Багатоканальна система дистанційного керування
або «Розумний будинок» своїми руками.
Як то кажуть, лінь - двигун прогресу. Можливо, тому все більшого поширення набувають системи дистанційного керування електроприладами, побутовою технікою та освітленням. Системи «Розумний будинок» широко поширені на Заході тільки-тільки починають з'являтися у нас. Ціни на найпростіші системи дистанційного керування освітленням, ролетами, гаражними воротами і т.п. зашкалюють за відмітку 20 000 ... 50 000 €. Чи не кожен житель країн колишнього USSR може дозволити собі установку подібного «розумного» комплексу. Далі установки «Сапфіра» для управління люстрою в більшості випадків не доходить. А хотілося б використовувати нашу слов'янську кмітливість на повну, тим більше що руки ростуть якраз звідти, звідки належить.
Розроблено кілька варіантів пристрою дистанційного керування навантаженнями, що відрізняються між собою як функціональними можливостями, так і кількістю виходів для підключення навантажень. У цій статті наводиться опис 29 канальної версії пристрою. більш " просунута "З можливістю управління і налаштувань від комп'ютера 15-ти канальна і "урізані" 8-ми і 10-ти канальні версії знаходяться тут , тут і там , Відповідно ...
Основні можливості модуля наступні:
· 29 виходів для підключення навантажень;
· Дистанційне керування і налаштування за допомогою будь-якого пульта дистанційного керування, що працює по протоколу RC-5;
· Запам'ятовування 35 команд пульта дистанційного керування - режим навчання командам;
· Можливість програмування включення виходів від різних пультів дистанційного керування (наприклад, управління виходами 1 ... 10 і сервісними функціями від одного ПДУ, а управління виходами 11 ... 29 від ПДУ з іншим системним адресою), при цьому кожен з пультів управляє тільки "своїми" виходами;
· Кожен з виходів може працювати як в тригерній режимі (зміна стану навантаження вкл. / Викл. Після кожного натискання на кнопку), так і в режимі тимчасової активності (навантаження включається на час заданий в меню для даного каналу: від 1 до 100 сек. з дискретністю 0,1 секунди.);
· Відключається таймер автоматичного вимкнення навантажень автоматично через певний час при відсутності прийнятих команд з пульта дистанційного керування або клавіатури;
· Діапазон встановлюється в меню часу автоматичного вимкнення навантажень від 1 хвилини до 16 годин 40 хвилин з кроком 1 хвилина;
· 1 цифровий вхід для підключення ланцюжка фотоприймачів;
· 1 аналоговий вхід для підключення 30-командної клавіатури або місцевих вимикачів освітлення;
· Функція програмного «антидребезга» клавіатури і затримка на виконання дублюючих команд ПДУ.
· Можливість підключення до 30 фотоприймачів типу ILMS 5360 в паралель з трьохпровідний лінії;
· Можливість підключення великої кількості кінцевих вимикачів або повнофункціональних блоків клавіатури, розташованих в різних приміщеннях за існуючою двухпроводной лінії 220В .;
· Відключається через меню звуковий сигнал за допомогою біпера для інформування про включення навантажень, неправильно прийнятих командах і т.п .;
· Можливість підключення по одній двухпроводной лінії до 100 12-вольтів біпера з вбудованим генератором і можливість розташування їх у різних приміщеннях;
· Збереження всіх настройок і стану навантажень в незалежній пам'яті контролера і їх відновлення після подачі живлення на пристрій;
· Відключається через системне меню функція "антіповтора натискань", що не дозволяє навантаженні "смикатися" (тобто періодично включатися і вимикатися) при утриманні натиснутоюклавіші ПДУ або клавіатури;
· Скидання налаштувань «за замовчуванням» через системне меню, при цьому всі виходи встановлюються в критичний режим роботи, час автоматичного відключення встановлюється рівним 12 годин, включається звук;
· Автоматичне відключення клавіатури при вході в системне меню і подальша її активація по завершенню налаштувань і виході з меню, для усунення помилкового введення даних.
Опис електричної принципової схеми і підключення пристрою:
Основу пристрою складає мікропроцесор AT Mega16 з «захистом» програмою управління, яка бере на себе обробку всієї що надходить від датчиків і вимикачів інформації і виробляє необхідні розрахунки.
Принципова електрична схема пристрою в форматі gif розміщена тут , А в форматі spl - тут . Джерело живлення напругою 10 ... 15 В. / 1,5 ... 2 А при цьому на схемі не показаний, в авторському варіанті використаний готовий модуль харчування від ноутбука 12,6 V / 4,2 A.
Креслення друкованої плати в форматі LAY можна скачати по цим посиланням .
Мікроконтролер можна замінити на AT Mega16L. Замість трёхвиводного керамічного резонатора можна встановити двохвивідною кварцовий, за умови установки блокуючих конденсаторів ємністю 18 ... 22 пФ. між висновками кристала і загальним проводом схеми. Реле можуть бути будь-якими, розрахованими на напругу живлення 12 В. і відповідну силу струму у вторинному ланцюзі. Номінали інших елементів схеми за винятком резисторів R1, R 35, R 37 ... R 65 не критичні. Зазначені опору повинні бути підібрані з точністю ± 10%. Така точність обумовлена малою різницею між напруженнями, що подаються на вхід АЦП мікропроцесора при натиснутих кнопках. Як видно з написаного вище, мікроконтролер визначає номер натиснутоюклавіші за рівнем надходить на вхід PA0 напруги за допомогою програмної перекодування напруги в код натиснутої кнопки. Якщо буде натиснуто кілька кнопок одночасно то, як видно зі схеми клавіатури, великим пріоритетом має кнопка з меншим номером команди. Призначення кнопок ручного управління наступне:
«Вимкнути все» - вимкнути всі включені навантаження,
1 ... 29 - керування відповідними виходами.
Стабілітрон VD 12 служить для захисту мікропроцесора від імпульсних перешкод, які можуть виникнути в сполучних проводах при їх значній довжині.
Можливо безліч варіантів підключення кнопок ручного управління. На малюнку 1 зображені два з них.
Перший полягає у виготовленні окремої плати клавіатури з розташованими на ній ланцюжком резисторів і гвинтових затискачів. В цьому випадку кнопки підключаються до відповідних контактів затискачів і можуть бути рознесені на значну відстань від базового блоку. При цьому допускається з'єднання кнопок паралельно, наприклад, з метою управління освітленням з різних кінців коридору і т.п. У цьому випадку доцільно використовувати існуючу електричну мережу і штатні вимикачі, однак попередньо необхідно виключити попадання напруги на елементи схеми, а клавішні вимикачі замінити на вимикачі без фіксації положення (можна просто встановити всередині корпусу вимикача поворотну пружину).
Другий варіант передбачає розташування резисторів безпосередньо в корпусі кожного вимикача або відповідної йому сполучної коробці, при цьому також можливе паралельне з'єднання кнопок управління, але тільки при установці в корпус кожної резистора відповідного номіналу. В цьому випадку плату клавіатури годі й виготовляти.
У разі якщо пристрій буде використовуватися для централізованого управління освітленням, як в авторському варіанті, в заново споруджуваному будинку (або після ремонту) доцільно встановити модуль у відповідний електричний щиток. В цьому випадку всі дроти від навантажень (світильників) і настінних вимикачів зводяться до модуля дистанційного керування і підключаються до нього відповідно до схеми. При прокладанні нових проводів необхідно врахувати, що для підключення інтегральних фотоприймачів бажано використовувати кручену пару категорії 5Е, при цьому використовуються лише дві пари з наявних чотирьох. Підключення фотоприймачів має бути таким, щоб мінімально знизити ймовірність проникнення імпульсних наводок на вхід схеми. Приклад підключення кручений пари наведено в таблиці 1. Вільні пари можна використовувати за їх прямим призначенням (LAN 100Mb / s., Телефон і т.п.), в авторському варіанті по ним підключені датчики температури DS18B20 до системи управління опаленням будинку. Екран кабелю, втім, як і корпус розподільного щитка, для зменшення перешкод необхідно з'єднати з пристроєм заземлення. Загальний провід схеми також необхідно заземлити. Корпус розподільного електрощита потрібно підключати до пристрою заземлення та згідно з діючими правилами пристрої і експлуатації електроустановок споживачів. Наявні вільні пари можна задіяти і для підключення біпера і кнопок управління (цей приклад наведено в таблиці 1). Подібне підключення досить зручно, так як бипер і фотоприймач конструктивно можна розмістити одному корпусі і встановити, наприклад, на стелі кімнати. Використання вільної пари для підключення кнопок управління (використовується другий варіант підключення) дозволяє скоротити фінансові витрати на додатковий провід, а також підвищити перешкодозахищеність пристрою. Підпрограма обробки натискання клавіш, втім, і так має достатню помехозащищенностью, з огляду на використання алгоритмів розрахунку натиснутою кнопки з прогнозом результату і корекцією помилок.
Таблиця 1.
№
колір проводу
Куди / звідки
1
Білий з помаранчевою смугою
- Харчування фотоприймачів / загальний модуля
2
помаранчевий
+ Харчування фотоприймачів
3
Білий із зеленою смугою
Загальний модуля / - харчування фотоприймачів
4
зелений
Data (OUT) фотоприймачів
5
Білий з блакитною смугою
- Кнопок управління / загальний модуля
6
блакитний
+ Кнопок управління
7
Білий з коричневою смугою
- біпера / емітер керуючого транзистора
8
коричневий
+ Біпера / +12. харчування
Робота модуля і його запуск:
При включенні харчування мікропроцесор налаштовує порти введення-виведення і ініціалізує вбудовані пристрої відповідно до мікропрограмою, після чого перевіряє чи натиснута кнопка «Вимкнути все» на клавіатурі. Якщо натискання буде зафіксовано то контролер подасть два довгих звукових сигнали і прейдёт в режим навчання командам ПДУ, в іншому випадку пролунає один довгий (500 мс.) І три коротких (по 100 мс.) Звукові сигнали і пристрій перейде в робочий режим в якому виконується управління навантаженнями. Однак слід врахувати, що при першому включенні в пам'ять мікропроцесора не містить кодів команд і необхідно навчити пристрій командам ПДУ. В іншому випадку буде поданий звуковий сигнал помилки (один сигнал середньої тривалості і три коротких), що свідчить про прийом невірної команди. Після програмування команд пульта дистанційного керування необхідно через системне меню зробити скидання налаштувань за замовчуванням. Як це зробити написано далі. Якщо скидання не справити то нормальна робота пристрою не гарантується.
Після натискання на будь-яку з кнопок пульта дистанційного керування контролер звіряє отриманий код з кодами, що зберігаються в пам'яті, і в разі виявлення збігів виконує відповідну команду. При відсутності збігів буде поданий (при включеному звуці) відповідний сигнал помилки: один сигнал середньої тривалості (300 мс.) І три коротких (100 мс.). При отриманні команди включення будь-якої навантаження подається одиночний звуковий сигнал. При отриманні команд включити все або вимкнути все буде звучати два коротких (по 50 мс.) Звукові сигнали.
При відсутності команд дистанційного керування або керування з клавіатури протягом заданого часу (дивіться «установка часу автоматичного відключення навантажень при відсутності сигналів управління модулем») все актівниё зараз навантаження відключатися. При цьому модуль подасть шість довгих звукових сигналів, що означають спрацьовування таймера автоматичного відключення.
Якщо включена функція антіповтора натискань, то відповідне навантаження переключиться при кожному натисканні на кнопку ПДУ або клавіатури тільки один раз. Для повторного перемикання необхідно відпустити, а потім знову натиснути відповідну клавішу. Якщо функція антіповтора натискань відключена, а вихід працює в тригерній режимі, то при утриманні натиснутою кнопки реле буде переключатися в протилежний стан з частотою близько 3-х Гц. Якщо ж вихід працює в режимі тимчасової активності, то відлік часу в цьому випадку почнеться лише після відпускання кнопки.
Навчання командам ПДУ:
Як увійти в режим навчання, написано вище. У цьому режимі пристрій очікує натискання кнопок на пульті дистанційного управління, відповідних виконуваних командам.
Порядок натискання на кнопки пульта дистанційного керування при початковому програмуванні модуля визначений наступний:
1. - вимкнути всі навантаження / настройка часу автоматичного відключення при знаходженні в системному меню;
2. - включити / вимкнути навантаження 1;
3. - включити / вимкнути навантаження 2;
....................................................
30. - включити / вимкнути навантаження 29;
31. - включити всі навантаження, що працюють в тригерній режимі / настройка режимів роботи виходів при знаходженні в системному меню;
32. - вхід в системне меню;
33. - включення / відключення звуку (біпера) при знаходженні в системному меню;
34. - скидання налаштувань за замовчуванням при знаходженні в системному меню.
35. - включення / вимикання функції антіповтора при знаходженні в системному меню.
Після натискання на кожну з кнопок мікропроцесор зберігає в незалежній пам'яті код, відповідний натиснутій клавіші і подає короткий звуковий сигнал. При натисканні на кнопку код якої вже був записаний в пам'ять (кнопка була натиснута раніше або утримується в натиснутому стані в поточний момент) пристрій подає три короткі звукові сигнали, що свідчать про помилку. Після закінчення процедури запам'ятовування прозвучить два довгих і три коротких звукових сигнали і пристрій перейде в робочий режим в якому виконується управління навантаженнями.
Системне меню і настройки:
Для входу в системне меню модуля необхідно натиснути на ПДУ одним натисканням клавіші (дивіться «навчання командам ПДУ»). Виклик меню з клавіатури навмисне не передбачався. Вхід в меню супроводжується трьома звуковими сигналами середньої тривалості. При цьому під час навігації по меню кожна прийнята команда супроводжується відповідним звуковим сигналом, незалежно від того чи включений звук. Тобто поки користувач буде знаходитися в меню, звуковий сигнал буде подаватися пристроєм незалежно від його налаштувань.
Можливі такі настойки при натисканні відповідної кнопки на пульті після входу в системне меню (дивіться розділ «навчання командам ПДУ»):
1. Включення / відключення звуку (біпера). При цьому кожне натискання на кнопку №33 ПДУ викликає або включення, або відключення звуку. Якщо користувач натисканням на кнопку відключив звуковий сигнал, то на підтвердження цього пристрій подасть два сигнали середньої тривалості, при цьому реальне відключення звуку буде виконано тільки після виходу з меню. Якщо ж користувач звук включив, то модуль відповість одним сигналом середньої тривалості (200мс.). Звук в цьому випадку залишиться включеним і після виходу з системного меню.
2. Установка часу автоматичного відключення навантажень при відсутності сигналів управління модулем. При натисканні на кнопку «вимкнути все» (№1 на ПДУ) пристрій подасть один довгий звуковий сигнал і чекатиме введення трьох цифр (0 ... 9) від цифрових клавіш ПДУ, підтверджуючи кожну прийняту цифру коротким звуковим сигналом. Після закінчення введення часу буде поданий один довгий і два коротких звукових сигнали. При цьому необхідно враховувати, що введення цифр здійснюється безпосередньо цифровими кнопками пульта (діапазон кодів в системі RC-5 від 00000 для «0» до 01001 для «9»), а не кнопками відповідними номерами навантажень (№1 ... 10). При невірно кнопці ПДУ ніяких звукових сигналів не подається, модуль буде очікувати прийому цифр, підтверджуючи одиночним звуковим сигналом лише цифрові значення. Якщо значення часу було введено невірно, то необхідно або відключити модуль від джерела живлення до закінчення введення трьох цифр, або завершити введення і після звукових сигналів, що означають закінчення введення всіх цифр, повторно увійти в даний підміню і ввести правильне значення. Якщо встановити час автоматичного відключення рівним нулю (комбінація «000»), то таймер відключається, і автоматичне відключення навантажень відбуватися не буде. Дискретність установки часу становить одна хвилина (999 хв. При «999»).
3. Установка годині активного стану для кожного з каналів управління. При натісканні на кнопку «Включити все» (№31 на ПДУ) Пристрій подасть два Довгих звукових сигналі и Чекатиму Введення трьох цифр (0 ... 9) від цифрових клавіш ПДУ, підтверджуючі шкірних прийнятя цифру коротким звуковим сигналом. Після закінчення введення часу активності для першого каналу, буде поданий додатковий один довгий звуковий сигнал і модуль чекатиме введення значення для другого каналу управління і так далі, поки всі 29 каналів керування не будуть запрограмовані аналогічним чином. Після введення останньої комбінації цифр на додаток до довгого звукового сигналу пристрій подасть yoщё два довгих і три коротких. Дискретність установки часу в цьому випадку становить 0,1 секунди (99,9 сек. При «999»). Якщо введена комбінація «000» для будь-якого з каналів, то поточний канал буде працювати в тригерній режимі. У разі помилки введення необхідний повтор дій, як описано вище.
4. Повернення до початкових установок за замовчуванням. При натисканні на кнопку №34 на ПДУ пристрій подасть два сигнали середньої тривалості (по 200 мс.) І один довгий (500 мс.), При цьому всі виходи встановлюються в критичний режим роботи, час автоматичного відключення встановлюється рівним 12 годин, включається звук і функція антіповтора натискань.
5. Включення / відключення функції антіповтора натискань. При цьому кожне натискання на кнопку №35 ПДУ викликає або включення, або відключення функції антіповтора. Якщо користувач натисканням на кнопку відключив функцію антіповтора, то на підтвердження цього пристрій подасть один звуковий сигнал середньої тривалості (200 мс.) І один довгий звуковий сигнал (500 мс.). Якщо ж користувач включив функцію антіповтора, то модуль відповість вже двома звуковими сигналами середньої тривалості і одним довгим.
При знаходженні в системному меню, наступне натискання на кнопку №32 на пульті дистанційного управління виконує функцію виходу з меню. При цьому вихід з підменю подібним чином неможливий. Необхідно вимкнути живлення модуля або закінчити введення даних в поточному підміню з подальшим виходом з головного меню відповідної командою.
Рекомендації по вибору пульта дистанційного керування:
При виборі пульта дистанційного керування необхідно враховувати, що обов'язковою умовою є його робота по протоколу RC-5. Необхідно, також щоб число генеруються кодових посилок було не менше 34. Необхідно пам'ятати, що наявність, наприклад, 40 кнопок управління не гарантує. що пульт може подавати 40 різних команд. Багато кнопки на сучасних ПДУ продубльовані і, хоч і мають різні підписи, всередині пульта електрично з'єднані паралельно (наприклад «- / -» і «<=» в пульті RC6).
Бажано використовувати пульт з відмінним від нульового адресою системи, якщо, звичайно ж, читачі повторили конструкцію не захочуть управляти пристроєм одночасно з телевізором або довірити свій будинок сусіда, який перемикаючи канали буде «гратися» з вашим освітленням.
У продажу є безліч універсальних ПДУ, в яких можливий вибір адреси керованого пристрою. Наприклад, пульти серії RC6-2 ... RC 6-5, широко використовувані спільно з телевізорами «HORIZONT» шостого покоління, змінюють адресу пристрою з «0» на «5» при натисканні спільно з кнопками управління клавіші «VCR». В цьому випадку ПДУ переходять в режим управління відеомагнітофоном, хоча відеомагнітофони, які могли б працювати з даними ПДУ, автору не траплялися (залишимо цей нюанс на совісті виробників). Дана обставина дозволяє використовувати пульти з серії RC6-2 ... RC 6-5, мають 42 кнопки і формують 40 команд управління, як для управління телевізором, так і описаним пристроєм, виключаючи взаємний вплив.
Ідеальним варіантом є подальша переробка ПДУ, яка дозволить змінити зраджувати адресу або перемикати його.
Оскільки можливе програмування включення виходів від різних пультів дистанційного керування (наприклад, управління виходами 1 ... 10 і сервісними функціями від одного ПДУ, а управління виходами 11 ... 29 від ПДУ з іншим системним адресою) цією можливістю також не варто нехтувати. Як варіант можливе використання одного ПДУ з невеликою кількістю кнопок, але перемикається системним адресою (зазвичай для цих цілей в імпортних пультах дистанційного управління використовується клавіша "Shift"). У разі відсутності перемикача його можна встановити самостійно.
Програмування мікропроцесора:
Для внутрисхемного програмування мікропроцесора на платі модуля передбачений спеціальний роз'єм SPI (XS2 на малюнку схемі).
Демонстраційну версію прошивки мікропроцесора, з наступними обмеженнями: працюють тільки перші чотири виходи, відсутня антіповтор натискань клавіатури, в hex-форматі можна взяти тут.
Як повинні бути запрограмовані Fuse-біти контролера для середовища Pony Prog 2000 показано на малюнку.
Бажаючим отримати готову дипломну роботу з даного пристрою прошу писати мені на мило servissistemy "песик" narod.ru ( "песик" необхідно замінити на символ @ - це захист від спаму).
НА ГОЛОВНУ