AVT-5126.pdf
(
1967 KB
)
Pobierz
<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN" "http://www.w3.org/TR/html4/strict.dtd">
iDom – System automatyki domowej
PROJEKTY
iDom
System automatyki domowej
AVT–5126
Nie ma chyba takiego
elektronika, czy to profesjonalisty
czy tylko amatora, który
w jakimś okresie swojej
praktyki by nie myślał
o zautomatyzowaniu własnego
mieszkania. Zbudowanie
prawdziwego „inteligentnego
domu” to bardzo poważne
wyzwanie, będące najczęściej
poza zasięgiem większości
z nas. Pozostaje więc wykonanie
jakiegoś prostego urządzenia,
które mimo wszystko dostarczy
sporo satysfakcji.
Rekomendacje:
projekt dedykujemy wszystkim
elektronikom, którzy pragną
zautomatyzować swój dom.
W artykule zostanie przedstawio-
ny projekt układu automatyki do-
mowej iDom realizujący różnorod-
ne funkcje kontrolno–sterujące cha-
rakterystyczne dla układów typu
„inteligentny dom”. Układy tego
typu mają za zadanie czuwanie
nad różnymi zdarzeniami/procesa-
mi związanymi z funkcjonowaniem
domu i sterowanie urządzeniami
zainstalowanymi w naszych miesz-
kaniach. Układ ten jest oczywiście
dość prostym przykładem urządzeń
tego typu, jednak nawet przy swo-
jej prostocie, realizuje kilkanaście
zadań związanych z automatyzacją.
Są to:
– pokazywanie aktualnego czasu
i daty oraz kontrolowanie kalen-
darza (lata przestępne, nieprze-
stępne) korzystając z wbudowa-
nego dokładnego zegara czasu
rzeczywistego z podtrzymaniem
bateryjnym,
– pokazywanie temperatury ze-
wnętrznej i wewnętrznej (do-
kładność: 1
o
C),
– wyznaczanie i pokazywanie do-
bowego minimum i maksimum
dla obu temperatur,
– decydowanie o załączeniu
oświetlenia pomocniczego (np.
podświetlenia schodów, podłogo-
wego oświetlenia korytarzy itp.)
poprzez wbudowany czujnik
oświetlenia, sprawdzając jako
dodatkowy warunek przedział
czasowy (16.00...23.00) – ste-
rowanie przekaźnikiem dużej
mocy,
– załączanie na ok. 30 sekund
oświetlenia podstawowego (np.
właściwego oświetlenia schodów,
korytarzy) poprzez wbudowa-
ny obwód wejściowy sterowany
np. czujnikiem ruchu (lub do-
wolnym innym), a także każdo-
razowe przedłużanie tego czasu
po każdym zdarzeniu czujnika
ruchu – sterowanie przekaźni-
kiem dużej mocy z dodatkowym
sprawdzaniem poziomu oświet-
lenia jako warunku dodatkowe-
go,
– rejestracja zgłoszeń domofonu
(lub innego obwodu, którego
zgłoszenia chcemy rejestrować)
na liście nieodebranych połą-
czeń. Rejestracja jest realizowa-
na poprzez obwód wejściowy
podłączany np. do dzwonka
domofonu (lub innego urzą-
dzenia, styku (np. drzwi) itp.).
Ponadto możliwe jest przegląda-
PODSTAWOWE PARAMETRY
• Zasilanie: 13...15 VAC
• Wbudowany zegar RTC
• 2-punktowy pomiar temperatury – dokład-
ność 1˚C
• Współpraca z czujnikiem ruchu lub innym
dwustanowym
• Współpraca z instalacją domofonową
• 3 obwody wyjściowe dużej mocy
• Wbudowany termoregulator – zakres
1..100˚C
• Wbudowany progowy czujnik światła
• Tryb symulacji obecności domowników
Elektronika Praktyczna 3/2008
29
iDom – System automatyki domowej
Rys. 1. Schemat ideowy układu iDom
nie tej listy z sygnalizacją już
obejrzanych wpisów, kasowanie
oraz podtrzymywanie w pamięci
nieulotnej. Algorytm tej funkcji
skonstruowano w taki sposób, iż
po przyjściu zgłoszenia układ
daje użytkownikowi 15 sekund
na jego odebranie, a po tym
czasie zapisuje zdarzenie na
listę połączeń i blokuje obwód
wejściowy na kolejne 15 se-
kund. Dodatkowo algorytm zapi-
30
Elektronika Praktyczna 3/2008
iDom – System automatyki domowej
sując zgłoszenie na liście (max.
