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Servoautomatismo luminoso

IL PROBLEMA BASE

Aprendo la porta di casa non ho un posto comodo dove sistemare l'interruttore della luce in ingresso. Questo è finito infatti a tre metri dalla porta, così mi sono organizzato un sistema automatico per accendere la luce quando entro in casa. Concettualmente non c'è nulla di complicato: un sensore sulla porta, una fotocellula per abilitare l'aggeggio quando è buio, un timer che tenga accesa la luce per un paio di minuti.

Quello che condiziona tutto e spesso non è considerato è il problema energetico.

IL PROBLEMA ENERGETICO

Gli automatismi sono pensati per essere sempre pronti, cioè alimentati, quindi consumano energia in attesa di essere attivati, energia che può non essere proporzionale a quella consumata durante la funzione per cui sono costruiti.

Nel mio caso la lampada è a LED e consuma circa 15W, il circuito è alimentato da un piccolo trasformatore che consuma 5W. Mi sono messo nelle condizioni peggiori, sopravvalutando la lampada e sottovalutando il circuito, un calcolo, anche molto approssimativo, dei consumi è sufficiente per rendersi conto della situazione.

Il circuito attivo a lampada spenta consuma 1kW ogni otto giorni circa (5w x 200 ore), è più difficile valutare quanto tempo è accesa la lampada, ma un'ora al giorno mi sembra un valore ampiamente ragionevole (20 accensioni di 3 minuti) e in questo caso se ne và 1kW in 50 giorni (15+5 = 20W x 1 ora).

La situazione non è accettabile, c'è uno spreco enorme (nel suo piccolo) di energia senza alcuna ragione. Circa 45kW senza far nulla contro 7kW utili all'anno.

Penso ci possano essere più soluzioni per questo tipo di problema, ne ho viste un paio negli anni ma non mi sono sembrate adatte per questo uso.

UNA SOLUZIONE DIVERSA

Invece di avere un circuito alimentato che fa un AND tra il livello di luminosità basso e la porta aperta, si può usare il sensore (interruttore) sulla porta per alimentare tutto il circuito solo quando serve.

Basta chiacchiere ecco il circuito.

IL CIRCUITO



NOTA: se vi sembra che manchi qualcosa avete perfettamente ragione, mancano le varie commutazioni, che compaiono più sotto dopo la

DESCRIZIONE: quando il circuito viene alimentato, porta aperta, l'uscita del 741 va alta, se è buio, e innesca l'SCR che memorizza il livello della luce. Il valore della fotoresistenza dipende dalla luce e varia con questa anche se non è alimentata, la velocità con cui la fotoresistenza varia il suo valore con la luce è molto più bassa della velocità di risposta dei circuiti elettronici.

Una volta che l'SCR è innescato le variazioni di luce non hanno più effetto, viene attivato, attraverso il BD530 il timer 555 che con un contatto del relè accende la lampada e con l'altro, in parallelo all'interruttore sulla porta, mantiene il circuito alimentato per il ciclo di temporizzazione.

I componenti sono quelli che avevo disponibili e facilmente sostituibili con equivalenti, l'unico componente un pò critico è l'SCR, io ne ho usato uno in TO92 comprato parecchi lustri fa in qualche fiera con sigla illeggibile, ma vedete più sotto al capitolo GRANE.



Ora qualche foto per illustrare la breve descrizione dell'aggeggio


lato_componenti.jpg

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Il trasformatore è il più piccolo che avevo e dal codice stampato sembra recuperato da un medicale, a fianco il relè Finder. La resistenza e il led a cavallo dell'elettrolitico servivano per le prove (led1 e 1k sullo schema e breadboard) poi tolte, in piedi subito davanti al ponte la 10k del piedino 4 e la R inizialmente da 1MΩ.

