Годинник-термостат з дистанційним керуванням на мікроконтролері. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Багатофункціональний годинник-термостат з дистанційним керуванням на мікроконтролері. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Мікроконтролери

Коментарі до статті

Виникла в мене потреба в настільних годинниках-термометрі, щоб окрім часу можна було дізнатися температуру на вулиці та в будинку. В інтернеті є безліч конструкцій такого роду і навіть дуже просунутих, але я так і не зробив свій вибір на користь якоїсь із них. У кожній не вистачало чогось те, що як мені здавалося просто необхідно мати подібного роду пристроїв. Просто я маю певний набір вимог, з яких я так і не зміг нічого прибрати, щоб повторити якусь із цих конструкцій.

У моєму поданні годинник повинен працювати за принципом увімкнув, налаштував і забув, тобто якомога рідше вдаватися до їх обслуговування (наприклад, коригувати час внаслідок його догляду, знову встановлювати після збоїв електроживлення, переводити на літній та зимовий час тощо). показання на індикаторі мають бути видні здалеку, але не освітлювати кімнату вночі, бажано наявність дистанційного керування. Подальші роздуми про те, що ще я хотів би мати у своєму годиннику, призвели до появи пристрою з наступним набором функцій:

1. Годинник - календар

Відлік та виведення на індикатор годин, хвилин, секунд, дня тижня, числа, місяця, року.
Наявність автоматичного коригування поточного часу, що проводиться раз на добу (максимальні значення +/-99,98 сек. з кроком 0,02 сек).
Обчислення дня тижня за датою (для поточного сторіччя).
Автоматичний перехід на літній та зимовий час.
Враховуються високосні роки.

2. Будильники

10 незалежних будильників з можливістю встановлення на будь-який день тижня або їхня сукупність.

Можливість спрацьовування включати звуковий сигнал, включати/відключати будь-яке з чотирьох навантажень, або запускати терморегулювання.

3. Таймер

Максимальний час відліку 99ч 59м 59с.

Можливість після закінчення відліку увімкнути звуковий сигнал, увімкнути/вимкнути будь-яке з чотирьох навантажень.

4. Двоканальний термометр-термостат

Вимірювання та індикація двох температур, наприклад, будинку і на вулиці в діапазоні від -55 до 125 гр.С з дискретністю 0,1°С.

Два незалежні термостати з можливістю встановлення верхньої та нижньої межі контрольованої температури в тому ж діапазоні.

Можливість роботи на нагрівання або охолодження.

Навантажувальна здатність каналів керування ~220V, 12A

5. Чотири канали управління навантаженнями

здатність навантаження кожного каналу: ~220V, 12A.

Управління: ручне, від будильників, по таймеру (перші два канали пов'язані з термостатами)

6. Додаткові функції пристрою

Батарея резервного живлення (при роботі від батареї пристрій має повноцінне функціонування).

Автоматичне (залежно від зовнішнього освітлення) або ручне регулювання яскравості індикатора.

Повне дистанційне керування на ІЧ променях по системі RC-5, яке налаштовується під будь-які клавіші пульта, що працює в цій системі.

Звукове підтвердження (що відключається) натискання кнопок управління та прийняття команд з пульта дистанційного керування.

Енергонезалежна пам'ять для всіх параметрів, що настроюються.

Циклічна індикація дозволяє виводити із програмованою тривалістю на індикатор до чотирьох параметрів:
1. Поточний час у годинах – хвилинах
2. день тижня – число
3. температура першого каналу (у приміщенні)
4. температура другого каналу (на вулиці)
Наявність інтерфейсу RS-485 для зв'язку з ПК за протоколом MODBUS-RTU для подальшої інтеграції в систему "Розумний дім"

Схему пристрою зображено на Мал. 1. Воно складається з трьох блоків: A1, A2, A3, які конструктивно також розділені і зібрані на трьох друкованих платах.