20 wpisów typu data/godzina)
wyszukuje pierwszą wolną po-
zycję na liście, a w przypadku
jej braku, pierwszą już przeglą-
daną lub przy zapełnieniu całej
pamięci, zapisuje od początku
listy. W trybie przeglądania au-
tomatycznie wyświetlana jest
pierwsza, nowa pozycja, a na
ekranie głównym systemu iDom
pokazana jest liczba nowych
wpisów i dodatkowo poprzez cy-
kliczne podświetlanie wyświetla-
cza LCD zgłaszany jest fakt wy-
stąpienia nowych połączeń,
– sterowanie grzałką dużej mocy
(przekaźnik) poprzez wbudowa-
ny regulowany termostat. Termo-
regulator daje nam możliwość
regulowania zadanej temperatu-
ry w zakresie 0...100
o
C z zacho-
waniem histerezy regulacji 1
o
C.
Zadana wartość jest przechowy-
wana w nieulotnej pamięci ste-
rownika,
– realizowanie funkcji symulacji
obecności domowników – po jej
załączeniu układ w sposób przy-
padkowy załącza i wyłącza prze-
kaźnik oświetlenia podstawowe-
go oraz przekaźnik podświetle-
nia (oświetlenia pomocniczego),
– sygnalizacja zdarzenia poprzez
wbudowany buzzer z możliwoś-
cią jego wyłączenia,
– dynamiczne sterowanie pod-
świetleniem wyświetlacza LCD
służące dodatkowej sygnalizacji
zdarzeń i oszczędności ener-
gii (poza sygnalizacją zdarzeń:
nowe połączenia, czujnik ruchu
itp., podświetlenie jest aktywne
jedynie w czasie obsługi urzą-
dzenia lub po wciśnięciu odpo-
wiedniego przycisku aktywujące-
go).
Ponadto układ iDom posiada
podtrzymanie bateryjne zegara cza-
su rzeczywistego, listy połączeń
i wszystkich pozostałych ustawień
użytkownika.
rzenia urządzeń opartych o mikro-
kontrolery nawet w dobie bardzo
nowoczesnych i rozbudowanych
mikrokontrolerów AVR i ARM.
Mikrokontroler ten, przy pomo-
cy typowej 4–bitowej szyny da-
nych z dwoma liniami sterujący-
mi, współpracuje z podświetlanym
wyświetlaczem LCD 2x16 znaków.
Ponadto wykorzystując implemen-
towaną programowo magistralę
I
2
C, współpracuje z układem 2048–
bitowej statycznej pamięci CMOS
RAM o organizacji 256x8 bitów
posiadającej wbudowany zegar cza-
su rzeczywistego RTC (układ PCF
8583) oraz układem ekspandera
linii (PCF8574AP), który w naszej
aplikacji pełni wielorakie funkcje.
Są to: obsługa klawiatury, sterowa-
nie przekaźnikiem termostatu oraz
sterowanie buzzerem. Uważny czy-
telnik zauważy w tym momencie,
że w przypadku układu ekspandera
wykorzystano fakt, iż 8–bitowa szy-
na danych ekspandera może pełnić
funkcje zarówno wejścia, jak i wyj-
ścia oraz możliwe jest adresowanie
poszczególnych bitów magistrali.
Inną sprawą jest, że konieczność
zastosowania ekspandera wynikała
przede wszystkim z faktu zbyt ma-
łej liczby portów naszego mikro-
kontrolera w stosunku do wymagań
niniejszej aplikacji. Niemniej jed-
nak, z uwagi na obecność magistra-
li I
2
C koniecznej do obsługi ukła-
du PCF8583, sprawa okazała się
dość prosta w implementacji i nie
wymagała rezerwowania kolejnych
portów mikrokontrolera, zwłasz-
cza iż oba układy posiadają inne
adresy w przestrzeni adresowej ma-
gistrali I
2
C dające się dodatkowo
w sposób hardware’owy zmienić.
