Принцип работы таймера счетчика

Руководство по таймерам Arduino для начинающих

Платформа Arduino была первоначально спроектирована в 2005 году и первоначально предназначалась для того, чтобы люди, мало знакомые с электроникой и программированием, могли конструировать разнообразные электронные устройства. Но со временем она получила широкое распространение не только в кругах начинающих знакомиться с электроникой, но и среди профессионалов в сфере электроники.

В отличие от языков программирования для микроконтроллеров AVR, ARM, PIC, STM, в которых нужно хорошо представлять структуру этих микроконтроллеров, язык программирования для платформы Arduino исключительно простой и понятный. Достаточно легко понять, к примеру, как работают функции digitalWrite(), AnalogWrite(), Delay() и др. не вникая в суть машинного языка, который спрятан внутри них. Также не нужно вникать в суть различных регистров микроконтроллера, которые используются для управления этими процессами.

Но тем не менее, для лучшего понимания всех этих процессов, желательно все таки немного погрузиться внутрь этих процессов. К примеру, функция delay() используется для установки таймеров и битов регистров счета микроконтроллера AVR ATmega, являющегося основой платы Arduino.

В этой статье мы рассмотрим как без использования функции delay() управлять задержками в программе, непосредственно имея дело с регистрами микроконтроллера. Для этого мы будем использовать программную среду Arduino IDE. Мы будем устанавливать соответствующие биты регистра таймера и использовать прерывание переполнения таймера (Timer Overflow Interrupt) чтобы переключать (включать/выключать) состояние светодиода каждый раз когда происходит прерывание. Для контроля длительности задержки в схеме будут использоваться кнопки, с помощью которых можно будет изменять заранее загружаемое значение в биты таймера.

Принцип действия

Давайте разбираться, как работает механический таймер-розетка. Способ коммутации электрических контактов в розетках-таймерах одинаков, он механический, посредством замыкания проводников. Различие только в способе управления. В электронных это делают релейные схемы, управляемые процессором. Основой механических таймеров является устройство, обеспечивающее непрерывное вращательное движение, обеспечивающее замыкание и размыкание контактов.

Устройство розетки с механическим таймером:

В старых таймерах, выпускавшихся лет 30–40 назад, таким устройством был механизм, идентичный часовому, состоящий из системы шестеренок и приводящийся в действие спиральной пружиной. Сейчас он заменен тихоходным импульсным электродвигателем, что сделало устройство менее шумным, но зависимым от внешнего источника электрической энергии.

Сравнительная таблица характеристик

Для большего удобства оценки характеристик представленных приборов можно ознакомиться с таблицей.

Руководство: как сделать устройство с заданием режима на несколько часов своими руками

Если для создания программируемой розетки с таймером потребуется не только знание электротехники, а и навыки программирования микроконтроллеров, то сделать своими руками устройство с заданием режима на несколько часов вполне возможно. Ниже показана принципиальная схема такого прибора.

Схема розетки с аналоговым таймером

Обозначения на рисунке:

• А, В – разъемы для подключения нагрузки;
• компаратор DA1 – КР142ЕН19;
• резисторы: R1 – 10кОм, R2, R3 – 1мОм;
• конденсаторы: С1 — 1мкФ 400В, С2 – 1000мкФ 16В, С3 – 100мкФ 16В;
• диоды: VD1, VD2 – 1N4005, VD3 – Д815Е, VD4 – КД521А;
• К1 – любое реле с током срабатывания 50мА и обмоткой на 12В, соответственно, контакты его должны быть рассчитаны на коммутирование напряжения 220В;
• SB1, SB1-2 – кнопка включения;
• К1-1 – контакты реле К1.

На рисунке ниже показан пример разводки монтажной платы для данного устройства.

Изображение печатной платы

Принцип действия устройства следующий:

При нажатии кнопки включения замыкаются контакты SB1 и SB1-2, поступает напряжение на обмотку реле K1, при его срабатывании контакты K1-1 замыкаются, тем самым обеспечивая подачу напряжения, вне зависимости от нажатия кнопки питания. С этого момента начинает разряжаться конденсатор С3 (через цепь резисторов R1 и R2). Как только ток упадет ниже порогового значения, реле K1 отключается, и происходит отключение нагрузки подсоединенной к контактам А и В.

