Włącznik sterowany
radiowo
PROJEKTY
Włącznik sterowany
radiowo
Nieskomplikowane urządzenie
pełniące rolę sterowanego
radiowo przekaźnika mogącego
włączyć lub wyłączyć
zasilanie odbiornika. Nasz
włącznik idealnie sprawdzi
się w sytuacjach, w których
potrzebujemy włączyć zasilanie
urządzenia umieszczonego
w niedostępnym miejscu. Może
to być na przykład router lub
modem wymagające restartu itp.
Rekomendacje: włącznik
uniwersalny, który może
przydać się w wielu
zastosowaniach związanych np.
z automatyką domową.
Z założenia włącznik powinien działać jak zdalnie sterowany przekaźnik. Te
z kolei najczęściej są wytwarzane w dwóch
wariantach – przekaźniki astabilne i bistabilne. W pierwszym wypadku przekaźnik
przełącza zestyki tylko w momencie podania
napięcia na jego cewkę. Drugi typ przełącza
zestyki, które pozostają w nowym położeniu nawet po odłączeniu zasilania. Powrót
do wcześniejszego położenia następuje po
podaniu napięcia o odwrotnej polaryzacji.
Zdecydowałem, że projektowane przeze
mnie urządzenie powinno mieć możliwość
wyboru pomiędzy trybem pracy astabilnym
a bistabilnym.
Ponieważ urządzenie ma być sterowane
drogą radiową, odbiornikiem będzie sekcja
przekaźnika, natomiast urządzenie sterujące
czymś w rodzaju pilota, jak te do zdalnego
otwierania zamków drzwi samochodu. A jeżeli w zasięgu łączności znajdą się dwa lub
więcej zestawów sterujących? W takiej sytuacji odbiornik powinien rozróżniać sygnały
sterujące swojego nadajnika i reagować tylko
na nie.
Nadajnik składa się z dwóch bloków
funkcjonalnych. Pierwszy grupuje elementy
sterujące, czyli przyciski i układ do generowania kodu określającego aktualny stan
przycisków. W bloku nadajnika znajdują
się elementy związane z wysyłaniem sygnału o wysokiej częstotliwości. Odbiornik
składa się z trzech bloków funkcjonalnych.
Najpierw odebrany sygnał o wysokiej częstotliwości jest wzmacniany i po detekcji poELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 8/2013
027-031_modul-radiowy.indd 27
nownie zamieniany na sygnał kodu. W dekoderze następuje sprawdzenia czy odebrana
transmisja jest właściwa i przeznaczona dla
tego odbiornika. Jeżeli tak, sekwencja kodu
jest zamieniana na sygnały sterujące układami wykonawczymi. Są nimi tranzystory
i przekaźniki.
Następnym krokiem było dobranie odpowiednich elementów pasujących do schematów blokowych nadajnika i odbiornika.
Tor radiowy
Najłatwiejszy okazał się wybór układów
radiowych. Firma Velleman produkuje kompletny tor radiowy pracujący w wolnym paśmie 433 MHz o zasięgu nawet do kilkudziesięciu metrów. W skład zestawu wchodzą
miniaturowy nadajnik i odbiornik zestrojone na tę samą częstotliwość 433,92 MHz,
gotowe do natychmiastowego użycia. Ponadto, nadajnik ponadto ma tę właściwość,
że pracuje w szerokim zakresie napięcia
zasilającego: 3…12 V. Po dołączeniu zasilania wysyła falę nośną o wysokiej częstotliwości, którą można modulować podając na
jego wejście sygnał cyfrowy. Dla wysłania logicznej jedynki sygnał wejściowy powinien
mieć napięcie bliskie napięciu zasilania, dla
logicznego zera napięcie wejściowe powinno
mieć wartość około 0 V.