Wracając zaś do samego układu
zegara RTC należy zauważyć, iż
jego układ zasilania rozbudowano
o możliwość podtrzymania napię-
cia zasilania przy pomocy baterii
litowo–jonowej, co po pierwsze za-
pewnia poprawną i ciągłą pracę ze-
gara w przypadku zaniku zasilania,
a po drugie, zapewnia zachowanie
wszystkich zdarzeń zarejestrowa-
nych w dzienniku zdarzeń układu
iDom, który do tego celu wyko-
rzystuje wbudowaną pamięć CMOS
RAM tegoż układu. Na uwagę za-
sługuje też fakt, iż specjalny al-
gorytm zaimplementowany w pro-
gramie obsługi sterownika iDom
czuwa nad poprawnością pracy
kalendarza układu PCF8583, gdyż
sam układ podaje rok względny
i „nie dba” o odpowiednie, auto-
matyczne liczenie lat przestępnych
i nieprzestępnych w odniesieniu do
wprowadzonej rzeczywistej daty.
Układ sterownika wyposażono
ponadto w software’ową magistralę
1–Wire, za pomocą której odczy-
tywane są temperatury ze scalo-
nych termometrów DS1820, układ
progowego czujnika oświetlenia
zbudowanego przy użyciu typo-
wego fotorezystora i tranzystora
NPN, 3 typowe interfejsy wyjścio-
we sterujące przekaźnikami oraz
2 analogowe interfejsy wejściowe:
czujnika ruchu i domofonowy (lub
innego czujnika). Interfejs czujnika
ruchu służy do podłączenia syg-
nału z czujnika ruchu (sygnał DC
10...12 V), który z kolei steruje
algorytmem zapalania oświetlenia
zasadniczego i podświetlenia wy-
świetlacza LCD. Prosty interfejs do-
mofonowy służy natomiast do pod-
łączenia sygnału wywołania domo-
fonu (sygnał AC/DC o maksymalnej
amplitudzie 12 V) lub innego syg-
nału z czujnika, którego wywoła-
nia (zdarzenia) chcemy rejestrować
w dzienniku zdarzeń układu iDom.
Należy także zauważyć, iż jeden
z portów mikrokontrolera wykorzy-
stano do sterowania podświetle-
niem wyświetlacza LCD. Na płytce
sterownika zabudowano kompletny
układ zasilania oraz wszystkie ob-
wody wyjściowe dużej mocy (prze-
kaźniki) i wejściowe obwody steru-
jące. Zadbano także o odpowiednie
odsprzęgnięcie zasilania układu
zegara RTC, gdyż praktyka wielu
elektroników–amatorów pokazuje, iż
jest to dość „kapryśny” zegar czasu
rzeczywistego. Oczywiście, wszyst-
kie obwody o napięciu powyżej
bezpiecznego, należy zabezpieczyć
przed możliwością nieumyślnego
dotknięcia, które grozi porażeniem
prądem elektrycznym.
Montaż
Montaż układu należy rozpocząć
od wlutowania zworek umieszczo-
nych na płytce, następnie rezysto-
rów, diod, kondensatorów, półprze-
wodników (układy scalone w pod-
stawkach) i pozostałych elementów
mechanicznych. Podczas prac można
korzystać ze schematu montażowe-
go przedstawionego na
rys. 2.
Jako
ostatni należy zamocować wyświet-
lacz LCD (korzystając z 2 tulejek
dystansowych), którego podłączenie
Budowa
Schemat ideowy urządzenia
przedstawiono na
rys. 1.
Układ
iDom zbudowano z wykorzystaniem
mikrokontrolera firmy Atmel typu
AT89C4051. Jest to dość prosty
przedstawiciel rodziny '51, który
z uwagi na swoją prostotę, wbudo-
wane 4 kB pamięci Flash i dopra-
cowanie konstrukcji jest wdzięcz-
nym elementem w procesie two-
Elektronika Praktyczna 3/2008
31
iDom – System automatyki domowej
Fot. 3. Ekran główny układu iDom
(z zaznaczeniem wszystkich opcji)
Fot. 4. Sygnalizacja >9 nieodebra-
nych połączeń (* przy symbolu
)
(dodatkowo cykliczne włączanie/wy-
łączanie podświetlenia)
Fot. 5. Ustawianie parametrów termo-
regulatora
Rys. 2. Schemat montażowy
najlepiej jest wykonać wlutowując
w płytkę układu gniazdo goldpin,
a w wyświetlacz wtyk goldpin. Tego
typu rozwiązanie pozwoli na swo-
bodne odłączanie (w razie potrzeby)
wyświetlacza LCD od płytki ukła-
du iDom. Jako przyciski sterują-
ce („+”, „–”, „next”, „prev”, „OK”)
wykorzystano typowe mikroprzy-
ciski z długą końcówką (22 mm).
