Автоматический выключатель света в ванной: схема, принципиальная диаграмма и принцип работы

Как сделать автоматический выключатель света в санузле?

Когда мы заходим в ванную, мы включаем свет, а при выходе — выключаем. Но часто мы забываем выключить свет и другие приборы, уходя из санузла. Из-за этих простых ошибок ежедневно расходуется много электроэнергии, а срок службы ламп сокращается. Поэтому нужно создать устройство, которое автоматически включает и выключает освещение в ванной. Мы предлагаем решение этой проблемы — схему, которая автоматически включает свет при входе человека в санузел и выключает его при выходе. Преимущества этой схемы: не нужно беспокоиться о расточительстве электроэнергии и счетах за электричество, так как потребление энергии определенно снизится. Для этого мы спроектируем простой автоматический выключатель света для ванной или других помещений, где это необходимо.

Необходимые компоненты

• Операционный усилитель LM741
• Десятичный счетчик CD4017
• PNP-транзистор BC558
• Рид-выключатель с магнитом
• Лампа накаливания
• Релейный модуль 5В
• Два резистора 10 кОм
• Резистор 100 Ом
• Резистор 820 Ом
• Соединительные провода

Принципиальная схема автоматического выключателя света в ванной

Схема устройства состоит из двух основных компонентов: операционного усилителя LM741 и десятичного счетчика CD4017. Один контакт рид-выключателя подключен к источнику питания +5В, а другой — к базе PNP-транзистора BC558. Коллектор подключен к +5В, а эмиттер — к неинвертирующему входу операционного усилителя. Выходной контакт LM741 соединен с тактовым входом CD4017. Вывод 2 счетчика CD4017 (выход Q1) подключен к входу реле. Вывод 4 счетчика (выход Q3) соединен с входом сброса (RESET) того же счетчика.

Описание основных компонентов

Рид-выключатель с магнитом

Рид-выключатель — это электромагнитный коммутатор, используемый для управления током в цепи. В этом проекте он фиксирует открытие и закрытие двери. Внутри стеклянной колбы находятся два ферромагнитных контакта (рида), которые сближаются или раздвигаются под воздействием магнитного поля. Существует два типа: нормально разомкнутые (NO) и нормально замкнутые (NC). При нормально разомкнутом выключателе контакты замыкаются при приближении магнита, а при нормально замкнутом — размыкаются. Выключатель устанавливается на двери для детектирования её положения.

Операционный усилитель LM741

LM741 — это операционный усилитель постоянного тока с высоким коэффициентом усиления. Он содержит один усилитель, сравнивающий сигналы на инвертирующем (-) и неинвертирующем (+) входах. Благодаря высокому коэффициенту усиления по постоянному току, он применяется как компаратор, усилитель напряжения и для выполнения математических операций.

Распиновка LM741:

Номер вывода	Название	Описание
1	Offset Null	Корректировка смещения по постоянному току
2	Input -	Инвертирующий вход
3	Input +	Неинвертирующий вход
4	V-	Отрицательное питание / земля
5	Offset Null	Корректировка смещения по постоянному току
6	Output	Выход усилителя
7	V+	Положительное питание
8	NC	Не используется

Как компаратор: если напряжение на неинвертирующем входе (+) выше, чем на инвертирующем (-), выход HIGH; если ниже — LOW. Применяется в схемах сравнения, DC-усилителях, интеграторах, дифференциаторах, сумматорах, мультивибраторах, активных фильтрах.

Десятичный счетчик CD4017

CD4017 — CMOS-счетчик десятичного счета (0–9). Рабочее напряжение 3–15В, совместим с TTL. Тактовая частота до 5 МГц. Имеет 10 выходов (Q0–Q9), которые последовательно активируются по каждому импульсу на тактовом входе. Вывод 12 (Carry Out) выдает импульс после завершения полного цикла счета. Вывод 13 (Clock Enable) при высоком уровне приостанавливает счет. Вывод 15 (Reset) при высоком уровне сбрасывает счет на Q0. Питание подается на вывод 16 (VDD), земля — на вывод 8 (GND). Применяется в схетах подсчета, LED-бегущих строках, матрицах, декодерах.

Распиновка CD4017:

Вывод	Название	Описание
1–7	Выходы Q5, Q1, Q0, Q2, Q6, Q7, Q3	Выходы счетчика (порядок нелинеен)
8	GND	Земля
9–11	Выходы Q8, Q4, Q9	Выходы счетчика
12	Carry Out	Перенос (импульс после 10 тактов)
13	Clock Enable	Разрешение счета (LOW — активно)
14	Clock	Тактический вход
15	Reset	Сброс счетчика (HIGH — сброс)
16	VDD	Питание 3–15В

PNP-транзистор BC558

BC558 — PNP-транзистор для коммутации и усиления. Коэффициент усиления тока 110–800. Максимальный ток коллектора 200 мА. При заземленной базе открыт (прямое смещение), при сигнале на базе — закрыт (обратное смещение). Напряжение насыщения коллектор-эмиттер 200–900 мВ. Используется в парах с NPN-транзисторами BC546–BC550.

Принцип работы автоматического выключателя света

Соберите схему согласно диаграмме. Рид-выключатель закреплен на косяке двери, магнит — на створке. Когда дверь закрыта, рид-выключатель замкнут (или разомкнут, в зависимости от типа); при открывании — меняет состояние. При входе в ванную вы открываете дверь, затем закрываете её — рид-выключатель меняет состояние дважды. Первый переход (открывание) переводит выход операционного усилителя в HIGH, второй (закрывание) — в LOW. Это формирует тактовый импульс для счетчика CD4017, переводящий его с Q0 на Q1 (вывод 2). Выход Q1 активирует реле, и лампа загорается.

После завершения процедур вы снова открываете и закрываете дверь. Еще два перехода рид-выключателя генерируют второй тактовый импульс, переводящий счетчик на Q3 (вывод 4). Поскольку вывод 4 соединен с входом Reset, счетчик сбрасывается на Q0, реле деактивируется, и лампа гаснет. Таким образом, каждый цикл «войти — выйти» переключает свет: первый вход — включение, выход — выключение.

Так можно сделать устройство для автоматического управления освещением в ванной без участия человека.

Связанные электронные проекты

• Схема датчика дождя — детектор снега, воды и дождя
• Идеи проектов для выпускников по электронике
• Проектные идеи для студентов-электронщиков
• Простые мини-проекты по электронике для начинающих
• Больше проектов по электротехнике и электронике