INTERRUTTORE CREPUSCOLARE

interruttore crepuscolareSemplice Schema per Realizzare un Interruttore Crepuscolare regolabile per Accendere LED o Luci tramite Relè…

 
 
 
 



 

INTRO

L’interruttore crepuscolare viene usato per attivare luci o altri sistemi elettrici in base alla luce che incide su un sensore detto fotoresistenza. La fotoresistenza è un componente elettronico il cui valore di resistenza è inversamente proporzionale alla quantità di luce che lo colpisce. Si comporta come un tradizionale resistore, ma il suo valore di resistenza in ohm diminuisce mano a mano che aumenta l’intensità della luce che la colpisce. Visto il comportamento resistivo, se usato in un partitore resistivo, o se vi si fa fluire una corrente al suo interno, si può creare una tensione che varia in funzione della luminosità. Le fotoresistenze hanno il seguente aspetto:

fotoresistenze

Fondamentalmente essa è composta da materiale semiconduttore nel quale l’energia luminosa incidente provoca la produzione di coppie elettrone-lacuna  che causano una diminuzione della resistenza elettrica del materiale (effetto fotoconduttivo). Quando la radiazione incidente viene interrotta i portatori di carica in eccesso si ricombinano riportando la conducibilità del semiconduttore al suo valore iniziale in condizioni di oscurità. Da questo deriva la caratteristica resistenza-luce.

 





 
SCHEMI

Per realizzare un semplice interruttore crepuscolare servono solo un paio di componenti, tra cui un trimmer di taratura, per impostare il livello di luce di accensione, un comparatore analogico per confrontare la tensione generata grazie alla fotoresistenza e la tensione generata dal trimmer e infine lo switch per accendere o spegnere il carico. Per il tipo di switch vi sono varie soluzioni che permettono di avere diverse caratteristiche.
Il primo schema proposto può essere usato per accendere dei LED grazie a uno switch formato da transistor:

schema-crepuscolare-con-transistor-e-led

La tensione di alimentazione è 5V e il circuito assorbe una corrente pari alla corrente dei LED più qualche milliAmperre (2-3mA) assorbiti dal comparatore, partitori resistivi e per la corrente di polarizzazione del transistor Q2.
Il trimmer R2 permette di avere sul pin positivo del comparatore U1 una tensione regolabile da VDD a GND. La fotoresistenza R5 è del tipo GL5539 (si può usare qualsiasi tipo di fotoresistenza) e ha una resistenza massima di 500K fino ad un minimo di 500ohm al massimo valore di lumen possibile. Essendo in un partitore con R3 da 100Kohm, sul pin invertente del comparatore vi può essere un massimo di circa VDD fino ad un minimo di 1/6VDD. Il comparatore usato ha un uscita open collector, il che vuol dire che è disponibile in uscita il collettore e l’emettitore di un transistor, mentre la base dipende dalle tensioni di ingresso. L’alimentazione di questo comparatore va da un minimo di 3V fino ad un massimo di 30V. I pin 5 e 6 servono per la regolazione dell’offset, in questo caso non è usata ma per applicazioni di precisione possono essere usati come illustrato nel datasheet.
In questo caso lo switch è formato da un transistor Q2 che forma un transistor Darlington con il transistor interno al comparatore. La resistenza R18 mantiene spento Q2 quando lo deve essere.
La resistenza R1 è di protezione dei diodi e il suo valore deve valere circa:
R1=(VDD-V_LED – 0.7)/I_LED
Nel circuito sono usati 3 LED blu (V_LED = 3V) che assorbono I_LED=2mA l’uno, con una VDD = 5V e considerando 0.7V la tensione tra collettore e emettitore di Q2 quindi il valore della resistenza R1 sarà R1=(5-3-0.7)/(3*0.002)=216ohm. Non essendo un valore commerciale si usa R1=220ohm.
Questo circuito ha lo svantaggio di essere poco efficiente perché la tensione tra collettore e emettitore di Q2 è 0.7V e nel collettore fluisce tutta la corrente dei diodi quindi una potenza di 0.7*I_LED, inoltre la corrente di base deve essere pari a I_LED/(hfe1*hfe2) dove hfe1 e hfe2 sono le amplificazioni di corrente dei due transistor. Questi due fattori fanno aumentare di molto il consumo statico di potenza.
Per questo si potrebbe usare un mosfet invece di un transistor:

schema-crepuscolare-con-mosfet-e-led

Il circuito è identico, cambia solo che la resistenza R9 fa si che vi sia una tensione di gate pari a VDD quando il comparatore fornisce un 1 logico, mentre quando vi è uno zero logico la tensione di base del transistor è diversa da zero ed esso è acceso, portando il gate del mosfet a una tensione pari a circa GND.
In questo caso tra drain e suorce vi è una tensione di qualche mV e inoltre non è richiesta potenza statica di accensione dello switch. In realtà servono (VDD/10)mA che fluiranno nella resistenza R9, in questo caso sono 0.5mA quindi trascurabili. Il valore della resistenza di protezione dei LED (o del LED) è pari a R4=(VDD-V_LED)/(I_LED).