I terminali sono della Stocko, usati negli amplificatori. Il circuito è circa 11 x 4 cm sagomato per entrare nella scatoletta della Teko.


saldature.jpg

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Dalla parte delle saldature i collegamenti sono fatti in parte con i terminali dei componenti, parte con filo da wire-wrap, molto comodo per questo uso, il filo arancione porta la 220V al trasformatore. Si vede il diodo sulla bobina del relè, il ceramico da 10nF sul piedino 5 del timer e una resistenza da 1M2 in parallelo a quella da 1MΩ per regolare la temporizzazione.


scatola.jpg

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Questo il sistema montato nella sua scatoletta. Da sinistra a destra i due fili della fotocellula e quelli dell'interruttore sulla porta bianchi, non vi fate ingannare dall'apparenza (la foto non rende giustizia) si tratta di pregevolissimo filo isolato in teflon, rimasto da lavori precedenti, che uso quando mi serve filo sottile ma ben isolato.

Alla loro destra il filo di fase nero che va all'interruttore sulla porta e quello rosso che arriva dall'interruttore a parete. I due grigi che vanno alla lampada, posizionata al di là della parete, e il blu che è il neutro.

Sul fondo un portafusibile da pannello in serie al filo nero per precauzione. La scatola è piccola ma c'e aria e il fatto che il circuito sia alimentato solo saltuariamente evita problemi di surriscaldamento.

Ma veniamo ora alla parte più interessante: le grane!


LE GRANE

Ti viene un'idea che sembra interessante, butti giù un circuto che sembra logico, monti il tutto su una breadboard (1) e, a parte qualche aggiustamento inevitabile, funziona quasi come previsto. Ti congratuli con te stesso e passi alla realizzazione definitiva.

Ed ecco che dal praticello all'inglese, dove credevi di stare tranquillo, ti ritrovi nella giungla più fitta costretto a farti strada a colpi di saldatore.

LA FOTOCELLULA: dove la metto? Nel mio caso la luce dei lampioni è costante e non ci sono altri disturbi luminosi, così da temerario masochista l'ho infilata DENTRO! la lampada, contando sulla diversa velocita di risposta di questa rispetto all'elettronica. Anche perchè la lampada e il circuito sono sui due lati opposti e alla stessa altezza della parete.


lampada.jpg

lampada.jpg


La fortuna aiuta gli audaci, nessuna grana. Adesso la lampada non la smonto, non ho pensato di fare la foto al momento, ma fidatevi è propio la dentro.

IL SENSORE: inizialmente ho pensato di usare un sensore magnetico, per la maggio pulizia e sicurezza dell'insieme. Le prime prove sono state fatte con questo sensore, chiaramente non adatto a commutare la rete, purtroppo non trovo pù la foto in cui si vede l'arco che si instaura tra i contatti, a causa del trasformatore, quando questi si aprono. Però funzionava e funziona ancora.


magnetico.jpg

magnetico.jpg


Cerca e ricerca su RS ne ho trovato uno che sembrava adatto, ma dopo pochi azionamenti lui ha deciso di abbandonare questa valle di elettroni. Ovviamente dopo avermi fatto perdere tempo a cercare la migliore posizione e regolare le giuste distanze.


magnetico1.jpg

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A questo punto sono passato al vecchio ma sempre valdo microswitch.


switch.jpg

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LO SWITCH e fissato su una basetta di legno e questa siliconata sul fermo superiore dell'asta della serratura. Il cilindretto di ottone è libero di ruotare intorno alla vite e il movimento della porta è parallelo all'attuatore in maniera da evitare possibili sforzi inappropriati. Sulla sinistra si vede il termorestringibile su uno dei fili.

IL TRASFORMATORE: inizialmente ne ho usato un altro, più grosso che dava più di 15V, così sulla breadboard è stato montato anche un regolatore. Il trasformatore è stato poi sostituito con quello più piccolo delle foto che dà circa 12V e non richiede il regolatore, modifica apparentemente insignificante, tra prototipo e circuito definitivo, ma con prevedibili grosse conseguenze. Comunque il tutto funzionerebbe dignitosamente, anche se un pò al limite, se non fosse per

L'SCR: come detto sopra figlio di NN, sentitosi considerato un componente banale, si è offeso e da buon permaloso ha preteso un'alimentazione da signore. Il sistema, installato in piena estate ha funzionato in maniera ineccepibile fino ai primi freddi, poi ha cominciato a saltellare tra ON e OFF particolarmente la sera. La spiegazione è semplice: la riduzione della tensione di rete dovuta al maggior carico, porta la tensione al circuito e quindi la corrente nell'SCR sotto il limite di tenuta. Ridotta la resistenza da 390Ω il tutto ha ripreso ad andare (questo però vuol dire caricare di più il trasformatore ed è quindi una strada senza futuro).

