Interruttore crepuscolare

Nella pubblica illuminazione, nei piazzali, nelle aree aperte illuminate, sappiamo quanto sia utile che le lampade vengano gestite da un automatismo che le accende all’ora giusta e le spenga a tempo, ma anche e soprattutto un sistema in grado di accendere l’illuminazione quando le condizioni di luce ambientale lo richiedono, spegnendole al mattino quando il sole illumina nuovamente. Questo qualcosa è l’interruttore crepuscolare, cosiddetto perché si attiva al crepuscolo accendendo le lampade quando la luce del sole o comunque del giorno, non basta più. L’interruttore crepuscolare è un circuito classico dell’elettronica e non “tramonterà” mai, almeno fin quando al giorno seguirà la notte. Di crepuscolari ne abbiamo già proposti in passato, ma trattandosi di qualcosa che serve sempre ritorniamo sull’argomento proponendone uno nuovo, in queste pagine, la cui realizzazione sarà insieme un’occasione per affidare all’automazione qualcosa che altrimenti si farebbe manualmente e un momento di ripasso dell’elettronica tradizionale: quella, per intendersi, di prima che le logiche programmabili avessero il sopravvento.
Il nostro circuito è sostanzialmente un interruttore sensibile alla luce e può essere utilizzato non solo per controllare lampade ma anche per fornire un segnale elettrico a un sistema domotico o per aprire o chiudere tapparelle e coperture motorizzate, che ad esempio vanno aperte in presenza della luce e chiuse al buio o viceversa.
Dunque, lasciamo i preliminari e andiamo subito a vedere come è fatto il nostro circuito, dando per prima cosa uno sguardo allo schema elettrico corrispondente.

Schema elettrico

Si tratta di qualcosa di davvero semplice: un amplificatore operazionale montato come comparatore ed una fotoresistenza che ci serve a rilevare il livello di illuminazione nell’ambiente; completa il circuito l’attuatore, che nel nostro caso è un piccolo relé. Per rilevare l’illuminazione ci serviamo del fotoresistore siglato LDR1, il quale presenta massima resistenza al buio (circa 1 Mohm) e la minima (alcune centinaia di ohm) in corrispondenza dell’esposizione ad una forte intensità luminosa; questa prerogativa ci permette di rilevare il livello d’illuminazione dell’ambiente sulla base del valore resistivo assunto dal componente, ovvero, inserendo il fotoresistore in un partitore di tensione, di farlo riferendoci alla tensione ottenuta in uscita da quest’ultimo. L’uso di un partitore ci consente di usare un comparatore con il quale definiamo la soglia di tensione, corrispondente ad un certo valore di luminosità, in corrispondenza del quale il relè deve essere eccitato. L’inserimento di un trimmer RV1 nella rete di applicazione della tensione di riferimento del comparatore ci lascia liberi di definire il livello di luminosità al quale il crepuscolare deve entrare in funzione. Ma vediamo il funzionamento nel dettaglio, ipotizzando di partire dalla condizione di totale oscurità; in questo caso la resistenza assunta da LDR1 è molto più elevata di quella di R1 ed R5, quindi la tensione presente tra il nodo formato da essa con R1 ed R6 è circa uguale a quella che si rileva a valle del diodo D2 e perciò la stessa che si presenta all’ingresso non-invertente dell’operazionale IC1d contenuto nell’LM324 siglato IC1.
Se il cursore del trimmer RV1 è lontano dalla linea positiva (ossia dal catodo del D2) la tensione presente sull’ingresso invertente dell’operazionale è inferiore a quella localizzata sul non-invertente, quindi l’uscita dell’IC1d si porta a livello logico alto e polarizza in base T1, il cui collettore conduce corrente ed alimenta simultaneamente la bobina del relé ed il bipolo R3/LD1, facendo illuminare il LED (segnalando così l’attivazione dell’uscita del crepuscolare) ed eccitare RL1. Lo scambio di quest’ultimo si chiude tra i contatti C ed NO, chiudendo il circuito dell’utilizzatore ad essi collegato.
Quando la luce nell’ambiente aumenta, la tensione portata da R6 e D3 al piedino 5 dell’IC1d comincia a scendere, a causa del fatto che la resistenza del fotoresistore prende a calare progressivamente, in relazione con l’intensità della luce che ne colpisce la superficie sensibile; ad un certo punto l’ingresso non-invertente si trova ad un potenziale inferiore a quello portato sull’invertente dal cursore del trimmer RV1 ed il comparatore inverte lo stato della propria uscita, la quale passa a livello basso e lascia interdire il transistor T1. Ora il LED si spegne e l’equipaggio mobile del relé ricade. Se la luminosità nell’ambiente scende di nuovo, il piedino 14 dell’U1 torna a livello alto e RL1 si eccita nuovamente (inoltre il LED si riaccende).

