دائرة مؤقت زمني للتحكم في تشغيل وغلق الأجهزة

في بعض الاحيان قد تحتاج الى تشغيل الأجهزة وغلقها بعد فترة زمنية معينة، مثل لمبة الممرات او لمبة السلم.. أو ما شابه، لذلك وفرنا لك اليوم دائرة تستطيع استخدامها في مثل هذه الاغراض او حتى في اغراض اخرى مرتبطة بالتحكم في الاجهزة وتشغيلها وغلقها بعد فترات زمنية.

والهدف من هذه الدائرة هو التعرف على دوائر الكترونية جديدة وفهم كيفية عملها، لذلك سوف اوفر لك شرح وافي عن مبدأ عملها.  واذا لم تكن مهتم بفهم عمل الدائرة وتريد فقط تنفيذها فسوف تجد المكونات و التوصيلات التي سوف تحتاج إليها في هذا الموضوع… وسوف تجد ايضاً التجربة العملية لها بالفيديو…

دعني في البداية استعرض الدائرة والمكونات المطلوبة،.. 

تصميم الدائرة

Required Components المكونات المطلوبة

• Resistors:  470, 4.7k, 10k, 250k
• Capacitors: 220uf, 0.01uf
• Red LED
• Transistor: BC547
• IC 555
• Relay 5V
• Switch

شرح الدائرة

لتوضيح وشرح الدائرة سوف اقوم في البداية بتجزئية الدائرة إلى 4 أجزاء كما موضح لك في الصورة التالي:

1. دائرة التايمر 555
2. دائر Switch
3. دائرة Transistor
4. دائرة Led indicator

1_ الجزئ الأول شرح دائرة التايمر

تعتمد هذه الدائرة في مبدأ عملها في المقام الأول على المذبذبات Multivibrator. واستغلال خصائصها لتوليد إشارة تمكننا من تشغيل الاجهزة لفترة زمنية معينة ثم غلقها بشكل ذاتي.  والمذبذب الذي سوف نقوم باستخدامه في هذه الدائرة هو المؤقت 555.

المؤقت 555 يعتبر من أشهر المذبذبات استخداماً، وذلك لإمكانياته التي تتيح لنا القيام بالكثير من الدوائر والمشاريع المعتمدة في المقام الأول على المذبذبات. وفي هذه الدائرة قمت باستخدام التايمر 555 في أحد حالاته وهي أحادي الاستقرار Monostable.

في حالة Monostable يخرج “التايمر 555” إشارة مستقرة لفترة زمنية معينة وذلك من خلال ادخال له اشارة سالبة على طرف Trigger وهو طرف رقم 2. ممكن نشبه الاشارة بال Pulse (أي النبضة) كما بالصورة في الأعلى، وزمن هذه النبضة يتم تحديده مسبقاً وهنا انا قمت بوضعه ليكون 1 دقيقة.

لتحديد زمن هذه النبضة أو هذه الإشارة فإنك تحتاج إلى تعيين قيمة مناسبة لكلاً من المقاومة R1 و المكثف C1 بالدائرة التي عرضتها لك فوق.

 تمام ولكن على اي اساس سوف يتم تعيين قيمة  R1 و C1 ؟

يتم اختيار قيم R1 و C1 بناءاً على معادلة المذبذب في حالة Monostable وهي:

T = 1.1 × R1 × C1

  T : هو زمن الاشارة ،و تقاس بالثانية Second

R1 : قيمة المقاومة R1 ،وتقاس بالأوم Ohm

C1 : قيمة المكثف C1 ، وتقاس بـ الفاراد Farad

T = 1.1 × 250K × 220uf =

T = 1.1 x 250,000 × 0.00022 =  60.05 second ≈ 1 min

ملحوظة: سوف تجد نسبة خطأ في عدد الثواني بمعنى ان ممكن تستخدم المقاومة المستخدمة والمكثف، ولن تجد النتيجة دقيقة بالضبط سوف تجد الفترة الزمنية تقريباً 45 ثانية.  لذلك قمت في هذه الدائرة بالتعديل على قيمة المقاومة وزيادتها من 250K إلى 470K أوم، وأصبحت لدي فترة زمنية 63 ثانية يعني تقريباً 1 دقيقة و 3 ثواني.

2_ الجزء الثاني شرح دائرة Switch

أما بالنسبة لدائرة المفتاح Switch ؛ تتكون من المقاومة 10K أوم و المفتاح. وظيفتها هي عند الضغط على المفتاح تدخل إشارة قيمتها 0V على رجل 2 للتايمر 555. وعند رفع اصبعك عن المفتاح يرجع الجهد على طرف 2 للتايمر إلى جهد المصدر . فتصبح لديك إشارة الدخل بهذا الشكل:

3_ الجزء الثالث شرح دائرة Transistor و Relay

أما بالنسبة لدائرة الترانزستور والريليه فهي دائرة تتيح لي التحكم في الاجهزة التي تعمل بالجهود العالية مثل جهد المنزل 220VAC. وقمت هنا باستخدام الترانزستور في احد حالاته وهو كمفتاح Switch. وقمت بوضع المقاومة 4.7K بين الطرف رقم 3 للتايمر وبين قاعدة الترانزستور وذلك ليعمل الترانزستور كمفتاح ويشغل لي الريليه بمجرد وجود جهد او خرج على الطرف رقم 3.

ويتم تحديد قيمة المقاومة التي يتم توصيلها على قاعدة الترانزستور، بناءاً على Ic وهو التيار المار عبر طرفي الترانزستور Collector و Emitter.

فعند تصميم دائرة الترانزستور كمفتاح في البداية تحتاج الى تحديد قيمة التيار Ic وهو التيار الذي سوف تقوم باستخدامه في تشغيل الحمل. وهنا استخدامنا حمل وهو الريليه وهي تستهلك تيار قيمته تقريباً 70mA. فبالتالي انا محتاج تيار القاعدة (IB) قيمته تقريباً من 500uA إلى 1mA. لذلك قمنا باستخدام قيمة المقاومة 4.7K.

أما.. الدايود الموجود في الدائرة فهو لحماية الترانزستور من الشحنة الموجودة بالريليه عند توقف الدائرة عن العمل. حيث تتكون الريليه من ملف ومجال مغناطيسي.. فعندما ينقطع التيار عنها يتبقى في الريليه او في الملف بداخلها شحنة وهذه الشحنة قد تتلف الترانزستور نتيجة تفريغها فيه. لذلك قمنا باستخدام الدايود ليقوم بتفريغ هذه الشحنة في الملف نفسه. (مثل هذا الدايود تجده شائعاً في دوائر الريليه او المحركات.

4_ الجزء الرابع شرح دائرة Led indicator

قمنا باستخدام ليد Led مع الدائرة لبعض الأسباب منها هي ليشير على ان الدائرة في وضع الاستعداد. ويشير على ان الدائرة تعمل ويصل لها التيار.

قمنا باستخدام مقاومة مع الليد لتضمن له التيار المناسب بدون ان يحترق. حيث يحتاج الليد جهد قيمته 2V والتيار 10mA ولا يجب ان يزيد عن 15mA كحد أقصى. لذلك سوف تقوم المقاومة باحتلال الجهد الغير مرغوب فيه (وهو 5 – 2 = 3 فولت) من المصدر، فيصبح لدينا المعادلة التالية:

R = V / I

R = 3 / 0.010 A = 300 ohm

يمكنك استخدام بعض المقاومات القريبة من هذه القيمة مثل 220 , 330 , 470 أوم.

دعنا نقوم بتنفيذ دائرة التايمر على فكرة ما، مثل إضاءة لمبة لفترة معينة لدقيقة مثلاً، ثم غلقها.

تصميم الدائرة للتحكم فى جهد 220V

المكونات كما هي لن نقوم بتغيير أي قطعة. ولكن في حين الرغبة في التعديل على زمن التشغيل فقم باستخدام المعادلة فوق التي تحدثت معك عنها، ثم قم بتحديد قيم كلاً من  المكثف C1 والمقاومة R1 المناسبين.

سوف نقوم بتوصيل اللمبة ومصدر 220VAC كما موضح في الدائرة بالأعلى. بحيث يكون احد اطراف سلك اللمبة موصل على احد اطراف 220VAC والاخر موصل بأحد أطراف الريليه وهو CO، ثم قم بتوصيل الطرف الآخر للـ 220VAC بالطرف NO للريليه كما موضح لك في الصورة التالية:

كدا انتهينا من توصيل اللمبة، وتطبق نفس الفكرة على اي جهاز المراد التحكم فيه من خلال هذا التايمر.

إمداد الدائرة بمصادر الطاقة 

ينقصنا حاجة مهمة جداً .. لم نتحدث عنها ولكن عملياً سوف تحتاج لها وهي المصدر الجهد 5V الذي سوف تحتاجه دائرة التايمر للعمل، يوجد لديك عدة اختيارات:

• اولاً : هو انك تقوم بتصميم دائرة توفر لك 5V من مصدر 220VAC، وهنا تقدر تستخدم دائرة منظم الجهد 7805 لتوفير وتنظيم جهد 5 فولت اتطلع عليها من هنا.
• ثانياً: هو انك تستخدم اي دائرة شاحن لديك قديم، ويكون جهد الخرج له 5 فولت. Output 5V. وده الاختيار الأسهل وهذا ما قمت باستخدامه لتشغيل الدائرة وتوفير الوقت.

شاهد الدائرة بعد الانتهاء من تجميعها على بورد التثبيت PerfBoard

شاهد الفيديو العملي لدائرة المؤقت

ملحوظات هامة:

1_  الريليه المستخدمة تتحمل 220VAC بتيار أقصاه 10A، أو تتحمل 30VDC وتيار أقصاه 10A.

2_  لا تعتمد على شرائح النحاس الموجودة ببورد التثبيت (perfboard) في ← توصيل اطراف 220V بـ الريليه.

استخدم توصيلات خارجية تتحمل جهد 220VAC و حتى تيار 10A. (بالنسبة لي عند تصميم الدائرة قمت بتوصيل “الروزتة” بالريليه باستخدام سلك يتحمل 10A.  (الروزتة هي الجزء الأخضر الموجود بالصورة بالاعلى؛ وهي مُوصل او حلقة الوصل بين الريليه و جهد 220VAC) .

3_ نسبة الخطأ في عدد ثواني، سوف تجد كما ذكرت لك بعض الأختلاف عملياً أثناء تطبيق معادلة التايمر واختيار قيمة المقاومة والمكثف، ونسبة الاختلاف سوف تكون عدة ثواني 15 ثانية مثلاً، لذلك بعد تطبيق المعادلة واختيار قيمة المقاومة والمكثف قم بزيادة قيمة المقاومة للوصول لعدد الثواني المثالي الذي تحتاج له.

في النهاية اتمنى لك التوفيق، واتمنى ان يكون الموضوع نال اعجابك، ويجب أن تعلم أنك تستطيع تنفيذ هذه الدائرة وتنفيذ الخطوات المشروحة… واذا واجهت اي مشكلة قم بترك تعليق وسوف اقوم بالمتابعة معك حتى تقوم بتنفذها او لشرح لك اي جزئية غير مفهومة.. بالتوفيق.