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Progetti Elettronici

TCP - TIMER CICLICO 110-220v PROGRAMMABILE

(TCP Programmable Cyclic Timer 110-220Vac based on PIC16F628A)

CARATTERISTICHE    [ TORNA ALL'INDICE ]

Il TCP (Timer Ciclico Programmabile) è un particolare temporizzatore in grado di attivare un carico in modo "ciclico" programmando il tempo in cui deve essere attivo (Tempo di ON) e il tempo in cui deve essere inattivo (Tempo di OFF).

NOTA - Per questo Timer è stata realizzata una nuova versione che potete vedere cliccando QUI.

Questo Timer può funzionare anche in modalità NORMALE (non ciclico): per ulteriori informazioni, vedere il paragrafo COMANDI E USO.

Elenco delle caratteristiche del TCP:

• Tensione in ingresso: 100 ~ 240 Vca
• Gestione a Microcontrollore (Microchip)
• Precisione al quarzo
• Conteggio tipo 'Count-Down' (conto alla rovescia)
• Facile da utilizzare
• 3 pulsanti di comando:  START    STOP  e   PROG  
• Tempo di ON e Tempo di OFF indipendenti e programmabili da 1s a 99m 59s
• Memorizzazione e richiamo automatico all’accensione dei valori programmati dall'utente
• Possibilità di utilizzo come normale Timer ON/OFF (non ciclico)
• LED rosso: per visualizzazione stato relè (LOAD ON)
• LED rosso on-board: per avviso presenza rete sulla scheda (MAIN)
• Uscita relè: AC250V 10A (Resistivo) / DC30V 10A (resistivo) su morsettiera a vite (NC-C-NA)
• Visualizzazione: 4 x Display a 7 segmenti
• Fusibile di protezione sulla scheda
• Può essere utilizzato anche per bromografi, in camera oscura, per esposimetri, etc.
• Dimensioni scheda (mm.): 100 x 100

LO SCHEMA ELETTRICO    [ TORNA ALL'INDICE ]

Nella seguente figura è riportato lo schema elettrico del TIMER CICLICO PROGRAMMABILE (cliccare sulla figura per ingrandirla).

Il circuito è abbastanza semplice perché gran parte del lavoro è svolto da un microcontrollore della Microchip, il PIC16F628A.

L'intera PORTB del microcontrollore gestisce i 7 segmenti dei display ed il multiplexer. Tra il PICmicro e i display è stato inserito un 4543 (BCD-to-7 segment) che decodifica i segnali BCD ricevuti dal microcontrollore.

La percentuale di errore è molto bassa e dipende dalla tolleranza e dalla qualità del quarzo: è indispensabile anche utilizzare per C5 e C6 dei buoni condensatori ceramici (preferibilmente di tipo NPO).

Come accennato, i segmenti dei Display sono gestiti da 4 pin del PORTB e dal chip 4543: quest'ultimo riceve dal PICmicro il valore in BCD e lo codifica in 7 segmenti per essere visualizzato sul display.  

I display sono della Siemens, modello HDN1131-O (Orange, Super-Red del tipo a basso consumo, necessari per non sovraccaricare eccessivamente le uscite del 4543. In ogni segmento, quando acceso, scorre una corrente di pochi milliamperes.

Per evitare l'uso di due LED da 3 mm. come separatori di cifre, ho sfruttato i puntini decimali dei display montando capovolti il DS1 e il DS2: per gestire i display rovesciati, ovviamente, è necessario collegarli in modo appropriato (il circuito stampato tiene conto di questo "rovesciamento").

Nella seguente tabella sono elencati tutti i componenti utilizzati per realizzare questo Timer Ciclico.

REALIZZAZIONE PRATICA    [ TORNA ALL'INDICE ]

Per questo progetto ho previsto un unico PCB: la scheda va alimentata direttamente dalla tensione di rete (grazie al modulo Hi-Link HLK-PM01). Il fusibile da 400 / 500 mA protegge la scheda da eventuali cortocircuiti.