Schema elettrico

Il punto in cui il relé viene eccitato ed il LED acceso si decide mediante il trimmer RV1: portando il cursore di questo componente verso massa si riduce la tensione in corrispondenza della quale il comparatore torna a riposo e quindi è richiesto che ci sia molta luce nell’ambiente per disattivare il relé, mentre, al contrario, andando verso il catodo del diodo D1 la tensione che il piedino 5 deve raggiungere cresce e per innescare il relé il fotoresistore deve presentare valori di resistenza più elevati e quindi occorre che faccia più buio.
Del circuito del comparatore notate che il diodo D2 (serve a portare il potenziale dalla R6 all’operazionale, evitando che C3 si scarichi attraverso essa) è stato inserito per realizzare, insieme al condensatore C3, una sorta di rete anti-pendolarismo indispensabile ad evitare sia che il comparatore commuti al verificarsi di una brevissima variazione di luce (dovuta ad esempio al sorvolo di un uccello o al passaggio di una persona o di un’automobile) sia che nel passaggio dal buio alla luce e viceversa il relé cominci a trillare perché il comparatore commuta ripetutamente in quanto il valore resistivo assunto dal fotoresistore oscilla nell’intorno di quello che determina la commutazione. Quest’ultima situazione si potrebbe anche evitare retroazionando IC1d in positivo, realizzando così un circuito ad isteresi (ossia con due diverse soglie di commutazione) ma in questo caso abbiamo optato per il comparatore normale, filtrando la tensione fornita dal partitore comprendente il fotoresistore mediante una rete RC.
Detto ciò non ci resta che vedere il circuito di alimentazione, composto dal diodo D1 (che protegge dall’inversione di polarità ai morsetti di ingresso) posto a valle della morsettiera di alimentazione e dai condensatori C1 e C2, scopo dei quali è filtrare l’alimentazione, in special modo se viene prelevata da un alimentatore da rete. Il circuito richiede, per funzionare, una tensione continua, meglio se stabilizzata (altrimenti il comparatore può oscillare in prossimità della tensione di soglia, malgrado la rete RC di filtro) di valore compreso tra 9 e 12 volt; la corrente richiesta è dell’ordine dei 30 milliampere, grazie anche all’adozione per RL1 di un relé sub-miniatura la cui bobina assorbe circa 15 mA.

Circuito completato

Concludiamo lo studio della schema elettrico con il diodo D2, che si trova in antiparallelo alla bobina del RL1 e che quindi, in condizioni normali è interdetto; questo componente serve quando il transistor, interdicendosi, interrompe la corrente nella bobina mobile del relé, allorché a causa della natura induttiva delle induttanze, la stessa reagisce generando un’extratensione inversa che, se non venisse soppressa proprio dal fatto che il diodo, polarizzato all’inverso, la cortocircuita, andrebbe a danneggiare la giunzione di collettore del T1.

Piano di montaggio

Realizzazione pratica

Passiamo adesso alla costruzione del crepuscolare, per il quale abbiamo previsto un circuito stampato monofaccia che ospiterà tutti i componenti.

Fig. 1

Incisa e forata, sarà pronta per accogliere i vari elementi, che consigliamo di montare in ordine di altezza rammentando che resistenze e diodi devono essere posizionati in verticale, secondo le indicazioni del piano di montaggio illustrato in queste pagine. Sistemati resistenze, condensatori non polarizzati e diodi (LED compreso, il cui lato smussato deve essere rivolto al lato vicino dello stampato) collocate lo zoccolo per l’LM324, il piccolo relé ed il transistor BC547, che va orientato con il lato piatto rivolto proprio al RL1; passate quindi agli elettrolitici ed al trimmer (che va montato in verticale) e concludete con le morsettiere a passo 2,54 mm per l’alimentazione del circuito ed il collegamento dell’utilizzatore allo scambio del relé. Infine, potete inserire l’LM324 nel proprio zoccolo, badando che la sua tacca di riferimento sia rivolta al lato vicino del circuito stampato. La fotoresistenza può essere sistemata sul circuito stampato (non ha polarità, quindi potete collegarla come preferite) da una qualsiasi delle due facce o montata all’esterno collegandola con due spezzoni di filo in guaina, purché non più lunghi di due o tre metri. Il circuito stampato, una volta completato, può essere inserito in un contenitore in plastica, rendendo accessibile attraverso una finestrella il fotoresistore e ricavando un’apertura per il passaggio dei fili elettrici di collegamento del carico e dell’alimentazione (Fig. 1). Nel nostro prototipo abbiamo utilizzato un contenitore Kradex KZ23, reperibile su questo sito con il codice prodotto 5180-KZ23. Per l’installazione ricordate che la fotoresistenza non deve mai essere rivolta verso i corpi illuminanti (le lampade) ma piuttosto verso il basso, perché altrimenti all’accendersi delle luci verrà inevitabilmente illuminata e il crepuscolare sarà disturbato al punto da far ricadere il relé, il qual poi tornerà attivato dal buio e si innescherà un pendolarismo, ossia una pulsazione ritmica del relé con la conseguente pulsazione delle lampade.
Per l’utilizzo pratico ricordate che il relé da noi usato permette di commutare correnti fino a 500 mA in circuiti funzionanti a non più di 120 Vcc o 100 Vca; per comandare una lampadina o un carico elettrico funzionante con la tensione di rete A 230 Vca dovete servirvi di un servo relé da 12V far passare dallo scambio (contatti C ed NO) la tensione di alimentazione del circuito (prelevata da Vcc) in modo da alimentare la bobina del servo-relé quando RL1 si chiude. Lo scambio del servo relè permetterà quindi di alimentare l’utilizzatore.
Se con il crepuscolare intendete comandare una tapparella motorizzata che deve chiudersi automaticamente alla sera e riaprirsi al ritorno del sole, usate i contatti C ed NO come interruttore; la tapparella dovrà prevedere un microswitch o un sensore di presenza per evitare di schiacciare chi si trova eventualmente sul passaggio.

Schema di cablaggio

Download

1 Commento

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato.

Menu