Z uwagi na większy pobór prądu
w chwili podświetlenia wyświetlacza
LCD, scalony stabilizator typu 7805
umieszczony na płytce należy ko-
niecznie wyposażyć w niewielki ra-
diator (np. z kawałka miedzi) – na
płytce sterownika został przewidzia-
ny otwór do mocowania radiatora.
Z uwagi na napięcie znamionowe
cewek zastosowanych przekaźników
równe 12 VDC, układ należy zasi-
lić zmiennym napięciem z zakresu
13...15 V (na płytce znajduje się
mostek diodowy).
Poprawnie zmontowany układ
poza konfiguracją i ustawieniem
progu zadziałania czujnika oświet-
lenia (za pomocą potencjometru
umieszczonego na płytce oraz po-
przez dobranie rezystora R7) nie
wymaga regulacji. Należy jedynie
ustawić czas i datę oraz pamiętać
o tym, iż sterownik załączy prze-
kaźnik oświetlenia zasadniczego
przy otrzymaniu sygnału z czuj-
nika ruchu i jednoczesnym speł-
nieniu progu zadziałania czujnika
oświetlenia. Dla oświetlenia po-
mocniczego odpowiedni przekaźnik
będzie załączony przy spełnieniu
progu zadziałania czujnika oświet-
lenia oraz w przedziale czasowym
od godz. 16 do 23. Należy tak-
że ustalić, który z dołączonych
układów scalonych termometrów
1–Wire (DS1820) odpowiada za
temperaturę zewnętrzną, a który za
temperaturę wewnętrzną. Można to
sprawdzić np. dotykając ręką wy-
brany układ termometru. Jest to
istotne, gdyż termometr mierzący
temperaturę wewnętrzną jest od-
powiedzialny także za sterowanie
wbudowanym termoregulatorem.
Układ można dodatkowo ekrano-
wać od zakłóceń zewnętrznych,
a w szereg z zasilaniem zastosować
dławik 100 mH lub jeszcze lepiej
szeregowo–równoległy filtr EMI fir-
my Murata DSS306–55F223.
Fot. 6. Stan wyświetlacza podczas
ustawiania zegara RTC
Fot. 7. Połączenie (zdarzenie) już
przeglądane (symbol *)
Fot. 8. Wolne miejsce na liście zda-
rzeń
Obsługa
Układ iDom realizuje wszystkie
funkcje będąc w głównym trybie
wyświetlacza (pokazuje wtedy datę,
godzinę, temperaturę zewnętrzną,
temperaturę wewnętrzną, tryb pracy
symulacji obecności domowników,
załączenie grzałki termostatu i in-
formację o nowych połączeniach).
Na
fot. 3...10
przedstawiono komu-
nikaty wyświetlane w kilku charak-
terystycznych stanach urządzenia.
