Как устроен кнопочный выключатель с фиксацией

• 1 Как работает триггер
• 2 Переключатель на триггере. Развитие схемы
• 3 Итоговая схема кнопочного выключателя для УНЧ
• 4 Плата и список компонентов
• 5 Файлы

Триггер — класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Идеально, на мой взгляд, для управления реле с помощью кнопки. Тумблер, конечно, проще, но мне хотелось расширить функционал простого выключателя.

Посмотрев, что можно купить в ближайшем магазине, выбрал JK-триггер CD4027BE (советский аналог К561ТВ1). Кстати купил парочку и один оказался бракованным. Позже выяснилась одна интересная особенность отечественного экземпляра: если перепутать полярность питания, чип не сгорает мгновенно в отличие от импорта, а начинает значительно греться. После восстановления правильной полярности чип продолжает работать, как ни в чем не бывало.

JK-триггер имеет 5 входов и два выхода: прямой «Q» и инверсный «НЕ-Q».

Назначение входов:

• Вход SET (S) устанавливает выход Q в единицу независимо от состояния других входов;
• Вход RESET ® устанавливает выход «НЕ-Q» в единицу независимо от состояния других входов
• Вход J переключает прямой выход Q в единицу. Переключения синхронизированы с фронтом сигнала CLK.
• Вход K переключает инверсный выход «НЕ-Q» в единицу. Переключения синхронизированы с фронтом сигнала CLK.

Пусть J=1, K=0, тогда по фронту на CLK триггер переключится в 1; J=0, K=1 – триггер переключится в 0; J=1, K=1 – переключение на противоположенное состояние; J=0, K=0 – ничего не произойдёт.

Тактовые кнопки [ ]

Тактовая кнопка — простой механизм, замыкающий цепь пока есть давление на толкатель.

У классической 4-ех контактной тактовой кнопки замыкание происходит по диагонали.

Всего существуют 3 способа подключения тактовой кнопки к Arduino

Самая элементарная схема [ ]

Любой из контактов подключается к цифровому пину, а контакт ,находящийся на диагонали подключается к минусу платы

в данной сборке необходимо объявить цифровой пин в специальный режим INPUT_PULLUP.

снимать состояние кнопки мы будем с помощью функции digitalRead().

• Есть нажатие:buttonstate = 0;
• Нет нажатия:buttonstate = 1;

Схема с подтягивающим резистором [ ]

Программирование аналогично схеме сверху ,в данном случае цифровой пин Vout должен иметь тип INPUT

• Есть нажатие:buttonstate = 0;
• Нет нажатия:buttonstate = 1;

Схема с стягивающим резистором [ ]

Аналогично с схемой с подтягивающим резистором ,только происходит инверсия

• Есть нажатие: buttonstate = 1;
• Нет нажатия: buttonstate = 0;

Переключатель представляет из себя тактовую кнопку с фиксацией . Для работы с ним достаточно схемы № 1,без каких либо резисторов .

Преимущества кнопок управления

Кнопки позволяют осуществлять управление на расстоянии и располагать панели на безопасном расстоянии от оборудования. Такой подход помогает предотвратить травмы персонала, контролирующего движущиеся и другие опасные устройства.

Цветовая маркировка и наличие соответствующих надписей помогает понятно обозначить и разграничить функции, за которые отвечают элементы управления.

Изделия отличаются простотой, а значит и надежностью конструкции. При выходе из строя устройства легко демонтируются и заменяются на аналогичные.

Различные исполнения и модификации позволяют подобрать варианты, исходя из условий эксплуатации, особенностей управляемого оборудования и других параметров.

Типы кнопочных пультов управления

Рис. 3. Обозначение серии «ПКЕ»

Сегодня, на рынке электротехнического оборудования, выпускается достаточно большое количество разнообразных кнопочных пультов, управляющих электрооборудованием.

Однако, функционально и конструктивно, они все идентичны и отличаются дизайном и брендом. Все модельные линии этого вида электротехнической арматуры могут поставляться в различных категориях размещения и различном исполнении.

Обычно, эти два параметра отражаются в условном обозначении конкретной модели. Российские предприятия для установки в системы управления промышленным оборудованием выпускают серии «ПКЕ», ПКТ и «ПКТ»

Серия «ПКЕ» нашла самое широкое распространение в управляющих схемах дерево-металлообрабатывающих станков и промышленных комплексов.

Допустимые эксплуатационные параметры этих приборов следующие:

1. Максимальное значение коммутируемого напряжения: постоянное – 400,0 вольт; переменное (частотой 50,0 или 60,0 герц) – 660 вольт;
2. Коммутируемый ток – 10,0 ампер;
3. Максимальное число циклов срабатывания – 5×10 6 .

Условное обозначение кнопочных постов серии ПКЕ приведено на рисунке 3, в котором цифрами обозначены следующие характеристики:

• 1 – обозначение серийного ряда;
• 2 – характеристика способа установки (встраиваемый или накладной);
• 3 – категория степени защиты;
• 4 – материал корпуса и панели (металл или пластик);
• 5 – число управляемых контактов (на рисунке приведено обозначение для двух контактов);
• 6 – параметр, указывающий на модернизацию изделия;
• 7 – категория размещения и соответствующее ей климатическое исполнение.

Рис. 4. Обозначение серии «ПКУ»

Посты серии ПКУ предназначены эксплуатации во взрывобезопасной среде, где концентрация пыли или газа не приведет нарушению их работоспособности.