(Натисніть для збільшення)

Центральний блок А1

Основний елемент - мікроконтролер ATmega8-16AI (DD1), в якому задіяні такі вузли:

- таймер Т1 формує часові інтервали для годинника реального часу, динамічної індикації та управління яскравістю;
- Зовнішнє переривання INT1 і таймер Т2 обслуговують інфрачервоний приймач B1.
- АЦП перетворює на цифрову форму аналогові сигнали датчика освітлення, величини напруг з блоку живлення та вбудованої батареї.
- модуль USART підтримує зв'язок з комп'ютером (9600 Бод, 8 інформаційних та 1 стоповий біт без контролю парності);
- таймер Т0 формує часові інтервали затримок при прийомі/передачі пакетів за протоколом "MODBUS-RTU"
- сторожовий таймер у разі "зависання" МК забезпечує його перезапуск;

Тактова частота МК задана кварцовим резонатором ZQ1 на 7,3728 МГц. Встановлення МК у вихідний стан (скидання) виконує ланцюг R5C4VD1. L1C5 - ланцюг живлення блоку АЦП МК. Для внутрішньосхемного програмування МК призначений роз'єм XP1. У пристрої застосовано динамічну індикацію. Процес сканування клавіш також пов'язаний з нею.

B1 служить прийому команд з пульта дистанційного управління, працюючого у системі RC-5. При цьому буде задіяно п'ять кнопок пульта, які відповідатимуть п'яти кнопкам місцевого управління. Налаштування на пульт описано в посібнику користувача.

Резистор R33 підлаштовує яскравість при середній або максимальній освітленості. Налаштування точності вимірювання контрольованих напруг блоку живлення та резервної батареї здійснюється резисторами R35, R37 відповідно.

Мікросхема DD2 є драйвером, що перетворює сигнали RX/TX рівнів TTL диференціальний сигнал стандарту RS-485 для обміну даними з ПК на відстані до 1200 метрів.
Термодатчики типу DS18B20 мають цифровий вихід, підключені за трипровідною схемою та працюють за протоколом 1 Wire. Перший датчик вимірює температуру в приміщенні (внутрішній), другий – на вулиці (зовнішній).

Фізично вони розташовані на одній лінії, тому для зчитування температури здійснюється адресація датчиків. Пристрій працює тільки з датчиками DS18B20

Процес запису серійних номерів двох датчиків в енергонезалежну пам'ять МК здійснюється наступним чином:

1. Необхідно повністю знеструмити пристрій (дістати батарею резервного живлення, вимкнути мережний блок живлення)
2. Підключити один датчик DS18B20 (вимірювання температури у приміщенні)
3. Утримуючи кнопку "UP", увімкнути мережевий блок живлення. (відбудеться запис серійного номера датчика в пам'ять МК, пролунає звуковий сигнал)
4. Вимкнути блок живлення.
5. Вимкнути датчик.
6. Підключити інший датчик (вимірювання температури на вулиці)
7. Утримуючи кнопку "DN", увімкнути мережевий блок живлення (відбудеться запис серійного номера датчика в пам'ять МК, пролунає звуковий сигнал)
8. Вимкнути мережний блок живлення
9. Підключити обидва датчики
10. Включити живлення

Тепер пристрій працюватиме з цими датчиками. Якщо необхідно замінити якийсь із них, то цю процедуру для відповідного датчика потрібно пройти знову. Якщо другий датчик не потрібен, один датчик можна прописати на обидва канали.
Температура виводиться на індикатор із дискретністю 0,1°С. Вимір відбувається з інтервалом 1 сек.

Блок індикації A2 Містить п'ятирозрядний семисегментний індикатор із загальним анодом, п'ять статусних світлодіодів, а також елементи, необхідні для управління всім цим. Призначення статусних світлодіодів таке:

HL1 (жовтий) – ознака включення будь-якого з будильників
HL2 (червоний) - низька вихідна напруга мережного блоку живлення або батареї
HL3 (жовтий) – ознака працюючого таймера
HL4 (червоний) - помилки термометра(ів)
HL5 (жовтий) - включено терморегулювання

Мікросхема DD3 являє собою зсувний регістр з клямкою і можливістю переведення виходів у третій стан і служить для перетворення даних, що послідовно надходять, в паралельне для виведення інформації на цифровий індикатор і статусні світлодіоди. VT1 – VT5 призначені для посилення живлення загальних анодів цифрових індикаторів.