Время отключения регулируется переменным резистором R2, если требуется его увеличить, можно установить конденсатор С3 большей емкости. Устройство не нуждается в настройке, им можно пользоваться сразу после сборки.

Безусловно, функционал этого устройства будет значительно уступать таким моделям, как EL-01 или EL-02 компании Robiton (Германия), но с другой стороны оно не требует тонкой настройки и может использоваться даже на морозе, например, уличная розетка в защитном корпусе.

Помимо этого себестоимость самодельной розетки с таймером (функцией автоматического отключения) будет значительно меньше, чем цена готового изделия с цифровым управлением.

Обзор средних цен

Для обзора цен была выбрана электророзетка TMH-E-5 компании Еlektrostandard, у которой имеется информационный дисплей. Как показал опрос, эта модель пользуется значительным спросом.

Фото: модель TMH-E-5

Из таблицы видно, что розетка с таймером в Москве, Минске, Хабаровске, Челябинске, Новосибирске и Краснодаре стоит примерно одинаково. Из этого можно сделать вывод, что цена на нее не будет сильно отличаться и в других регионах, например в Воронеже. Благодаря развитию интернет торговли купить розетки-таймеры или другой товар теперь не проблема.

История таймера

Удивительно, но первый таймер появился в Древнем Китае более 2,5 тыс. лет назад. Он представлял собой палочку из смолы и опилок, которую поджигали с одного конца, на другом конце был грузик – при перегорании нити крепления он падал со звоном. Тогда же Платон в Греции изобрел аналог для приглашения учеников на уроки, схожими разработками занимался и Леонардо да Винчи.

Первый механический таймер появился в середине 1800-х годов, это был традиционный, и используемый сегодня будильник, стрелки которого переводятся на нужное время. Уже к концу XX века возник электронный таймер – наиболее точное устройство, применяемое сейчас в смартфонах.

Схема принципиальная таймера с энкодером

Схема на кухонный таймер с микроконтроллером ATtiny 2313

Когда-то давно были в продаже механические таймеры — они реально были просты в использовании. Вот и решено объединить эту простоту с современной базой. Так возник этот таймер с регулятором — энкодером. В нём как и в механическом прототипе, можно увеличивать и уменьшать время отсчета. Основа — микроконтроллер ATtiny 2313. Вот к нему прошивка в архиве.

Рисунок печатки таймера

Режимы работы

В электронных таймерах предусмотрено четыре основных режима работы:

1. выключено, невзирая на заданные настройки управление нагрузкой отключается. Для включения режима нужно клавишей ON/AUTO/OFF установить значение Manual OFF;
2. включено. Перевод в этот режим осуществляется выбором значения Manual ON клавишей ON/AUTO/OFF;
3. автоматический. Этот режим включается при выборе режима AUTO клавишей ON/AUTO/OFF. После чего начинает выполняться установленная программа;
4. выполнение режима «присутствия». Он включается после нажатия клавиши RANDOM и выставления значения R.

Для создания программ надо нажать клавишу TIMER. Выбирать ранее созданные программы можно ею же. Затем произвести следующую последовательность действий:

1. при кратковременном нажатии TIMER на индикаторе высветится ON 1. Этим сообщается что настраивается время подключения нагрузки;
2. клавишей WEEK выбирается день недели. Часы и минуты задаются клавишами HOUR и MIN.
3. после настройки времени подключения ещё раз нажимается клавиша TIMER – индикатор покажет OFF 1. После этого, в вышеуказанном порядке, задаётся время отключения;
4. настройка следующей программы осуществляется аналогично. Быстрый просмотр созданных программ производится при нажатой и удерживаемой TIMER;

После завершения всех настроек нажимается CLOCK для их сохранения и отключения режима программирования. Умная розетка с цифровым таймером готова к эксплуатации.

Подробнее о настройках электронного таймера в этом видео:

Как итог, при выборе таймеров надо учитывать, что стоимость электронных устройств значительно выше электромеханических аналогов. Их приобретение оправдано, если есть нужда в недельном или месячном выполнении заданной программы или для использования в режиме «присутствия». Если же требуется регулятор с суточным циклом – предпочтение следует отдать розетке с механическим таймером.