Арматура имеет эксплуатационные параметры аналогичные модельной линии «ПКЕ», однако, производитель предусмотрел собственное обозначение этой электротехнической арматуры, которая приведена на рисунке 4.

Цифровые обозначения, приведённые на рисунке, соответствуют следующим параметрам, которые позволяют охарактеризовать конкретную модель устройства:

• 1 – обозначение серийного ряда;
• 2 – номер серийной модификации;
• 3 – номинальный ток, коммутируемый контактами отдельной кнопки;
• 4 – число толкателей, установленных в горизонтальных рядах;
• 5 – число толкателей, установленных в вертикальных рядах;
• 6 – способ установки (накладной, встроенный или на подвесе);
• 7 – степень электрической защиты;
• 8 – категория размещения и соответствующее ей климатическое исполнение;

Рис.5 – пульт ПКТ

Серия «ПКТ» предназначена для работы с электрооборудованием грузоподъемных механизмов (электротельферов, кран-балок и мостовых кранов) с наземным, ручным управлением.

Эксплуатационные и электрические параметры аналогичны приборам серий «ПКЕ» и «ПКУ». Под аббревиатурой «IEK» на российском рынке электротехнической продукции реализуются китайская арматура, по своим характеристикам полностью аналогичная российским постам управления.

Общий вид этой электротехнической арматуры приведен на рисунке 5.

В обозначении «ПКТ-Х₁ Х₂ Х₃» цифровые индексы характеризуют следующие параметры:

• Х₁ – номер серии;
• Х₂ – число кнопок управления;
• Х₃ – категория размещения и соответствующее ей климатическое исполнение.

Взрывозащищенная пусковая арматура

Пульт управления КПВТ

Российская взрывозащищенная арматура имеет в своем буквенном обозначении дополнительный индекс «В» – «ПВК», или «КПВТ». Они нашли наибольшее распространение в цепях управления электрооборудованием, работающем во взрывоопасных средах в угольных шахтах, нефтехранилищах, окрасочных цехах и других подобных объектах.

Достаточно широко применяются тельферные кнопочные пульты «ХАС-А» («Schneider Electric» – Германия) и «KS» («SN Promet» – Польша). Кроме того, в этой категории все большее распространение получает дистанционная кнопочная управляющая арматура.

Алгоритмы

Отработка нажатия

В большинстве реальных применений работать с текущим состоянием кнопки очень неудобно, например когда действие должно быть выполнено однократно при нажатии на кнопку, т.е. по клику. Чуть усложним конструкцию, добавив один флаг, который будет помнить состояние кнопки. Такая конструкция позволяет отслеживать нажатие и отпускание кнопки и реагировать на них однократно:

Дребезг контактов

Кнопка не идеальна, и контакт замыкается не сразу, какое-то время он “дребезжит”. Прогоняя данный алгоритм, система опрашивает кнопку и условия приблизительно за 6 мкс, то есть кнопка опрашивается 166’666 раз в секунду! Этого достаточно, чтобы получить несколько тысяч ложных срабатываний. Избавиться от дребезга контактов можно как аппаратно, так и программно: аппаратно задача решается при помощи RC цепи, то есть резистора (

1-10k) и конденсатора (

100nF). Выглядит это следующим образом:

Программно можно ввести простейший таймер нажатия, основанный на millis() , время гашения дребезга примем 100 миллисекунд. Вот так будет выглядеть код:

Рекомендуется конечно же использовать аппаратный способ, так как он не нагружает ядро лишними расчетами. В 99.99% проектов будет достаточно программного антидребезга, так то смело используйте конструкцию с millis() .

“Импульсное” удержание

В устройствах с управлением кнопкой очень часто бывает нужна возможность изменения значения как однократно кликом по кнопке, так и “автоматически” с тем же шагом – при удержании. Такой вариант реализуется очень просто, добавлением ещё одного условия в наш предыдущий алгоритм, а именно: если кнопка была нажата, но ещё не отпущена, и прошло времени больше, чем задано – условие вернёт true . В примере ниже периодичность “нажатий” при удержании настроена на 500 миллисекунд (2 раза в секунду):

Пользоваться таким кодом напрямую будет неудобно, поэтому можно “обернуть” его в класс (читай урок про классы и урок про написание библиотек).

Простейший класс кнопки

Вот так предыдущий пример можно сделать классом (мы делали это вот в этом уроке), положить его в отдельный файл (button.h) и пользоваться:

Другие возможности кнопки

Кнопка только с виду кажется простым устройством, дающим 0 и 1, но, подключив фантазию и время, можно придумать гораздо больше применений обычной кнопке. В моей библиотеке GyverButton реализовано очень много всяких интересных возможностей по работе с кнопкой, вот список:

• Работа с нормально замкнутыми и нормально разомкнутыми кнопками
• Работа с подключением PULL_UP и PULL_DOWN Опрос кнопки с программным антидребезгом контактов (настраиваемое время)
• Отработка нажатия, удерживания, отпускания, клика по кнопке (+ настройка таймаутов)
• Отработка одиночного, двойного и тройного нажатия (вынесено отдельно)
• Отработка любого количества нажатий кнопки (функция возвращает количество нажатий)
• Функция изменения значения переменной с заданным шагом и заданным интервалом по времени
• Возможность работы с “виртуальными” кнопками (все возможности библиотеки используются для матричных и резистивных клавиатур)

Подробное описание библиотеки можно почитать в заголовочном файле на странице библиотеки, также там есть много примеров.