Блок управління навантаженнями A3 призначений для комутації будь-яких пристроїв, що включаються до стандартної електромережі ~220В, 50 Гц. Є 4 канали управління. Будь-який з них може бути увімкнений/вимкнений вручну, по таймеру, від будильника. Перший і другий канал пов'язані відповідно з першим та другим каналами терморегулювання (які у свою чергу прив'язані до першого та другого будильника). Кожен канал включає електромагнітне реле і транзисторний ключ для його управління. Контакти реле комутують навантаження. У блоці реалізовано економічне керування реле. Розглянемо його з прикладу першого каналу. Коли канал вимкнено, транзистор VT9 закритий, конденсатор С16 розряджений, реле К1 знеструмлено. При включенні каналу відкривається VT9, конденсатор C16 заряджається через обмотку реле K1, створює імпульс струму, достатній для тяжіння якоря цього реле. Після заряду конденсатора якір реле утримується меншим струмом, що протікає через резистор R27. Діод VD11 захищає транзистор VT9 від імпульсного пробою на момент його закриття.

Світлодіоди HL6 - HL9 сигналізують про включений стан відповідного каналу.

У моєму варіанті підключення внутрішньої батареї відбувається при з'єднанні блоків А3 і А1 через XS4-XP4, оскільки немає зовнішнього доступу до відсіку батареї. Для цього в XP4 встановлена перемичка між 6 та 7 контактами. Це зроблено для зручності обслуговування при заміні елементів живлення або запису номерів термодатчиків на згадку про МК., тобто коли схему потрібно повністю знеструмити. Якщо це не потрібно, то мінус батареї безпосередньо з'єднується з мінусовою шиною живлення.

Напруга зовнішнього джерела живлення пристрою - 11...13 Ст, струм не менше 0,25A. В якості резервної батареї краще застосувати 3 послідовно з'єднані алкалінові елементи типорозміру "AA". Струм споживання пристрою без блоку А3 при максимальній яскравості становить близько 120 mA. При пропаданні мережного живлення пристрій переходить на батарейне, при цьому воно повнофункціональне (тільки реле знеструмлено), споживає струм близько 10.....20 mA і може пропрацювати не менше трьох діб при установці свіжих вищезгаданих елементів живлення. Індикатор практично гаситься до нуля, але сканування кнопок не припиняється, тому він ледве підсвічується. При натисканні на будь-яку кнопку місцевого керування або пульта дистанційного керування індикатор знову загоряється на 15 секунд, щоб можна було переглянути інформацію. При появі живлення індикатор знову загоряється.

Конструкція

Пристрій зібрано на трьох односторонніх друкованих платах з фольгованого склотекстоліту, креслення та розташування деталей яких знаходяться в файлах, що додаються.

Плати центрального блоку та блоку індикації з'єднуються між собою перемичками і розміщуються у відповідному за розміром корпусі. Блок управління навантаженнями конструктивно розташований усередині мережевого фільтра і з'єднується кабелем через роз'єм, розташований на задній стінці корпусу годинника.

заміна елементів

Мікроконтролер DD1 замінимо на ATmega8-16AU, ATmega8L-8(AI)AU, мікросхема драйвера RS-485 на SN75176BP, MAX485CPA і т.п., фотоприймач В1 на аналогічний, розрахований на несучу частоту 36 кГ1736, 1836 3, SFH506-36, TFMS5110, але слід врахувати, що розташування висновків фотоприймачів різних типів може відрізнятися. Як звуковий випромінювач HA36 крім зазначеного можна використовувати інший електродинамічний або п'єзоелектричний з вбудованим генератором на напругу 5360...1V, наприклад HCM5X, HPM6A(X). Світлодіодні семисегментні індикатори можна застосувати з цієї ж серії SA1206-XXXXX або аналогічні із загальним анодом (можливо доведеться підібрати струмообмежувальні резистори R14-R08) Замість DA10 можна застосувати вітчизняний стабілізатор К17ЕН1Б. Застосовані електромагнітні реле розраховані на живлення обмотки142В та номінальний струм 5mA. При використанні реле з великим робочим струмом необхідно підібрати резистори R12 – R30. Напруга комутації ~24В, струм 27А. Замість фоторезистора CФ220-12 можна застосувати аналогічні, опір яких при яскравому світлі становить 2...5 Oм