Współpracujący z nadajnikiem moduł odbiornika ma całkiem dobrą czułość
-106 dBm. Maksymalna prędkość transmisji
wynosi 4,8 kb/s i jest wystarczająca do sterowania przełącznikiem. Pewnym ograniczeniem może być duża szerokość pasma wynosząca ±500 kHz, ale przy pracy z niewielkim
zasięgiem zakłócenia nie powinny znacząco
AVT
5407
W ofercie AVT*
AVT-5407 A
Podstawowe informacje:
• Niezależne sterowanie dwoma przekaźnikami.
• Praca w paśmie ISM.
• Zasięg do ok. 100 m (zależnie od anten
i warunków użytkowania).
• Nie wymaga strojenia.
• Transmisja kodowana i dekodowana sprzętowo.
• Zasilanie nadajnika z baterii 9 V, odbiornika z zasilacza wtyczkowego.
Dodatkowe materiały na CD lub FTP:
ftp://ep.com.pl, user: 62828, pass: 18ofqn10
• wzory płytek PCB
• karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w Wykazie elementów
kolorem czerwonym
* Uwaga:
Zestawy AVT mogą występować w następujących wersjach:
AVT xxxx UK to zaprogramowany układ. Tylko i wyłącznie. Bez
elementów dodatkowych.
AVT xxxx A płytka drukowana PCB (lub płytki drukowane, jeśli
w opisie wyraźnie zaznaczono), bez elementów
dodatkowych.
AVT xxxx A+ płytka drukowana i zaprogramowany układ (czyli
połączenie wersji A i wersji UK) bez elementów
dodatkowych.
AVT xxxx B płytka drukowana (lub płytki) oraz komplet
elementów wymieniony w załączniku pdf
AVT xxxx C to nic innego jak zmontowany zestaw B, czyli
elementy wlutowane w PCB. Należy mieć na
uwadze, że o ile nie zaznaczono wyraźnie w opisie, zestaw ten nie ma obudowy ani elementów
dodatkowych, które nie zostały wymienione
w załączniku pdf
AVT xxxx CD oprogramowanie (nieczęsto spotykana wersja, lecz
jeśli występuje, to niezbędne oprogramowanie
można ściągnąć, klikając w link umieszczony
w opisie kitu)
Nie każdy zestaw AVT występuje we wszystkich wersjach! Każda wersja ma załączony ten sam plik pdf! Podczas składania
zamówienia upewnij się, którą wersję zamawiasz! (UK, A, A+,
B lub C). http://sklep.avt.pl
pogarszać działania modułu odbiornika. Ponieważ moduł odbiornika wymaga do pracy napięcia stabilizowanego +5 V, to cały
układ odbiorczy włącznika będzie zasilany
napięciem z zasilacza sieciowego.
Koder i dekoder
Zgodnie z przyjętymi założeniami nadajnik ma wysyłać do odbiornika sygnał, który
spowoduje przełączenie styków przekaźnika
w odpowiednie położenie. Dodatkowo, po-
27
2013-07-25 10:25:39
PROJEKTY
Rysunek 1. Schemat blokowy kodera HT12E
Rysunek 2. Zależność pomiędzy stanem wejścia TE a sygnałem na wyjściu DOUT
Rysunek 3. Schemat blokowy kodera HT12D
winna istnieć możliwość rozróżnienia sygnału wysyłanego przez różne nadajniki, aby
odbiornik reagował na sterowanie z tylko
przez jeden, wybrany. Z tych powodów sygnał przesyłany pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem musi być bardziej skomplikowany, niż zwykłe włącz i wyłącz. Powinien on
być kodowany.
Początkowo pomyślałem o zastosowaniu
w roli koderów i dekoderów mikrokontrolerów o niewielkiej liczbie wyprowadzeń. Ale
skoro urządzenie miało być łatwe w budowie, to należało poszukać innego rozwiązania. Po przejrzeniu dostępnej dokumentacji
okazało się, że są dostępne układy scalone
doskonale nadające się do zastosowania
Rysunek 4. Przebiegi sygnałów na wyjściach Data i VT układu kodera HT12E
28
027-031_modul-radiowy.indd 28
w konstruowanym urządzeniu. Są to HT12E
i HT12D, komplet koder i dekoder.
Układy posługują się kodem, który się
składa z 8-bitowego adresu i 4 bitów danych.
Do sterowania są wykorzystywane wyprowadzenia układów scalonych, które mogą
pozostać niepodłączone albo są zwierane do
masy. Stan wyprowadzeń wpływa na postać
generowanego kodu.
Schemat blokowy kodera HT12E pokazano na rysunku 1. Z wyjścia DOUT jest pobierany zakodowany przebieg generowany
przez układ. Wejścia A0…A7 są wejściami
adresowymi, których sekwencja dla każdego nadajnika powinna być inna i ustawiona
na stałe. Wejścia AD8…AD11 są wejściami danych. W opisywanym urządzeniu do
dwóch z nich, A8 i A9, dołączono przyciski
sterujące, których stan zmienia kod sterujący ustawieniem przekaźników wysyłany
do odbiornika. Wejście TE pełni rolę wejścia zezwalającego. Po zwarciu do masy jest
uruchamiany wewnętrzny oscylator HT12E
i kolejne bity sekwencji generowanego kodu
pojawiają się na wyjściu DOUT. Zależność
pomiędzy stanem wejścia TE a sygnałem na
wyjściu DOUT pokazano na rysunku 2.
Zadaniem układu dekodera jest odtworzenie z odebranego sygnału kodu stanu
wejść sterujących. Schemat blokowy dekodera HT12D pokazano na rysunku 3. Kod
z wyjścia radiowego układu odbiorczego jest
podawany na wejście DIN. Następnie układ
HT12D porównuje bity adresu w przesłanym kodzie z ustawieniem własnych wyprowadzeń oznaczonych na rys. 2 jako Address.
Jeżeli zostanie wykryta różnica oznacza to,
że odebrana transmisja nie jest przeznaczona
dla dekodera i zostaje odrzucona. W wypadku zgodności adresów kod jest przetwarzany
i wyprowadzenia Data dekodera ustawiane
są zgodnie z danymi przesłanymi w odebranym kodzie. Jednocześnie na wyprowadzeniu VT pojawia się impuls dodatni informujący o sukcesie odbioru kolejnej transmisji.
Na rysunku 4 przedstawiono przebiegi sygnałów na wyjściach Data i VT.
Nadajnik
Schemat ideowy nadajnika pokazano na
rysunku 5. Funkcję elementów sterujących
pełnią dwa przyciski SW1 i SW2. Gdy sterują przekaźnikami pracującymi w trybie
astabilnym, w czasie naciskania przycisku
styki odpowiedniego przekaźnika będą zwierane, a po zwolnieniu przycisku rozłączane.
W trybie stabilnym będzie pracował tylko
jeden przekaźnik. Każdorazowe naciśnięcie
przycisku SW1 będzie załączało styki przekaźnika, które pozostaną w takim stanie bez
względu na kolejne naciśnięcia SW1. Dopiero po naciśnięciu drugiego przycisku SW2
styki przekaźnika zostaną rozwarte. Oba
przyciski podłączone są do wejść danych
AD8 i AD9 kodera U1. Naciśnięcie dowolneELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 8/2013
2013-07-25 10:25:41
Włącznik sterowany radiowo
go przycisku pobudza koder
do generowania kodu. Z wyjścia DOUT układu U1 wygenerowany kod jest podawany na wejście nadajnika U2
i wysyłany drogą radiową do
odbiornika. Do wyjaśnienia
pozostaje rola, którą pełnią
w układzie podwójna dioda
D1 i tranzystor Q1.
W opisie kodera wspomniałem o szczególnej roli
wejścia TE. Dopiero zwarcie tego wyprowadzenia do
masy spowoduje rozpoczęcie generowania kodu. Naciśnięcie każdego przycisku Rysunek 5. Schemat ideowy nadajnika
powinno zatem podawać
poziom niski zarówno na sterowane wejście
jest niewielka i dla przedłużenia jej żywotnodanych AD8 lub AD9, jak i na wejście TE.
ści najlepiej ograniczyć pobór prądu tylko do
Gdyby w układzie istniał tylko jeden przymomentów, w których nadajnik transmituje
cisk, można by było wejście danych i wejście
dane. Ponieważ w układzie nie przewidziaTE ze sobą zewrzeć i dołączyć do przycisku.
no dodatkowego wyłącznika odcinającego
Ponieważ jednak w układzie nadajnika są
baterię, należało się przyjrzeć obciążeniom
wnoszonym przez poszczególne elemendwa przyciski, za pośrednictwem podwójnej
ty układu. Koder w stanie spoczynkowym
diody D1 są one podłączone do wejścia TE
pobiera prąd rzędu ułamków mikroampera
i mogą działać niezależnie.
i obciążenie wnoszone przez niego może być
Układ nadajnika powinien być zasilany
pominięte. Inaczej jest z układem nadajnika
z małej baterii 9 V lub 6 V. Pojemność baterii
U2, który powinien być odcinany od zasilania, gdy nie pracuje. Służy do tego tranzystor
Q1. Baza tranzystora poprzez opornik R3 jest
na potencjale emitera, co powoduje zatkanie
tranzystora i odcięcie zasilania nadajnika
U2. Naciśnięcie któregokolwiek przycisku
spowoduje podanie na wejście TE poziomu
niskiego, a poprzez opornik R2 zmianę potencjału pomiędzy bazą a emiterem tranzystora Q1. Dzięki temu zostanie on otwarty,
a nadajnik U2 zasilony. W ten sposób zasi-
Rysunek 6. Schemat ideowy odbiornika
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 8/2013
027-031_modul-radiowy.indd 29
29
2013-07-25 10:25:42
PROJEKTY
Tabela 1. Tabela prawdy układu
kodera
Wejście 1
0
1
0
1
Wejście 2
0
0
1
1
Wyjście Y
1
1
1
0
lanie do nadajnika U2 jest dołączane tylko
w momentach, w których do odbiornika jest
wysyłany nowy kod.
Odbiornik
Schemat ideowy odbiornika i sterownika przekaźników pokazano na rysunku 6. Sygnał odebrany z nadajnika z wyjścia modułu radiowego M1 jest podawany
na dekoder U1 i poprzez układ przełączających bramek logicznych steruje tranzystorami Q1, Q2 i przekaźnikami. Zastosowany układ bramek logicznych umożliwia
pracę układu w trybie astabilnym lub stabilnym, wybór dokonywany jest ustawieniami zwór S1 i S2.
Bramki logiczne coraz częściej wypierane są z bezpośredniego użycia przez
układy programowalne, więc dla części
Wykaz elementów
Nadajnik
Rezystory: (SMD 0805)
R1: 1 MV
R2: 1 kV
R3: 10 kV
R4: 3,3 kV
Półprzewodniki:
D1: BAR43A (SOT-23)
D2: L-34ID
Q1: BC857 (SOT-23)
U1: HT12E-20 (SOL-20)
Inne:
SW1, SW2: mikroprzycisk
A1: antena, np. odcinek drutu
U2: TX433N (moduł radiowy)
Odbiornik
Rezystory:
R1: 47 kV
R2, R6: 3,3 kV
R3, R7, R8: 4,7 kV
R4, R5: 100 kV
Kondensatory:
C1, C2: 1 mF (SMD 0805)
C3, C4: 100 nF (SMD 0805)
Półprzewodniki:
D1: dioda LED SMD, czerwona
D2, D4, D5: DO-213AB
D3, D6: dioda LED SMD, zielona
Q1, Q2: BC847 (SOT-23)
U1: HT12D-18 (DIP18)
U2, U3: 74HC00 (DIP14)
U4: 78N05 (TO-252)
U5: DS1813 (TO-92A)
Inne:
A1: antena, np. odcinek drutu
J1: DG308-2.54/3
J2, J3: DG308-2.54/2
K1, K2: JZC-6F
M1: RX433N (moduł radiowy)
S1, S2: goldpiny ze zworkami
30
027-031_modul-radiowy.indd 30
czytelników sposób ich działania może
być mało czytelny. Dla tego najpierw krótkie przypomnienie jak działają te zastosowane w układzie odbiorczym.
W układzie zostały użyte bramki typu
NAND. W tabeli 1 zebrano wszystkie
możliwe kombinacje stanów dwóch wejść
Rysunek 7. Schemat montażowy
wpływających na stan wyjścia Y.
nadajnika
Z tab. 1 wynika, że bramka NAND
jest sumatorem negującym. Tylko podanie jedynek na obydwa wejście spowoduje pojawienie się na wyjściu Y
stanu niskiego. Ta wiedza jest zupełnie
wystarczająca do zrozumienia funkcji,
które pełnią bramki w części odbiorczej przełącznika. Najpierw wyjaśnię
działanie układu pracującego w stanie
astabilnym wybieranym przez ustawienia zwór S1, S2 w pozycjach ON1,
ON2.
Naciśnięcie przycisku w nadajniku powoduje w układzie odbiorczym
ustawienie odpowiedniego wyjścia
U1-D8 lub U1-D9. Po zanegowaniu
(proszę spojrzeć do tab. 1) przez bramki U2-A, U2-B sygnał o aktywnym
poziomie wysokim podawany jest na
wejścia bramek U2-C, U2-D. Na drugie wejścia tych bramek jest podawany dodatni sygnał taktujący z wyjścia Rysunek 8. Schemat montażowy odbiornika
VT dekodera U1. Suma logiczna sygnału wynikającego z naciskania przycisku
Dzięki temu tylko naprzemienne naciskaw nadajniku z sygnałem taktującym wyjnie przycisków nadajnika będzie powodościa VT spowoduje wyzerowanie wyjścia
wać przełączanie przekaźnika K1.
odpowiedniej bramki U2-C lubU2-D. Po
zanegowaniu przez bramki U3-A, U3-B
Układ U5
wysoki poziom aktywny steruje tranzyUżycie układu U5 może stanowić
storami Q1, Q2 i jest załączany odpowiedprzykład na to, że podczas pracy zawsze
ni przekaźnik. Jeżeli przycisk nadajnika
mogą pojawić się nieprzewidziane probzostanie zwolniony, wyjście VT zostaje
lemy zmieniające pierwotne założenia.
wyzerowane i przekaźnik lub przekaźniki
W tym wypadku w czasie uruchamiania
zostaną rozłączone.
układu przełącznika stwierdziłem, że na
W trybie stabilnym dwoma przyciskawyjściu VT dekodera niekiedy pojawiają
mi nadajnika sterowany jest jeden przesię przypadkowe impulsy o czasie trwania
kaźnik K1. W tym trybie zwory powinny
10…50 ms. Impulsy pojawiały się losowo
być ustawione w pozycji ON/OFF1.
i pogarszały działanie przełącznika. PoPonieważ przekaźnik ma pozostać
nieważ nie udało mi się odkryć przyczyny,
w stanie stabilnym nawet po zaniku
jedyną możliwością pozostało wyeliminotransmisji musi istnieć układ pamiętający
wanie szkodliwych impulsów. Zastosowai podtrzymujący aktualny stan przekaźninie filtru dolnoprzepustowego RC nie było
ka do czasu odbioru kolejnej transmisji.
dobrym rozwiązaniem. Mógł on znacząco
Taką elementarną komórkę pamięci stanopogorszyć zbocza prawidłowych impulwią połączone bramki U3-C, U3-D.
sów z wyjścia VT. Wtedy przypomniałem
sobie o układach zerujących, które jeszUkład działa przy założeniu, że wycze niedawno masowo stosowano w ukłaprowadzenia sterujące U3-10,12 w stanie
dach mikroprocesorowych. Ich zadaniem
nieaktywnym pozostają ustawione. Przebyło zapewnienie prawidłowego zerowałączenie układu nastąpi po podaniu ponia procesora po włączeniu zasilania lub
ziomu niskiego na odpowiednie wejście
w wypadku, gdy nastąpią wahania zasilasterujące. Układ przełączy się pozostając
nia. Układ działa w ten sposób, że dopóki
w stanie stabilnym, co znaczy, że podanie
napięcie zasilania nie osiągnie wartości
kolejnych ujemnych impulsów na to samo
nominalnej na jego wyjściu pojawia się
wejście niczego nie zmienia. Dopiero ponp. poziom niski zerując mikroprocedanie poziomu niskiego na drugie wejście
sor. Gdy napięcie się ustabilizuje układ
spowoduje przełączenie się układu, któprzez pewien czas np. 300 ms utrzymuje
ry znów znajdzie się w stanie stabilnym.
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 8/2013
2013-07-25 10:25:42
Włącznik sterowany radiowo
na wyjściu poziom zerujący, po czym automatycznie przełącza
je w stan przeciwny. Taki sposób działania sprawia, że układy
zerujące mogą działać jak dyskryminatory (filtry) krótkich sygnałów. Podanie sygnału z wyjścia VT na wejście U5-2 nie zmienia
natychmiast stanu wyjścia U5-1. Dopiero, jeśli czas trwania impulsu przekroczy 150…300 ms na wyjściu U5-1 pojawi się poziom wysoki. Trwający krócej impuls zakłócający nie pojawi się
na wyjściu U5-1 i zostaje wyeliminowany.
Schematy montażowe płytek nadajnika i odbiornika pokazano
na rysunkach 7 i 8. Płytkę nadajnika zaprojektowano do montażu w obudowie pilota KMP12. Ponieważ jest to obudowa tylko
z jednym przyciskiem należy ją poddać niewielkiej obróbce mechanicznej. Trzeba w górnej części obudowy wywiercić otwór dla
popychacza drugiego mikro przycisku SW2. Poprzez wywiercony otwór popychacz będzie wystawał ponad płaszczyznę obudowy. Jako SW2 należy zastosować mikro przycisk z popychaczem
o długości ok 5 mm. Z kolei przycisk SW1 powinien być jak najniższy. Dla typowego mikro przycisku z popychaczem 1…2 mm
może okazać się konieczne zeszlifowanie od spodu plastikowego
klawisza obudowy umieszczonego nad tym przyciskiem. Układ
nadajnika U2 należy zamontować na płytce drukowanej poziomo.
Do zasilania należy użyć typowej baterii do pilotów samochodowych np. L1022 o napięciu 9 V lub mniejszej o napięciu 6 V. Do
płytki drukowanej należy przylutować paski sprężystej blaszki,
które będą pełniły rolę kontaktów baterii. W modelu użyto blaszki ze styków większych złącz. Wymiary obudowy po zamknięciu
i wycięcie w płytce drukowanej skutecznie unieruchamiają baterię i nie jest potrzebne dodatkowe jej mocowanie. Dioda 3 mm
LED D2 powinna zostać wlutowana bezpośrednio pod oryginalny
otworem w obudowie.
Do odbiornika z przekaźnikami nie przewidziano obudowy.
Pod układy scalone polecam zastosowanie podstawek, co ułatwi
ich ewentualną wymianę. Należy zwrócić uwagę na montaż modułu odbiornika radiowego, ponieważ ma on symetrycznie rozłożone wyprowadzenia i łatwo o pomyłkę. