Možnost využití Hallové sondy k ovládání závor

^[1]Už několik let na svém kolejišti používám ke spouštění závor spínání Hallovou sondou. Je to efektní. Kamarádi modeláři se ptají, jak to funguje? Jelikož jsem při svých prvních pokusech také nenašel potřebné informace, tak se chci o svoje zkušenosti podělit. Třeba to bude někomu užitečné.   

Princip Hallové sondy

  V základu je Hallova sonda elektrický bezkontaktní spínač, který sepne v magnetickém poli. Je na něj připojeno stejnosměrné napětí. Po přiblížení magnetu začne výstupem sondy protékat slabý proud, v řádu miliampér. Ten je nutno zesílit tranzistorem, například pro sepnutí relé.
  Sonda reaguje na magnet jen z jedné strany, té širší, jak je patrné na obr. 1. Taky spíná jen jeden pól magnetu (jestli S nebo J to nevím, to je nutno zkusit; magnet není označen). Spolehlivě spíná na vzdálenost okolo 10 mm od magnetu.
  Zjistil jsem, že jsou různé sondy, liší se maximálním připojeným napětím, maximálním proudem výstupu a jeho polaritou.

^[2]

  Na obr. 1 je zapojení dle technické dokumentace. Já používám sondu TLE 4905L (před časem stála asi 29 Kč), plus magnet průměru 5 mm (za 25 Kč). Princip funkce této sondy je naznačen na obr. 1. Mezi elektrody 1 a 3, tedy plus napájení a výstup je zapojen odpor 10k. Při sepnutí spínače protéká přes odpor proud do výstupu. Na odporu vzniká úbytek napětí, pokles. Proud je jen několik mA, a proto se musí zesílit PNP tranzistorem, například pro sepnutí relé, nebo pro jinou funkcionalitu. Já tohoto efektu využívám k překlopení klopného obvodu pro spouštění a zvedání závor. Sonda má velkou citlivost a pracuje v širokém rozmezí napájecího napětí, mám odzkoušeno od 3.5 – 15 V.  Tolik krátce pro méně zkušené o principu funkce Hallova spínače.
  Na obr. 2 je schéma tranzistorového zesilovače proudu připojeného k výstupu každé sondy. Je proveden na malém kousku plošného spoje a umístěn těsně u sondy, jejíž elektrody jsou prodlouženy několik centimetrů dlouhou trojlinkou, protože ne všude nám délka elektrod postačuje. Diody D 1 – 4 jsou na každém plošném spoji jednotlivých sond.

Praktické využití pro ovládání závor

  Na obr. 3 je znázorněno umístění sond na trati a jejich funkce. Jedná se o spouštění závor. Spouštění závor je umístěno na vedlejší jednokolejné trati, na které pendluje malý motoráček M131 Hurvínek. Na jeho spodní části je nalepen malý magnet. Jezdí v analogovém impulsním napětí. Toto zjednodušuje přepínání sond podle směru jízdy, aby vždy spínala ta správná.

^[3]

Obr. 3

  Využívá se základní vlastnost napájení, to je, že při směru jízdy dopředu je vždy v pravé koleji kladné napětí. Toto se odebírá, třeba přímo z kolejí přes diody č. 5 a 6. Když jede vlak ve směru červené šipky, je na sondě č. 1 přítomno napájecí napětí. Magnet uvede sondu do sepnutého stavu a tranzistorem zesílený impulz překlopí klopný obvod  do stavu „zavírá“. Postupně vlak najede na sondu č. 2, ale ta je bez napětí a nereaguje. Za závorami je pod napětím sonda č. 3, magnet vlaku ji sepne, impulzem se přestaví klopný obvod do základního stavu „otvírá“. Sonda č. 4 nereaguje, nemá napětí.
  Ten samý princip funguje pro jízdu opačným směrem podle modré šipky. Tentokrát je přes diodu č. 6 napájená sonda č. 4 a č. 2. Sonda č. 4 zavírá a č. 2 otvírá. Napětí v kolejích je dostatečné ke spolehlivému sepnutí sondy, neboť spíná už při napětí cca 3,5 V. Tento způsob napájení tedy není možno použít v digitálním provozu. Tam by musel spínat napětí do sond podle směru jízdy nějaký digitální spínač.

Klopný obvod

  Na obr. 4  je jednoduchý klopný obvod pro spínání motoru závor, přepínaný Hallovými sondami. Obvod je po připojení napětí stabilní v jednom stavu.

^[4]

Obr. 4

  Závory otevřeny – impuls z Hallovy sondy č. 1 nebo č. 4 přes příslušné diody překlopí obvod do druhého stavu. Tranzistor T 2  se otevře a sníží napětí na bázi T1, ten se uzavře. Oba tranzistory v tomto stavu setrvají. Na kolektoru T1 je plné napětí a otvírá se T3, dvojitý Darlingtonův tranzistor. V jeho kolektoru je přes mikropřepínač zapojen motor ovládající závory. Po dosednutí závor do spodní polohy se pouze přepne excentr mikropřepinač a tím se vypne motor. Impulzem ze sondy č. 2, nebo č. 3 se klopný obvod přepne do výchozího stavu a přes tranzistor T 4 a mikrospínač motor závory zvedne.

Mechanické provedení

  Na závěr ještě pár slov k obr. 5, na kterém je konstrukční schéma mechaniky spouštění závor. Jako motor je použit nízkonapěťový motor ze starého magnetofonu (stejně lze použít motor z mechaniky CD). Tyto motorky jsou na cca 2 – 4V, jsou nízkootáčkové a snadno se nastaví rychlost zavírání. Gumičkou je poháněna kladka (také z magnetofonu) nebo setrvačník. Hřídelka je opatřena gumovým válečkem (bužírkou nebo silikonem) a je přitlačována na setrvačník v převodovce pohonu použité z hračky autíčka. Na osičce pro kolečka je nasazen  excentr. Je to kolečko z plastu nebo plexi o průměru asi 25 mm, vysoustružené ve vrtačce. Po jedné polovině obvodu je snížen průměr o asi 1,5 mm (viz nákres). Mezi změnami průměrů je plynulý přechod, po kterém klouže plíšek mikrospínače. Ve vzdálenosti 10 mm od středu je zalepen kolíček 10 x 1 mm. Tento při otáčení  kolečka excentru zvedá páku, na které jsou táhla k závorám. Důležité je, aby mikrospínač byl ve správné poloze k excentru a přepínal přesně v okamžiku, kdy kolíček – a tedy i závory -, jsou vždy v horní nebo dolní poloze. Motor se otáčí stále stejným směrem, není nutno přepínat.

^[5]

Poznámka: Motivem pro tento článek nebylo prezentovat návod na stavbu mechaniky závor; tento návod byl doplněn na dávné přání redaktora tohoto webu. Spíš mi šlo o uvedení příkladu praktického využití Hallových sond, což může být inspirativní pro další modeláře.

Obrazová příloha

[Show as slideshow] ^[6]

Video

Hurvínek na chráněném přejezdu I. – ZDE ^[7]

Hurvínek na chráněném přejezdu II. – ZDE ^[8]

Text, foto, video a schemata Jiří Kubík