Автомат подачи звонков

Во многих учебных заведениях возникает проблема программной подачи звонков. В большинстве случаев звонки подают вручную, что создает определенные неудобства и не обеспечивает необходимой точности. Были созданы различные устройства для программной подачи звонков с помощью механических контактных систем, которые не получили распространения из-за громоздкости и низкой надежности.

В настоящей статье дано описание несложного автомата, который позволяет подавать звонки по любому расписанию и любой продолжительности. Он выполнен на широко распространенной серии микросхем ТТЛ, несложен в изготовлении и не нуждается в наладке. Программа подачи звонков закладывается в ПЗУ при помощи программатора и может быть изменена заменой ПЗУ, которое устанавливается в автомат на разъеме. Автомат обеспечивает индикацию текущего времени.

Устройство состоит из генератора тактовых секундных импульсов, трех одинаковых блоков установки времени и. блока выбора программ. Генератор тактовых секундных импульсов в статье не рассматривается и может быть выполнен по одной из известных схем, например с использованием микросхемы К176ИЕ12, которая применяется в электронных цифровых часах.

Принципиальная схема блока установки времени приведена на рис. 1. Тактовые импульсы подаются на вход блока Bxl и через замкнутые контакты кнопки SB1 на вход двухразрядного десятичного счетчика, собранного на микросхемах DD1 и DD2.

Двоично-десятичный код с выходов счетчика поступает на дешифраторы DD3 и DD4, которые управляют цифровыми индикаторами текущего времени HG1 (единицы времени) и HG2 (десятки единиц времени). Первый блок установки времени является блоком секунд, второй— блоком минут, а третий — блоком часов. Двоично-десятичный код с выходов счетчиков поступает также на адресные входы ПЗУ DD5. ПЗУ блоков секунд и минут пользователь программирует таким образом, чтобы после двоичной комбинации числа 60 на выходе Q4 появлялся единичный уровень.

Такой же уровень должен появляться , на выходе Q4 ПЗУ блока часов после двоичной комбинации числа 24. Эти уровни через замкнутые контакты кнопки SB2 подаются на входы установки нуля счетчиков, а через инвертор DD6 — на вход следующего блока установки времени. ПЗУ каждого блока пользователь программируют на три разные программы подачи звонков, например обычное,, субботнее и каникулярное. Если, например, по первой программе звонки продолжительностью 5 с должны подаваться в 9.00, 9.45 и т. Д., то ПЗУ блоков программирует так, чтобы на выходах Q1 единичные уровни появлялись при следующих адресах: в ПЗУ блока часов—-00001001, в ПЗУ блока минут — 00000000 и 01000101, в ПЗУ блока секунд — 00000000, 00000001, 00000010, 00000011 и 00000100. Здесь младшему двоичному разряду соответствует шина А0 ПЗУ.

Для установки текущего времени служит кнопка SВ1, при нажатии на которую на вход счетчика могут быть "поданы тактовые секундные импульсы. Поэтому в. блоке секунд эта кнопка отсутствует, а вход Bxl может быть непосредственно соединен с входом С1 счетчика. Для установки текущего времени на нуль служит кнопка SB2. Инвертор DD6 устанавливают только в блоки секунд и минут.

Вместо газоразрядных можно использовать и другие индикаторы, например семисегментные светодиодные индикаторы, одновременно заменив дешифраторы. Для упрощения схемы автомата из блоков установки времени Можно изъять дешифраторы и индикаторы времени, так как на работу, автомата они не влияют, но тогда будет затруднен контроль за текущим временем и усложнена коррекция текущего времени.

Программирование ПЗУ производят с помощью программатора, собранного, например, по схеме, помещенной в журнале Радио (19.87, № 4, с. 17—18).

Блок выборки программ (рис. 2) содержит схемы совпадений, обеспечивающие подачу звонка только в том случае, если при данной программе на выходах всех трех ПЗУ присутствует единичный уровень. Выбор той или иной программы производится, подачей нулевого уровня на входы инверторов DD9, с выхода одного из которых разрешающий единичный уровень подается на одну из схем совпадений DD7.1, DD7.2 или DD8..1, реализуя выбранную программу. В связи с тем что полезный сигнал на выходах схем совпадений имеет нуле-. вой уровень, суммирование выполняется еще одной схемой совпадений DD8.2. Единичный уровень с ее выхода поступает на ключ, собранный на транзисторе VT1, в цепь коллектора которого включена обмотка реле К1, контакты которого включают звонок. Напряжение U и тип реле выбирают, исходя из допустимого тока, проходящего через контакты реле, который должен быть больше тока, потребляемого звонками.

Схема соединения блоков (рис. 3) обеспечивает необходимую логику работы устройства.

Переключатель световых эффектов

Этот автомат предназначен для переключения елочных гирлянд и создания различных вариантов бегущих огней. Его можно, использовать также для коммутации световых панно для дискотеки. Световые эффекты— непременные атрибуты современной школьной, дискотеки, и, если она проводится в небольшом помещении или в классе, предлагаемое устройство может оказаться весьма полезным. Автомат безопасен в работе, так как "в качестве нагрузки в нем использованы низковольтные лампы накаливания типа МН26 ВХ0.12 А, питание которых осуществляется через понижающий трансформатор.

Все лампы объединены в четыре группы (гирлянды) по 16 штук в каждой группе. Бегущий огонь можно создавать как по группам ламп, так и в каждой группе. Скорость распространения огней можно регулировать в широких пределах. Во избежание однообразия световые эффекты меняются автоматически. Вместе с тем, предусмотрена фиксация любого из них, остановка переключения ламп, а также работа автомата не на четыре гирлянды, а только на одну. Выходная цепь устройства является универсальной: она может быть собрана как на симисторах, так и на тиристорах или даже на транзисторах.

Принципиальная схема переключателя с использованием симисторов приведена на рис. 1 и 2. Автомат содержит генератор импульсов на транзисторах VT1 — VT3, управляемый сдвиговый регистр на микросхемах DD1—DD2, управляющий сдвиговый регистр на микросхемах DD5 — DD6, узел управления, собранный на микросхеме DD3, делитель частоты на четыре на микросхеме DD4, узел смены направления переключения (микросхема DD7.1, транзистор VT5, реле К1, КЗ), узел перехода с одиночного переключения на групповое (микросхема DD7.2, транзистор VT6, реле К2, К4 — Кб), буферные ключи (транзисторы VT7—VT10) и тиристорные коммутаторы (симисторы VS1 —VS4).

Принцип работы переключателя основан на управлении временем открытого состояния симисторов, а значит, и временем горения подключенных к ним ламп. Управление симисторами -осуществляется сдвиговым регистром на микросхемах DD1, DD2 через буферные ключи на транзисторах VT7 — VT10.

Время переключения сдвигового регистра на микросхемах DD1, DD2 определяет частота входных импульсов, поступающих с коллектора транзистора VT3. Частоту Импульсов можно регулировать в пределах 0,5... 5 Гц с помощью переменного резистора R3. Для автоматической смены световых эффектов сдвиговый регистр на микросхемах DD5, DD6 в свою очередь управляет регистром на микросхемах DD1, DD2 Рассмотрим, как это происходит.

В момент после включения устройства в сеть конденсатор С7 разряжен и на выгоде 10 элемента DD3.4 напряжение равно 0. С выхода элемента DD3.4 уровень логической 1 постутет на базу транзистора VT4, отпирая его. При этой триггеры микросхем DD1, DD2, DD4 — DD6, за включением триггеров DD1.1 и DD5.1, устанавлишются в состояние 1.

Уровень логической 1 с выхода триггера DD1.1 отпирает транзистор VT7, и в цепи управляющего-электрода симистора VS1 появляется отшрающий его ток. При. этом зажигается индикаторная лампа HL1, в подключенной к разъему XS1 гирлянде загораются лампы HL5, HL9, HL13, HL17. Аналогично загораются лампы и в других гирляндах, подключенных к разъемам XS2 —XS4.

Триггеры микросхемы DD7 при включении устройства могут устанавливаться в произзольное состояние. Для объяснения работы переключателя предположим, что они установились в 0.

По мере зарядки конденсатора С7 напряжение на выводе 10 элемента DD3.4 достигает уровня логической 1, и транзистор VT4 закрывается, разрешая переключение управляемого регистра тактовыми импульсами с генератора на транзисторах VT1— VT3. Регистр построен на основе D-триггеров, тактовые входы С которых объединены. При поступлений на входы С положительных импульсов триггеры устанавливаются в такие логические состояния, которые присутствовали на их информационных входах D до поступления тактовых импульсов.

С помощью узла управления на микросхеме DD3 осуществляется соединение входа D триггера DDL 1 или с инверсным выходом триггера DD2.2, или с его прямым выходом. В исходном состоянии на выводе 1 элемента ДД3.1 находится уровень логического 0, а на выводе 4 элемента ДД3.2 — уровень логической 1. При этом, пока не изменится состояние триггера DD5.1, на входе D триггера DD1.1 будет присутствовать такой же уровень, как и на инверсном выходе триггера DD2.2.

В результате с поступлением на вход управляемого регистра тактовых импульсов, триггеры микросхем DD1, DD2 поочередно устанавливаются в 1, а затем в 0. С приходом восьмого импульса триггеры установятся в исходное состояние. При их переключении также поочередно открываются и затем закрываются симисторы VS1— VS4, коммутируя подключенные к ним лампы гирлянд..

Такой режим работы переключателя будет повторен четыре раза, тока с выхода- делителя (вывод 8 триггера DD4.2) на вход управляющего сдвигового регистра не поступит положительный перепад напряжения.

При этом триггер DD5.1 переключится в состояние. 0, а триггер DD5.2 — в состояние 1. Теперь уровень 0 на выводе 4 элемента DD3.2 приводит к появлению уровня 1 на выводе 12 элемента DD3.3 и соединению входа D триггера DD1.1 через элементы DD3.1 и DD3.3 с прямым выходом триггера DD2.2. Тем самым формируется бегущий огонь из одиночных ламп, так как после каждого тактового импульса, поступающего на управляемый регистр, на его выходах будет сдвигаться уровень логической 1, приводящий к поочередному отпиранию одного из симисторов VS1 — VS4.

Далее после 16 тактовых импульсов триггер DD5.2 устанавливается в 0, а триггер DD6.1 переводится в Т. Отрицательный перепад напряжения с его инверсного выхода, продифференцированный цепочкой C4R8, переводит триггер DD1.2 в состояние 1, и на выходах управляемого регистра будет сдвигаться сразу два единичных уровня. Создается эффект перемещения огней парами.

После прихода 15 тактовых импульсов в состояние 1 перейдет триггер DD6.2, а триггер DD6.1 вернется в состояние логического 0. Отрицательный перепад с вывода 8 триггера DD6.2, продифференцированный цепочкой C5R10, установит и третий триггер, управляемого регистра в 1. В результате создается эффект перемещения трех светящихся.ламп в каждой четверке или иначе — бегущие тени.

Через 16 тактовых импульсов управляющий регистр вернется в исходное состояние, т. е. триггер DD6.2 установится в состояние 0, а триггер DD5.1—в 1. При этом отрицательный перепад напряжения с вывода 6 триггера DD5.1, продифференцированный цепочкой C6R12 и проинвертированный элементом DD3.4, откроет транзистор VT4, и управляемый регистр также будет установлен в исходное состояние.

-Одновременно положительный перепад с вывода 8 триггера DD6.2 переведет триггер DD7.1 в состояние 1. Транзистор VT5 откроется, и сработает включенное в его коллекторную цепь малогабаритное реле К1, которое своими контактами К1.1 замкнет цепь питания более мощного реле КЗ. Реле КЗ, сработав, переключит управляющие электроды симисторов. При этом вышеописанные световые эффекты будут повторены в обратном направлении.

При переключении триггера DD7.2 сработает реле К2, замыкающее цепь питание реле К4 — Кб. Реле К4 — Кб подключат все лампы- первой гирлянды к симистору VS1, второй гирлянды — к VS2, третьей — к VS3 и четвертой — к VS4. В результате эффекты, задаваемые управляемым регистром, будут создаваться не отдельными лампами, а целиком гирляндами.

При необходимости можно использовать работу переключателя только на одну гирлянду, например в случае украшения едки гирляндой, расположенной вокруг нее по спирали. В этом случае тумблером SA2 разрывают Цепь питания. реле ,К4 — Кб, а гирлянду включают в любой из разъемов XS1 —XS4.