Можливі спрощення пристрою

Якщо не потрібно керування з ПК, то можна не встановлювати елементи DD2, R1-R3, XP2. Через непотрібність ІЧ управління не встановлюються B1, C1, R4. Виключити автоматичне регулювання яскравості можна не встановлюючи R33, а замість фоторезистора R32 поставити постійний на 10ком. Якщо не потрібно керувати навантаженнями, блок А3 виключається, а на XS4 необхідно встановити перемичку між 6 і 7 контактами. Якщо немає потреби в термометрах, то DD4 і DD5 не підключаються і не встановлюються R6, HL4.

Фото пристрою

Складання та налагодження пристрою

Спочатку на плату запаюють всі елементи, крім DD1 - DD3, B1. DD4 і DD5 поки що не підключати. Включивши живлення, вимірюють постійну напругу С10 і потім С1. В обох випадках воно має бути близько 5,3В. Бажано перевірити світіння всіх сегментів цифрового індикатора та статусних світлодіодів подаючи одночасно з мінусової шини живлення на ліві за схемою виведення резисторів R10-R18 (що обмежують струм сегментів) та R19 – R23 (в базових ланцюгах VT1-VT5). Якщо все пройшло успішно, то відключаємо живлення, запаюємо DD1 - DD3 і B1 і підключаємо програматор до гнізда XP1 (стандартний шестиконтактний гніздо для внутрішньосхемного програмування AVR). Демопрошивка для перевірки працездатності пристрою додається.

FUSE-біти мікроконтролера DD1 повинні бути запрограмовані таким чином:

• CKSEL3...0 = 1111 – тактування від високочастотного кварцового резонатора;
• SUT1 ... 0 = 11 - Start-up time: 16K CK + 64 ms;
• CKOUT = 1 – Output Clock on CKOUT заборонено;
• BODLEVEL = 1 – пороговий рівень для схеми контролю напруги живлення 2,7В;
• BODEN = 0 монітор живлення увімкнено
• EESAVE = 0 – стирання EEPROM при програмуванні кристала заборонено;
• WDTON = 1 – Немає постійного включення Watchdog Timer;

Інші FUSE - біти краще не чіпати. FUSE-біт запрограмований, якщо встановлено "0".

Демопрошивка забезпечує повноцінну роботу пристрою, але протягом трохи менше двох годин, що цілком достатньо для перевірки працездатності. За повнофункціональною прошивкою звертайтесь до автора alexperm72@mail.ru.

Керуюча програма для комп'ютера знаходиться на стадії створення.

Посібник користувача (PDF, 500 кБайт)

Завантажити прошивку HEX, друковану плату в LAY та GIF-форматі, фотографії пристрою

Автор: Баталов Олексій, alexperm72@mail.ru, ICQ #: 477022759; Публікація: mcuprojects.narod.ru

Дивіться інші статті розділу Мікроконтролери.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Запрацювала найвища у світі астрономічна обсерваторія 04.05.2024

Дослідження космосу та її таємниць - це завдання, яка привертає увагу астрономів з усього світу. У свіжому повітрі високих гір, далеко від міських світлових забруднень, зірки та планети розкривають свої секрети з більшою ясністю. Відкривається нова сторінка в історії астрономії із відкриттям найвищої у світі астрономічної обсерваторії – Атакамської обсерваторії Токійського університету. Атакамська обсерваторія, розташована на висоті 5640 метрів над рівнем моря, відкриває нові можливості для астрономів у вивченні космосу. Це місце стало найвищим для розміщення наземного телескопа, надаючи дослідникам унікальний інструмент вивчення інфрачервоних хвиль у Всесвіті. Хоча висотне розташування забезпечує більш чисте небо та менший вплив атмосфери на спостереження, будівництво обсерваторії на високій горі є величезними труднощами та викликами. Однак, незважаючи на складнощі, нова обсерваторія відкриває перед астрономами широкі перспективи для дослідження. ...>>

