Il principio di funzionamento e i tipi di relè temporali

Per la commutazione dei circuiti elettrici al fine di implementare l'algoritmo operativo dell'apparecchiatura, negli schemi di automazione e semplicemente per l'accensione o lo spegnimento con un ritardo, vengono spesso utilizzati relè temporizzati... I relè temporizzati possono essere posizionati sia sulla base di elementi elettronici e di elettromeccanico. In questo articolo parleremo dei circuiti temporizzati elettronici che sono molto diffusi nell'industria odierna.

Prima di tutto, devi capire che il relè temporale crea un certo ritardo per il funzionamento dei dispositivi di commutazione diretta, che possono essere sia elettronici che meccanici. Ma il circuito del temporizzatore stesso è un tale timer elettronico.

Nella sua forma più semplice, per impostare il ritardo, utilizzare un circuito RC, dove nel processo di carica o scarica di un condensatore attraverso un resistore, la tensione in esso cambia esponenzialmente nel tempo e un certo circuito RC ha una certa costante di tempo che dipende dai valori del resistore e del condensatore in esso contenuti.

Maggiore è la capacità del condensatore del circuito e maggiore è la resistenza del resistore, più lungo è il processo di carica o scarica del condensatore, quindi più a lungo aumenta o diminuisce la tensione del condensatore.

In pratica, il ritardo una tantum utilizzando un circuito RC è limitato a 30 secondi, ciò è dovuto alla resistenza finale del circuito stampato, ma questa limitazione non si applica ai relè del microcontrollore, di cui parleremo più avanti.

Per non essere limitati dal tempo di una singola transizione nel circuito RC, è necessario complicare in una certa misura il principio dell'organizzazione del ritardo, per rendere il relè multiciclo, vale a dire trasformare il circuito RC in un generatore RC e quindi contare gli impulsi dal generatore e la durata dell'impulso sarà nuovamente impostata su un tempo costante del circuito RC nel generatore. In questo modo, la durata del ritardo nel relè temporizzato può essere notevolmente aumentata.

Un risultato più accurato e una maggiore stabilità permetteranno di ottenere un oscillatore non di un circuito RC, ma di un risonatore al quarzo, perché il risonatore al quarzo ha una frequenza molto precisa e stabile che non dipende molto dalle fluttuazioni della temperatura esterna , che non possiamo dire di condensatori e resistori.

Pertanto, in base al numero di cicli operativi, i relè temporizzati elettronici sono suddivisi condizionatamente in multiciclo e ciclo singolo.

Circuito temporizzatore one-shot

Nei circuiti one-shot, un segnale di controllo (come la pressione di un pulsante o semplicemente l'alimentazione del circuito) viene convertito in un dispositivo di adattamento in cui la tensione o il livello di corrente vengono convertiti per l'elaborazione nel dispositivo di attivazione.

Il dispositivo di avvio invia un segnale al dispositivo di configurazione iniziale, che a sua volta avvia il dispositivo esecutivo o carica il circuito RC. I circuiti RC possono essere commutati, selezionando così il tempo di ritardo dall'intervallo disponibile.

Nel processo di carica (scarica) del condensatore del circuito, la tensione in esso aumenta (diminuisce) in modo esponenziale, mentre viene continuamente confrontata con la tensione di riferimento del comparatore analogico.

Non appena la tensione del condensatore supera (sotto) la tensione di riferimento, il convertitore di uscita avvierà il circuito esecutivo. Ovviamente l'intervallo di tempo dipende non solo dalla costante di tempo del circuito RC, ma anche dal valore della tensione di riferimento che è impostata al secondo ingresso del comparatore.

Circuito temporizzatore multiciclo

Gli schemi di relè per la sincronizzazione multiciclo consentono di espandere l'intervallo di tempo, poiché, come notato sopra, negli schemi multiciclo vengono presi in considerazione diversi cicli di funzionamento del circuito RC o diversi cicli di funzionamento del generatore di impulsi, ad es. gli intervalli sono più lunghi.

I circuiti multiciclo, come quelli a ciclo singolo, ricevono un segnale dal trigger, ma questo segnale va al blocco di reset, dove riporta la parte digitale allo stato di impostazione iniziale. Il generatore viene quindi messo in funzione, inviando una serie di impulsi al contatore.Il numero di impulsi contati sul contatore viene confrontato con il numero impostato sul comparatore digitale, dopo aver raggiunto il numero di impulsi specificato viene attivato il convertitore di uscita che avvierà il circuito esecutivo, ad esempio un contattore di potenza.

Modificando la frequenza del generatore di impulsi e il valore nel comparatore digitale (o in una versione semplificata, l'uscita del contatore), viene selezionato il tempo di ritardo del relè temporale. Tali blocchi possono essere convenientemente implementati su microcontrollori programmabili utilizzando elementi discreti o chip digitali.

Pertanto, il relè multiciclo più semplice include i seguenti blocchi di base: un generatore di impulsi digitale con circuiti RC di commutazione, un contatore di impulsi, un comparatore può essere assente e l'uscita del contatore dalla scarica selezionata può essere collegata direttamente a un circuito di controllo. Applicando il "reset" alla parte digitale si attiva il relè orario.

Schema del temporizzatore del microcontrollore

Oggi sono molto comuni i circuiti di temporizzazione dei microcontrollori, in cui molti blocchi sono implementati nel software. Un risonatore al quarzo è responsabile degli impulsi dell'orologio e l'impostazione dell'ora è impostata da un blocco di pulsanti collegati alle uscite corrispondenti, le cui funzioni sono configurate nel programma come ingressi.

All'uscita di controllo — interruttore a transistor, che controlla il dispositivo esecutivo. Per indicazione, c'è un display dove puoi vedere personalmente come il tempo scorre.

I relè temporizzati per microcontrollore sono oggi sempre più popolari a causa del basso costo dei microcontrollori, delle loro dimensioni ridotte e della disponibilità di hardware e software.Inoltre, i microcontrollori consumano poca elettricità e se un tale progetto viene sviluppato su componenti discreti, risulterà molto più ingombrante e con molta più energia.

Per modificare il temporizzatore su un microcontrollore programmabile è sufficiente aggiornare il firmware e non è necessario saldare nulla. Inoltre, le interfacce digitali dei microcontrollori facilitano l'accoppiamento con indicatori e tasti esterni, nonché tra loro e con molti blocchi di apparecchiature diverse, per non parlare dell'interazione con un computer.

La tendenza odierna è inequivocabilmente rivolta all'uso diffuso di microcontrollori programmabili nei circuiti temporizzati e nell'automazione sia nella produzione industriale che nella vita di tutti i giorni.