Nelle figure successive sono riportati i disegni dei Master (Top e Bottom), del Layouts e le dimensioni della scheda con il passo per la foratura e il fissaggio della stessa (per scaricare le immagini, cliccare su quella desiderata e, una volta ingrandita, con il tasto destro del mouse scegliere 'Salva immagine con nome...').

Consiglio di utilizzare uno zoccolo DIP18 per il microcontrollore ed un DIP16 per il CD4543. A proposito del 4543, è vivamente consigliato utilizzare la versione TTL (siglata 74HC4543 oppure M74HC4543) perché in grado di reggere meglio l'assorbimento richiesto dai display.

La presenza del LED DL2 (POWER ON) è molto importante perché, con la sua accensione, indica che la scheda è sotto tensione, quindi prestare particolare ATTENZIONE!. Per quanto appena detto, qualsiasi intervento sulla scheda DEVE essere fatto SOLO quando il LED DL2 (POWER ON) è SPENTO.

Il connettore MX (ICSP) è utile solo per la programmazione del PICmicro: dopo aver programmato il PIC consiglio di rimuovere questo connettore per evitare che accidentali cortocircuiti sui suoi piedini possano mettere fuori uso il microcontrollore.

La precisione del Timer è garantita da un quarzo da 8.192 MHz ed è essenziale utilizzarne uno di buona qualità (la scheda è predisposta per accettare un quarzo di tipo cilindrico ma nel caso fosse difficile reperirlo, può essere utilizzato anche un quarzo in contenitore HC49s anche se rimane leggermente sollevato per via del passo più lungo). Anche i condensatori C5 e C6 (22 oppure 27 pF) è bene siano del tipo NPO/COG a disco.

COLLEGAMENTI    [ TORNA ALL'INDICE ]

ATTENZIONE - Quando si realizzano dispositivi collegati alla tensione di rete (110 o 220 Vac) fare molta attenzione, onde evitare"pericolosissime esperienze": si consiglia pertanto di aprire o maneggiare i circuiti SOLO DOPO AVER STACCATO LA SPINA DALLA RETE ELETTRICA, osservando sempre le Norme di Sicurezza Elettrica e usando tassativamente contenitori di plastica o legno. NESSUN INTERVENTO deve essere fatto sulla scheda quando il LED Rosso DL2 (POWER ON) è ACCESO !. Qualsiasi intervento sulla scheda DEVE essere eseguito SOLO da personale specializzato.

Nell'immagine seguente è riportato un tipico schema di collegamento del Timer TCP.

La scheda va alimentata direttamente con la tensione di rete. L'assorbimento medio del circuito (in continua) si aggira sui 30 mA ma con il relè attivato si arriva anche oltre i 100 mA di assorbimento.

Per il cavo di rete e le spine è necessario utilizzare quelle da almeno 250V/10A altrimenti, con carichi da 1000 Watt (resistivi) attivati per molto tempo, i conduttori potrebbero scaldare.

Può essere utile (specie se si collegano carichi induttivi come trasformatori o motori) collegare in parallelo ai contatti del relè una rete di SNUBBER (vedi disegno a destra) formata da una resistenza e un condensatore (quest'ultimo con una tensione di lavoro di almeno 400V). Il calcolo dei valori di questi due componenti è abbastanza complesso ma per la maggior parte dei casi si possono utilizzare valori compresi tra 47 e 100nF per il condensatore e valori compresi tra 47 e 100 ohm per la resistenza. La rete SNUBBER è utile soprattutto quando si attivano carichi induttivi e serve per salvaguardare i contatti del relè "sopprimendo" l'arco che si forma quando i contatti si aprono (ovvero nel momento in cui il carico si scollega).

Per quanto riguarda la potenza, consiglio di NON APPLICARE MAI un carico maggiore di 1000 Watt per non sovraccaricare troppo il relè (specie se si usano carichi di tipo induttivo). Il Timer, infatti, può attivare senza problemi carichi con potenze fino a 500-600 Watt e per carichi superiori si consiglia di sfruttare il relè sulla scheda per "pilotarne" un altro esterno di maggiore potenza (in tal caso, se si utilizzano relè con bobina a bassa tensione, è possibile sceglierne uno a 5V, tensione prelevabile direttamente dalla scheda).

