé
d’uscita; anche in questa modalità è possibile stabilire se all’avvio
della sequenza il relé debba partire attivato o essere a riposo.
I modi di funzionamento si impostano con due semplici jumper.
SCHEMA ELETTRICO
Detto ciò, diamo uno sguardo al
circuito riferendoci allo schema
elettrico che lo descrive: tutto è
reso molto semplice dall’adozione di un microcontrollore
Microchip PIC16F676, incapsulato in case dip a 7+7 piedini e
basato su architettura RISC ad 8
bit con memoria di programma
di tipo Flash. Per come è programmato, all’accensione, dopo il
power-on-reset, il micro inizializza i propri I/O impostando RA1
ed RA0 come input assegnati
all’A/D converter ed RA2 come
output dedicato al controllo del
relé. Le linee RA4 ed RA5 vengono inizializzate come ingressi
con pull-up interno dedicati alla
lettura dei jumper di impostazione del modo di funzionamento,
mentre gli I/O del registro RC
sono inizializzati tutti come
input senza pull-up, che vengono impiegati dal firmware per
leggere i jumper con cui, in fase
di impostazione del tempo, si
definisce se il rispettivo trimmer
sta impostando ore, minuti o
secondi. Per la precisione, i jumper SK3, SK5, SK7 riguardano la
definizione di, rispettivamente,
secondi, minuti e ore della pausa
(associati al trimmer RV1) mentre
SK4, SK6, SK8 fanno impostare
ad RV2 rispettivamente i secondi, i minuti e le ore di durata
dell’impulso.
Il pull-up delle linee RC0, RC1,
RC2, RC3, RC4, RC5 è affidato
a una rete resistiva 8x1 (otto
resistori con terminale in comune) perché non può essere
implementato internamente nel
registro RC. Completata l’inizializzazione, gira il main-program,
che prevede la verifica ciclica
dello stato delle linee di input
RA1, RA0, RC0, RC1, RC2, RC3,
RC4, RC5; più esattamente, il
firmware verifica l’impostazione
dei jumper SK9 e dell’SK10 per
decidere quale modo di temporizzazione eseguire. Se SK9 viene
trovato aperto, il timer funziona
a singolo impulso, ossia esegue
un solo ciclo, mentre se il jumper
è chiuso la temporizzazione si
ripete ciclicamente fin quando
il circuito non viene privato
dell’alimentazione.
Quanto all’SK10, se è aperto il timer parte dalla pausa e poi attiva
il relé, mentre se SK10 è chiuso si
parte con il ciclo di attivazione e
poi segue la pausa.
In ogni istante è possibile modificare i tempi assegnati a pausa ed
impulso, utilizzando a proposito
il trimmer corrispondente; a
tal proposito va detto che per
limitare il numero di trimmer e
l’ingombro sul circuito stampato, nel temporizzatore si è fatto
ricorso ad uno stratagemma:
ciascuno dei trimmer imposta
ore, minuti e secondi del periodo cui è abbinato, ma uno solo
alla volta. In pratica, il trimmer
definisce il tempo corrispondente,
di volta in volta, al jumper che
risulta chiuso; la corrispondenza
è RV1 con SK3, SK5, SK7 ed RV2
con SK4, SK6, SK8. Notate che
ciascun trimmer regola in senso
orario, intendendo con ciò che il
cursore tutto a sinistra corrisponde al minimo tempo mentre tutto
ruotato in senso orario imposta il
massimo.
Per impostare la durata della
pausa usiamo RV1: chiudendo SK3 la posizione assunta
dal cursore definisce i secondi,
facendo con altrettanto con SK5
chiuso impostiamo i minuti e
per definire le ore chiudiamo
SK7. Il cursore tutto ruotato in
senso antiorario corrisponde
al minimo (1) mentre quando
è all’estremo opposto coincide
con il massimo (60); metà corsa
vale 30 secondi, minuti, ore, 1/3
di corsa dall’estremo di sinistra
corrisponde a 20 secondi, minuti
o ore, e due terzi di corsa in senso orario impostano 40 secondi,
minuti, ore.
Ad esempio, se vogliamo impostare una durata della pausa
di 1 ora, 30 minuti e 30 secondi
dobbiamo chiudere SK7 e ruotare
il cursore del trimmer tutto in
senso antiorario, quindi aprire
SK7 e chiudere SK5, mettendo
a metà corsa il cursore dell’RV1,
poi aprire SK5, chiudere SK7 e
ruotare di nuovo a metà corsa
il cursore del trimmer. Fatto ciò
bisogna rimuovere il ponticello
anche da SK3 e lasciare SK3, SK5
ed SK7 aperti.
L’impostazione della durata
della pausa è analoga: si chiude
SK4 e si ruota il cursore dell’RV2
nella posizione corrispondente
ai secondi desiderati, quindi si
apre SK4 e si chiude SK6 posizionando il cursore per i minuti,
infine si apre SK6 e si chiude SK8
ruotando il cursore nella posizione relativa alle ore desiderate.
Per completare l’impostazione
si apre SK8 e si lasciano aperti,
chiaramente, anche SK4 ed SK6.
La figura nella pagina seguente
esemplifica l’impostazione dei
tempi di pausa ed impulso e
dei modi di funzionamento del
circuito.
Dopo aver modificato le impostazioni dei tempi, per rendere
effettivamente utilizzabili le
modifiche è conveniente sconnettere il circuito dall’alimentazione,
attendere una ventina di secondi,
quindi rialimentarlo.
Chiudiamo la descrizione dello
schema elettrico con lo stadio di
uscita e il blocco alimentatore:
come detto, l’uscita del circuito
è a relé, ovvero impiega un relé
a singolo scambio con bobina a
12 volt, pilotato dalla linea RA2
del microcontrollore mediante il
transistor T1, il quale funge da
amplificatore di corrente o, se
preferite, da interruttore statico.
Ogni volta che RY1 deve chiudere il proprio scambio tra C ed NO,
il piedino 11 del PIC16F676 si
[piano di MONTAGGIO]
Elenco Componenti:
R1: 33 ohm
R2: 330 ohm
RA1: Rete resistiva
8x47kohm + C
RV1: Trimmer
4,7 kohm MO
RV2: Trimmer
4,7 kohm MO
C1: 220 µF
16 VL elettrolitico
C2: 100 nF multistrato
C3: 100 nF multistrato
C4: 100 nF multistrato
C5: 100 nF multistrato
C6: 100 nF multistrato
C7: 100 nF multistrato
D1: 1N4007
D2: 1N4007
IC1: PIC16F676-I/P
(VMK188)
VR1: 7805
LD1: LED 3 mm rosso
T1: BD139
RY1: Relé 12V
VR17V121C
Varie:
- Morsetto 2 poli
- Morsetto 3 poli
- Zoccolo 7+7
- Pin strip maschio
2 poli (8 pz.)
- Jumper (4 pz.)
- Circuito stampato
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porta ad 1 logico polarizzando la
base del transistor NPN mediante la resistenza R2, la quale ha la
duplice funzione di limitatore
della corrente di base del T1 e
della corrente diretta del LED
LD1, il quale nel circuito ci serve
ad indicare visivamente quando
il relé è attivato.
Notate la resistenza R1, indispensabile per poter mantenere
elevato il potenziale di base del
transistor quanto basta a consentire l’accensione del LED, il
quale, essendo rosso, richiede
una tensione anodo-catodo di
almeno 1,8 volt; se l’emettitore
del T1 finisse direttamente a
massa, l’NPN andrebbe comun-
que in conduzione ma, siccome
la tensione Vbe di un transistor
al silicio è tipicamente di 0,6÷0,7
volt, la caduta non basterebbe
ad accendere il LED. Inserendo
R1, la somma della Vbe del T1 e
della caduta di tensione sulla R1
determinano gli 1,8 volt richiesti
dall’LD1 per illuminarsi. Quando
la base viene polarizzata, il collettore del T1 è sede di una corrente
abbastanza elevata da eccitare la
bobina del relé e di conseguenza
far scattare l’equipaggio mobile;
invece quando la linea RA2 del
microcontrollore torna a zero logico, T1 è interdetto, LD1 spento
e il relé a riposo.
Notate il diodo D2, che è stato
Le impostazioni
Ecco come si configura il timer per le varie modalità di funzionamento
e in che modo si impostano le durate di impulso e pausa: SK9 imposta
la modalità single-shot o ciclica, mentre con SK10 è possibile decidere
se il timer deve partire con il relé eccitato o a riposo. I trimmer impostano
ore, minuti e secondi (uno dell’impulso di attivazione del relé e l’altro
della pausa di riposo) in base a qual è al momento il jumper chiuso.
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Novembre 2012 ~ Elettronica In
inserito per proteggere la giunzione base-collettore del transistor quando questo va in interdizione; infatti in questa situazione
la bobina del relé, come tutte le
induttanze, reagisce alla brusca interruzione della corrente
generando un’extratensione di
polarità opposta a quella ricevuta
fino all’istante precedente, che se
non soppressa danneggerebbe la
giunzione base-collettore del T1.
Concludiamo l’analisi dello
schema elettrico descrivendo il
blocco alimentatore; il circuito
può essere alimentato a tensione
indifferentemente continua o
alternata: nel primo caso bisogna
applicare 12÷14 Vcc prelevati da
un alimentatore anche non stabilizzato o da una batteria, mentre
nel secondo bisogna fornire al
massimo 11 Vca efficaci.
Usando l’alimentazione continua,
il diodo D1 protegge il circuito
dall’inversione di polarità, mentre nel caso si opti per l’alternata,
lo stesso diodo raddrizza (il raddrizzamento è a singola semionda) la tensione eliminando le
semionde con polarità negativa
e l’elettrolitico C1 filtra la componente pulsante che ne deriva,
rendendola continua.
In tutti i casi, la componente ai
capi dei condensatori C1 e C2
(quest’ultimo serve a filtrare
eventuali picchi di tensione e
disturbi impulsivi introdottisi
sulla linea di alimentazione) entra nel regolatore integrato VR1
(un comune 7805) che ne ricava
5 volt perfettamente stabilizzati
con i quali fa funzionare la logica,
quindi il microcontrollore IC1.
Notate che si può alimentare
il circuito anche con 24 Vcc: in
questo caso, tuttavia, occorre
impiegare un relé con bobina
compatibile con tale tensione.
REALIZZAZIONE PRATICA
Ora che abbiamo spiegato com’è
I collegamenti
fatto e in che modo funziona
il nostro timer, non ci resta
che spendere due parole sulla
costruzione, che si svolge come
al solito partendo da un circuito
stampato (in questo caso di tipo
monofaccia) del quale trovate la
traccia lato rame nel nostro sito
web www.elettronicain.it.
Una volta scaricato il file e stampata la traccia su carta da lucido
o acetato, si può procedere con
la fotoincisione; la pellicola
sarà la traccia stampata. Una
volta incisa e forata, la basetta è
pronta ad ospitare i componenti,
che monterete a partire da quelli
a più basso profilo (resistenze,
zoccolo per il microcontrollore e
diodi al silicio) per poi procedere con i trimmer, la rete resistiva
(per l’orientamento fate attenzione al punto che indica il piedino
1) i condensatori (prima quelli
non polarizzati) ed i jumper;
questi ultimi dovete realizzarli
con dei gruppi di pin-strip a
passo 2,54 mm inseriti e saldati
nei rispettivi fori, mentre per
chiuderli durante le impostazioni vi basta applicare alle punte
i tradizionali “cap” a passo 2,54
mm.
Proseguite il montaggio inserendo il LED e il transistor BD139,
quindi il regolatore integrato
7805, che va disposto con la
parte metallica rivolta a LD1 (lo
smusso di quest’ultimo deve
invece guardare verso i jumper SK9 ed SK10). Per ultimo
montate il relé; non dimenticate
di realizzare il ponte vicino al
T1, utilizzando allo scopo uno
spezzone tagliato dal terminale
di una resistenza o condensatore.
Per le connessioni con l’utilizzatore e l’alimentazione, montate
delle morsettiere da c.s. a passo
5 mm nelle piazzole corrispondenti. Per il corretto posizionamento di tutti i componenti fate
riferimento al piano di montag-
Cablaggio dell’impianto per
accendere e spegnere a tempo
una o più lampadine: ad esempio
quelle di un atrio o di una scala.
gio che vedete in queste pagine.
Terminate le saldature e accertato che sia tutto a posto, potete
inserire nel rispettivo zoccolo il
microcontrollore già programmato con l’apposito software.
A questo punto siete pronti per
installare il vostro timer e impostarlo perché esegua le temporizzazioni desiderate. Ricordate
che il circuito va alimentato con
una tensione compresa tra 12 e
24 Vcc e richiede una corrente di
circa 100 mA; con il relé attuale,
l’uscita può commutare utilizzatori che assorbono fino a 16 A su
una tensione di 230 Vca.
Nell’installare il temporizzatore
in impianti sottoposti alla tensione di rete, ricordiamo di prestare
la massima attenzione perché un
errore può costare guasti o addirittura la folgorazione; pertanto
lavorate sempre dopo aver tolto
l’alimentazione all’impianto
(agite sull’apposito sezionatore
di rete nel quadro elettrico del
locale) e ricontrollate più volte le
connessioni una volta fatto il cablaggio. Curate particolarmente
l’isolamento del circuito stampato, le cui piste, una volta in
tensione, saranno sottoposte ai
230 Vca; il nostro consiglio è di
racchiudere il timer in un contenitore plastico che avrete avuto
cura di forare per rendere acces-
sibili i trimmer e per far entrare
i cavi di alimentazione ed uscire
quelli diretti al carico. Può anche
essere sufficiente racchiudere il
timer in una scatola ad incasso
standard tipo Living Ticino,
Ave Sistema 45, Vimar Idea e
simili, perché le dimensioni del
circuito stampato lo permettono;
completato il cablaggio, potete
montare la placca di sostegno
e quella esterna, del tipo e del
colore che vi aggradano.
g
per il MATERIALE
Tutti i componenti utilizzati in questo
progetto sono di facile reperibilità
mentre il master del circuito stampato può essere scaricato dal sito
della rivista. Il timer programmabile
- di produzione Velleman - è anche
disponibile in scatola di montaggiio (cod. MK188) al prezzo di 18,00
Euro IVA compresa. Il kit comprende
il circuito stampato forato e serigrafato, tutti i componenti elettronici e
le minuterie. Non è compreso l’alimentatore.
Il materiale va richiesto a:
Futura Elettronica, Via Adige 11,
21013 Gallarate (VA)
Tel: 0331-799775 • Fax: 0331-792287
http://www.futurashop.it
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