Для предотвращения сбоев в работе переключателя от помех при срабатывании реле и коммутации ими гирлянд служат диоды VD1 —VD5. и резистор R15. При их отсутствии в управляющем регистре от помех может возникнуть ситуация, когда все его триггеры установятся в состояние 0. Тогда переключатель заблокируется на каком-нибудь одном эффекте и дальнейшее переключение эффектов станет невозможным. Диоды VD1 — VD5 и резистор R15 обеспечивают мгновенное возвращение переключателя в исходное положение в случае такой ситуации. При необходимости это можно сделать и вручную, нажав кнопку SB2 Сброс.

Для блокировки наиболее понравившегося светового, эффекта или просто для его задержки нажимают кнопку SB3 Блокировка.

Кнопка SB1 Стоп служит для остановки световой картины. Ее контакты замыкают базу транзистора VII с общим проводом, прекращая тем самым генерирование мультивибратором тактовых импульсов.

Для включения переключателя световых эффектов в сеть служит трехпозиционный тумблер SA1. Его нижнее по схеме положение используется для включения автомата в работу, а верхнее — для включения гирлянд на постоянное горение. При этом контакты SA1.1 снимают питание с реле КЗ — Кб и подключают к общему проводу диоды VD6 — VD9, которые шунтируют транзисторы VT7 — VT10 и создают отпирающие токи в цепях управляющих электродов симисторов.

Большинство элементов схемы переключателя размещено на печатной плате из одностороннего фольги-рованного стеклотекстолита. Эскиз печатной платы и схемы размещения деталей на ней показаны на рис. 3.

Конденсаторы С8 и С9 служат для повышения помехоустойчивости устройства, их припаивают непосредственно к выводам питания микросхем DD1 и DD7 со стороны печатных проводников. В качестве реле К1, К2 использованы малогабаритные реле РЭС-15 (паспорт РС4.591.О01):- Реле КЗ — Кб типа РЭС-22 (паспорт РФ4.500.131).

Сетевой трансформатор выполнен на магнитопроводе Ш1-30аХ50 (старое обозначание УШ30Х50). Сетевая обмотка содержит 600 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,55 мм. Обмотки II и III — по 60 витков каждая. Обмотка II намотана двумя проводами диаметром 1,5 и 0,96 мм, обмотка III — диаметром 0,55 мм. Стабилитрон Д815А следует подобрать таким, чтобы напряжение стабилизации находилось в пределах от 4,75. до 5,25 В при полной нагрузке.

В качестве разъемов XS1 — XS4 применены стандартные гнездовые разъемы от бытовой .радиоаппаратуры. Вместо ламп типа МН26 ВХ0Д2 А в гирляндах могут быть использованы лампы типа МН6,3 ВХ0,3 А. Схема их соединения показана на рис. 4. В качестве индикаторных используются коммутаторные лампы КМ24 ВХ 0,1 А, однако можно использовать лампы МН26 ВХ0,12 А или типа СМ-37.

Вместо симисторов в переключателе можно применить тиристоры КУ201, КУ202, Д235, Д238 или мощные! транзисторы П210, ГТ806, П217, П4. В этих случаях обмотки II и III сетевого трансформатора наматываются одинаковым проводом диаметром 1,6...1,8 мм. Схема включения тиристоров показана на рис. 5.

При использовании транзисторов применяется также схема, показанная на рис. 5. Коллекторы транзисторов соединены с корпусом, базы подключены вместо управляющих электродов тиристоров, а к эмиттерам подключена нагрузка. В этом случае диод VD13 из схемы можно исключить, а индикаторные лампы следует выбрать с номинальным током не более 50 мА во избежание перегрузки транзисторов буферных каскадов. Резисторы R25— R28 при этом должны иметь сопротивление 200 Ом каждый. Аноды диодов VD6.— VD9 соединяют с коллекторами транзисторов VT7 — VT10. Индикаторные лампы при тиристорной схеме должны быть рассчитаны на ток 100... 120лмА, чтобы их внутреннее, сопротивление было в два-три раза, меньше сопротивлений резисторов R25—R28.