Per concludere, consiglio di stagnare le tre piste che collegano i contatti del relè alla morsettiera M2 così da aumentarne il loro spessore e renderle più performanti.

COMANDI E USO    [ TORNA ALL'INDICE ]

Le versioni del Timer Programmabile sono 2 e fanno riferimento a due differenti firmware.
La prima versione gestisce tempi da 1 SECONDO a 100 MINUTI (visualizzazione in MM:SS): la seconda versione gestisce tempi da 1 MINUTO a 100 ORE (visualizzazione in HH:MM).

Nella versione MM:SS i valori da programmare sono a passi di 1 SECONDO mentre nella versione HH:MM si possono programmare i valori a passi di 1 MINUTO.

Una volta accesso, il Timer ciclico parte in automatico con il TEMPO DI OFF: trascorso il Tempo di OFF, il relè si attiva e rimane attivato per tutto il TEMPO DI ON. Il ciclo si ripete all'infinito oppure fino a quando non si preme il pulsante STOP.
Se c'è un black out, il Timer ciclico si spegne (e il relè si disattiva): al ripristino della corrente elettrica, il Timer riparte automaticamente con il TEMPO DI OFF.

La descrizione seguente fa riferimento alla versione MM:SS ma il principio di funzionamento è lo stesso in entrambe le versioni.

  I valori di Default alla prima accensione

All'accensione, il display visualizza sempre gli ultimi valori programmati prima dello spegnimento: se non è stato mai utilizzato, dopo l'accensione il Timer è impostato sui seguenti valori di default:
 01:00  per il Tempo di ON e  30:00  per il Tempo di OFF (1 minuto ON e 30 minuti OFF).

Nella versione HH:MM i valori di default sono:
 00:01  per il Tempo di ON e  23:59  per il Tempo di OFF (1 minuto ON e 23 ore e 59 minuti OFF).

  I pulsanti di comando

•  START (RESTART)  
Pulsante per l’avvio del Timer. Alla pressione del pulsante START, il Timer si avvia con il TEMPO di OFF trascorso il quale il relè si attiva e rimane attivato per tutto il TEMPO di ON. Il ciclo si ripete all’infinito oppure fino a quando non si preme il pulsante STOP. Il pulsante START è utile anche per riattivare il Timer dopo uno STOP.


•  STOP (RESET)  
Questo pulsante ferma momentaneamente il Timer (e, se attivato, disattiva il relè). Per far ripartire il conteggio (ed eventualmente, riattivare il relè se era attivo al momento dello STOP), premere il pulsante START altrimenti una seconda pressione del pulsante STOP ferma definitivamente il conteggio e predispone il Timer pronto per essere avviato di nuovo.


•  PROG  
Premere questo pulsante per entrare nella fase di PROGRAMMAZIONE del TEMPO di ON. Premendolo una seconda volta, si passa alla PROGRAMMAZIONE del TEMPO di OFF. Premendo per la terza volta il pulsante PROG, si esce dalla fase di PROGRAMMAZIONE.

N.B. - L'entrata in PROGRAMMAZIONE è possibile solo quando il Timer è pronto per un nuovo ciclo e NON è in pausa:
quindi se il Timer non dovesse entrare in PROGRAMMAZIONE, controllare che non sia in pausa ed eventualmente, premere il pulsante STOP per disattivarlo completamente.
Durante una PAUSA di conteggio, i puntini sul Display sono entrambi spenti.
Durante la programmazione del Tempo di ON, sul display è acceso solo il puntino alto mentre durante la programmazione del Tempo di OFF è acceso solo il puntino basso.
Il Tempo di OFF è disponibile solo se il Timer è impostato nella modalità di funzionamento CICLICA.


•  Selezione del DISPLAY e VALORI DA PROGRAMMARE (solo in PROGRAMMAZIONE)  

I pulsanti START e STOP hanno una doppia funzione: quando si entra nella fase di PROGRAMMAZIONE, questi pulsanti consentono di scegliere il singolo display e i valori da programmare:

• Pulsante ▶ (START): ad ogni pressione, si accende un display per volta, da sinistra verso destra. Il display acceso è quello in cui si inserirà la cifra da programmare. Dopo il quarto display, un'ulteriore pressione del pulsante fa ripartire la sequenza dal primo display e così via.
• Pulsante ▲ (STOP): ad ogni pressione, si inserisce sul display acceso un valore da 0 a 9: terminata la sequenza, si riparte da 0 (l’inserimento dei valori è sempre in avanti).