La perfida masserella di silicio nascosta nell'SCR ha pensato bene poi di cambiare lentamente le sue caratteristiche (si tratta del normale invecchiamento dei semiconduttori, ma quando avviene a tuo danno lo senti come un fatto personale). Ora infatti capita che a volte, aprendo la porta, la luce si accende per mezzo secondo, si spegne per un tempo simile e poi si accende per il normale ciclo di temporizzazione. Anche qui la spiegazione è semplice: durante il periodo di buio, porta ancora aperta, il condensatore da 470μF continua a caricarsi e riesce a tenere la corrente dell'SCR. Quindi ponte e primo condensatore devono essere di qualità ineccepibile.

La soluzione ragionevole, per una persona di buon senso sarebbe quella di sostituire il componente malefico con uno piu disponibile. In effetti le prove sui fratelli di NN hanno mostrato una grande variabilità della corrente di tenuta dei vari dispositivi, grazie a Murphy sul circuito è finito il peggiore!

Mentre scrivevo questo articolo mi è nata un'idea: una volta innescato l'SCR continua a condurre fino a che la corrente non scende sotto quella di tenuta, con pilotaggio rimosso. Ma se io lo piloto continuamente lui conduce indipendentemente dalla intensità della corrente. C'e quindi da provare la variante qui sotto:


l'elettrolitico mantiene in conduzione l'SCR per un periodo breve ma forse sufficiente a stabilizzare la situazione. Prima o poi, pigrizia permettendo, lo proverò o mi deciderò a sostituire il bischero.

Chi volesse realizzare il circuito valuti attentamente le dimensioni, la scelta dei componenti da usare e il layout, per come lo ho realizzato non ho molti problemi, salvo la voglia, per modificarlo: stacco i fili e sfilo la scheda che è libera e fermata dal coperchi della scatola.

Buon lavoro a tutti


(1) A proposito di breadboard, le ho prese sul sito www.homotix.eu, sono vendute ad un'ottimo prezzo, ci sono anche dei comodissimi cavetti di collegamento, alla voce prototipizzazione.

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Commenti e note

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di ,

E' il mio primo contributo al sito e i complimenti sono graditi. Per il tuo dubbio preciso che i 5W sono il consumo, a "spanna", di tutto il circuito, compreso il trasformatore che è quello più esoso. Il sensore non è un PIR ma una comune fotoresistenza, quello che avevo in casa. In questi casi una valutazione a "spanna" è più che sufficiente, misurare con precisione che il consumo effettivo è 4,723W mi sembra uno spreco di tempo. Visto poi che la tensione di rete varia nel tempo qualunque misura è poco significativa per questo tipo di apparecchiature. Altra questione sarebbe per un circuito che deve lavorare in situazioni di scarsa energia, elemento isolato alimentato da piccoli pannelli solari, dove il consumo in funzione della tensione disponibile può essere cruciale.

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di ,

Articolo interessante e ben illustrato, complimenti. Mi chiedo se la soluzione con l'SCR sia davvero necessaria per memorizzare lo stato della luce prima dell'apertura della porta o se ci possano essere soluzioni alternative sufficientemente efficienti, ci penso, e magari poi ti faccio sapere le mie eventuali idee. Piuttosto sono rimasto stupito dalla tua dichiarazione di consumo del sensore PIR/crepuscolare gia' pronto, i 5W che dichiari mi sembrano davvero tanti, avrei detto qualcosa almeno 10 volte in meno ... quindi ti chiedo come hai verificato questo valore (che in ogni caso, è effettivamente tanto, hai ragione: puo' essere davvero sproporzionato rispetto al consumo della relativa lampadina saltuariamente accesa)

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