Se lo switch deve accendere un carico a tensione alternata o che richiede alta tensione o alte potenza non è conveniente usare un transistor o un mosfet ma serve un relè con bobina a 5V, 12V o al massimo 24V. Quando il comparatore fornisce un 1 logico la bobina è eccitata e il contatto del relè è chiuso se si usa un relè normalmente aperto (NO) oppure il contatto è aperto se si usa un relè con contatto normalmente chiuso (NC).
Il controllo del relè può essere fatto con un mosfet o con un transistor, i due schemi sono:

schema-crepuscolare-con-mosfet-e-rele schema-crepuscolare-con-transistor-e-rele

In questo caso è usato un relè a 12V quindi la tensione di alimentazione è 12V. Il diodo D1 (o D2) è usato come diodo di ricircolo, ovvero serve per scaricare la corrente immagazzinata dalla bobina del relè.
Il resto degli schemi con relè sono uguali agli altri visti in precedenza.
Per l’alimentazione si può usare un normale trasformatore con ponte di diodi come raddrizzatore e condensatore di filtro, si può acquistare a pochi euro su eBay un trasformatore switching o riciclarlo da qualche vecchio telefono o decoder oppure per il circuito a relè o per pochi diodi si può usare l’alimentatore senza trasformatore presente su questo sito.

 





 

PCB E REALIZZAZIONE

Per questi 4 schemi il PCB con il software PCB Wizard è stato disegnato, ottenendo:

schemi-crepuscolare-pcb

Da sinistra verso destra e dall’alto verso il basso vi è il circuito con il relè e il transistor, relè con mosfet, LED con transistor e LED con mosfet.
Inoltre come verifica, 3 dei 4 circuiti, sono stati montati su breadboard:

crepuscolare-breadboard-led-mosfet crepuscolare-breadboard-led-transistor

 

DOWNLOAD
È possibile scaricare il file della simulazione con Mutisim 14.0 e il PCB realizzato con PCB Wizard al seguente LINK!!!




 

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INTERRUTTORE CREPUSCOLARE ultima modifica: 2016-11-13T17:59:53+00:00 da ne555
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3 pensieri su “INTERRUTTORE CREPUSCOLARE

  1. Buongiorno
    volevo sapere essendo alle prime armi se c’è un motivo particolare per cui in questo progetto sia stato scelto un integrato lm311 mentre nel caso del crepuscolare con pir è stato usato un lm358
    grazie
    complimenti per gli articoli

    • Ciao 🙂
      Ottima domanda.

      LM358 è un amplificatore operazionale, qui le uscite vanno da un minimo di qualche centinaia di millivolt fino alla tensione di alimentazione meno qualche centinaia di millivolt, non ha uscite rail to rail che vuol dire raggiungono perfettamente 0V e 5V ad esempio se la tensione di alimentazione è 5v.

      Questa caratteristica potrebbe accendere leggermente il transistor, mandarlo in conduzione e quindi accendere i LEd messi come uscita del crepuscolare. L’integrato usato in questo articolo evità ciò, ma un LM358 può anche essere usato, se i LED però sono a bassissima corrente potrebbero accendersi leggermente anche quando non dovrebbero.

      Questo problema della tensione di uscita non 0 diventa critico quando si è vicini alla condizione di accensione del crepuscolare, perchè aumenta fino a tensioni pari all’accensione del transistor di uscita ma non è perfettamente acceso e non si vuole che sia acceso.

      ovvero con l’integrato LM358 quando la luce è vicino alla soglia di accensione si hanno in uscita anche 700mV che accendono il relè o i LED, mentre con l’integrato LM311 questo non accade.

      nell’altro schema non crea problemi perchè il transistor che controlla il relè è acceso dal PIR, la tensione in uscita dall’LM358 alimenta il PIR che se riceve 700mV rimane spento.

      Qui puoi usare l’LM358 ma ci possono essere problemi se la luce è vicina alla soglia di attivazione, mentre nello schema con PIR non puoi usare l’integrato LM311 perchè non è in grado di fornire la potenza al PIr per funzionare, a meno che non modifichi leggermente lo schema.

      Fammi sapere se non ti è chiaro qualcos’altro 🙂

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