  I Puntini luminosi sul Display

•   PUNTINI ACCESI FISSI
Il Timer è pronto: per avviarlo premere il pulsante START oppure premere il pulsante PROG per entrare in PROGRAMMAZIONE.


 

•   PUNTINI LAMPEGGIANTI
Il Timer è in funzione e il lampeggio dei puntini scandisce i secondi. Premere il pulsante STOP per fermare momentaneamente il Timer.
Dopo la pausa è possibile disattivare definitivamente il Timer premendo ancora una volta il pulsante STOP oppure, in alternativa, premere il pulsante START per far farlo ripartire dal punto in cui era stato interrotto.


 

•   PUNTINI SEPARATORI ASSENTI
Il Timer è in pausa: premere il pulsante START per riavviarlo oppure premere il pulsante STOP per arrestarlo definitivamente.


 

•   PUNTINO ALTO ACCESO
Il Timer è in fase di programmazione del Tempo di ON. Premere il pulsante ▶ (START) per cambiare la posizione oppure il pulsante ▲ (STOP) per inserire il valore.


 

•   PUNTINO BASSO ACCESO (Solo in modalità Ciclica)
Il Timer è in fase di programmazione del Tempo di OFF. Premere il pulsante ▶ (START) per cambiare la posizione oppure il pulsante ▲ (STOP) per inserire il valore.

  Scelta della Modalità di Funzionamento

Questo Timer può funzionare in modalità CICLICA (ripetitivo) oppure NORMALE (non ripetitivo).
Per cambiare la modalità, a timer fermo, tenere premuto il pulsante STOP e premere il pulsante PROG, quindi rilasciare entrambi. Ogni volta che si esegue questa procedura, sul primo display a destra appare per un attimo la cifra "1" oppure "0", ad indicare la modalità di funzionamento impostata come illustrato di seguito.

•   Modo CICLICO (ripetitivo)
Se il display segnala  0 , il Timer funziona in modalità CICLICA.


 

•   Modo NORMALE (non ripetitivo)
Se il display segnala  1 , il Timer funziona in modalità NORMALE (non ciclica).
NOTA BENE - Con questa modalità, il Timer e il relè si attivano automaticamente all'accensione oppure al ripristino dopo un eventuale black out di rete.

  I LED del TIMER

•  DL1 (LOAD ON)  
Se acceso, indica che il relè (e quindi il carico) è attivato.


•  DL2 (POWER ON)  
Nel circuito è presente la rete elettrica. L'accensione di questo LED segnala la presenza della rete elettrica sulla scheda ed è posizionato volutamente vicino al connettore di alimentazione: durante qualsiasi intervento sulla scheda, la spina di alimentazione deve essere staccata e questo LED DEVE ESSERE SPENTO.

GALLERIA IMMAGINI    [ TORNA ALL'INDICE ]

Di seguito, alcune foto della scheda finale assemblata.

Nelle successive foto è visibile il prototipo finale installato in un contenitore plastico in ABS (IP56, dimensioni 150x110x70 mm): da un lato l'entrata del cavo a 220V e dall'altro, la presa 220 V (250/10) per il collegamento del dispositivo da temporizzare.

DOWNLOAD    [ TORNA ALL'INDICE ]

Cliccando sui seguenti link, è possibile scaricare le istruzioni e il manuale tecnico del Timer Ciclico Programmabile.
Per domande, richieste o suggerimenti utilizzare SOLO la sezione COMMENTI.

Scarica il Manuale Tecnico del Timer Ciclico Programmabile (1,7 MB) Scarica il Manuale d'Uso del Timer Ciclico Programmabile (500 KB) Scarica il Datasheet del Microcontrollore PIC16F628A (3 MB)

COMMENTI    [ TORNA ALL'INDICE ]

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