Управління об'єктами за допомогою повітряних потоків 04.05.2024

Розвиток робототехніки продовжує відкривати перед нами нові перспективи у сфері автоматизації та управління різними об'єктами. Нещодавно фінські вчені представили інноваційний підхід до управління роботами-гуманоїдами із використанням повітряних потоків. Цей метод обіцяє революціонізувати способи маніпулювання предметами та відкрити нові горизонти у сфері робототехніки. Ідея управління об'єктами за допомогою повітряних потоків не є новою, проте донедавна реалізація подібних концепцій залишалася складним завданням. Фінські дослідники розробили інноваційний метод, який дозволяє роботам маніпулювати предметами, використовуючи спеціальні повітряні струмені як "повітряні пальці". Алгоритм управління повітряними потоками, розроблений командою фахівців, ґрунтується на ретельному вивченні руху об'єктів у потоці повітря. Система керування струменем повітря, що здійснюється за допомогою спеціальних моторів, дозволяє спрямовувати об'єкти, не вдаючись до фізичного. ...>>

Породисті собаки хворіють не частіше, ніж безпородні 03.05.2024

Турбота про здоров'я наших вихованців – це важливий аспект життя кожного власника собаки. Однак існує поширене припущення про те, що породисті собаки більш схильні до захворювань у порівнянні зі змішаними. Нові дослідження, проведені вченими з Техаської школи ветеринарної медицини та біомедичних наук, дають новий погляд на це питання. Дослідження, проведене в рамках Dog Aging Project (DAP), що охопило понад 27 000 собак-компаньйонів, виявило, що чистокровні та змішані собаки в цілому однаково часто стикаються з різними захворюваннями. Незважаючи на те, що деякі породи можуть бути більш схильні до певних захворювань, загальна частота діагнозів у обох груп практично не відрізняється. Головний ветеринарний лікар Dog Aging Project, доктор Кейт Криві, зазначає, що існує кілька добре відомих захворювань, що частіше зустрічаються у певних порід собак, що підтримує думку про те, що чистокровні собаки більш схильні до хвороб. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Папір багаторазового користування 10.06.2005

Стародавні римляни писали гострою паличкою на дошці, покритій воском, а потім стирали написане, нагріваючи віск і розгладжуючи його.

Дві японські фірми випустили матеріал "Термо-Маг", який також заснований на воску і дозволяє багаторазово друкувати текст і малюнки, а потім прати їх. Це тонкий "бутерброд" із прозорих полімерних листів із шаром воску між ними. У воску розпорошені чорні або кольорові магнітні частинки.

Спеціальний принтер з тепловою друкувальною головкою розплавляє віск по контурах літер, і лист відразу проходить під потужним магнітом. Магнітний барвник підтягується з розплавлених ділянок воску до поверхні, і листі проступають букви.

Для видалення тексту знову нагрівають і пропускають над магнітом, причому пігмент відтягується вглиб. Процес можна повторювати скільки завгодно разів. Роздільна здатність нового матеріалу для друку - 100 точок на дюйм.

Інші цікаві новини:

▪ Собаки схожі на своїх власників

▪ Прозорі кузовні стійки

▪ Терміти-геологи

▪ Космічний безпілотник ВПС США

▪ Електронна книга

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Регулятори потужності, термометри, термостабілізатори. Добірка статей

▪ стаття Так голосніше, музика, грай перемогу! Ми перемогли, і ворог біжить, біжить, біжить! Крилатий вислів

▪ стаття Чи змінюється у нас шкіра? Детальна відповідь

▪ стаття Обкатка та випробування відремонтованих машин. Типова інструкція з охорони праці