W trybie podstawowym wciśnięcie
Fot. 10. Ekran startowy
Fot. 9. Sygnalizacja skasowania listy
zdarzeń
32
Elektronika Praktyczna 3/2008
iDom – System automatyki domowej
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R2, R4, R6, R9, R13, R15: 4,7 k
V
R3, R8: 10 k
V
potencjometr monta-
żowy
R7: 100 k
V
(dobrać)
R5, R10, R12, R16: 1 k
V
R1, R14: 10 k
V
R17, R18: 2,2 k
V
R11: 9
V
(lub zwora – dobrać jas-
ność podświetlenia)
FT: fotorezystor
Kondensatory
C1: 220
m
F/16 V
C2, C3: 100 nF ceramiczny
C4: 100
m
F/16 V
C5, C6, C8: 33 pF ceramiczny
C7, C9: 10
m
F/16 V
C10: 22
m
F/16 V tantalowy
Półprzewodniki
D1...D4, D6: 1N4148
D5: dioda Zenera 4,7 V
Q3...Q8: BC548
Q9: BC337
Q10: BC560
IC1: AT89C4051 Atmel
IC2: 7805
IC3: PCF 8583P (Phillips)
IC4 – PCF 8574AP (Phillips) (z uwagi
na adres wymagana wersja AP)
B1 – scalony mostek prostowniczy
(raster 5 mm)
DISPLAY LCD: 1602A – wyświetlacz
alfanumeryczny 2x16 z podświetla-
niem
SV1, SV4 – DS1820
Inne
Speaker: buzzer 5 V
SV2, SV3: gniazdo Goldpin 1x16
S1...S5: mikroprzełącznik z długą koń-
cówką (22 mm)
G1: gniazdo baterii i bateria Cr2025
Q1: rezonator kwarcowy 11,059 MHz
Q2: rezonator kwarcowy 32768 Hz
K1, K3, K4: przekaźnik JQC–3FF (lub
odpowiednik)
X1...X5, X7: złącze ARK2 (raster
5 mm)
– jednoczesne wciśnięcie „OK”
i „–” – włączenie/wyłączenie
dźwięków sterownika. Układ syg-
nalizuje aktualny stan poprzez
dźwięk buzzera: 2 krótkie dźwię-
ki świadczą o wyłączeniu sygna-
lizacji dla sterownika, a 1 krótki
dźwięk o załączeniu dźwięków,
– wciśnięcie „prev” – włączenie/
wyłączenie trybu symulacji obec-
ności domowników: 2 dźwięki
świadczą o wyłączeniu symulacji,
a 1 dźwięk o załączeniu symula-
cji (pojawia się dodatkowa ikon-
ka na wyświetlaczu).
Jako dodatkową sygnalizację
zdarzeń wykorzystano cykliczne
podświetlanie wyświetlacza LCD:
w przypadku występowania nowych
połączeń i jako sygnalizację zadzia-
łania czujnika ruchu. Podświetle-
nie można także załączyć wywołu-
jąc odpowiednią funkcję. Dodatko-
wo, wbudowany buzzer sygnalizuje
dźwiękiem wykonanie wybranych
czynności oraz informuje o stanie
układu.
Robert Wołgajew
robert.wolgajew@ep.com.pl
poszczególnych klawiszy powoduje
wywołanie poniższych funkcji:
– OK – przejście do przeglądania
listy połączeń. Listę połączeń
przeglądamy za pomocą klawiszy
„+” i „–”, a wychodzimy z tego
trybu poprzez ponowne wciśnię-
cie „OK”,
– jednoczesne wciśnięcie „next”
i „prev” – przejście do trybu
ustawiania daty i godziny. W tym
trybie zmiany pozycji dokonu-
jemy poprzez „next” i „prev”,
a zmiany wartości poprzez „+”
i „–”. Odpowiednia wartość zo-
staje podświetlona poprzez mi-
gający kursor. Tryb opuszczamy
poprzez ponowne wciśnięcie
„OK”. Nie jest sprawdzany po-
prawny format wprowadzonej
daty (np. 30 lutego),
– „+” – przejście do trybu poka-
zywania dobowego maksimum
i minimum dla temperatury ze-
wnętrznej i wewnętrznej – do
czasu przytrzymywania klawisza
„+”,
– „–” – wymuszanie załączenia
podświetlenia LCD – do czasu
przytrzymywania klawisza „–”,
– jednoczesne wciśnięcie „+” i „–”
– skasowanie listy połączeń,
– wciśnięcie „next” – przejście do
trybu ustawiania temperatury dla
termoregulatora. Regulacja tem-
peratury odbywa się za pomocą
przycisków „+” i „–”, a wyjście
z trybu poprzez wciśnięcie „OK”
Jednocześnie aktualna temperatu-
ra zostaje zapamiętana w pamięci
nieulotnej,
R
E
K
L
A
M
A
Elektronika Praktyczna 3/2008
33
Plik z chomika:
zck68
Inne pliki z tego folderu:
AVT-5126.pdf
(1967 KB)
AVT-5276.pdf
(1689 KB)
AVT-5313_cz1.pdf
(3932 KB)
AVT-5313_cz2.pdf
(1430 KB)
Inne foldery tego chomika:
PCB
Program
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin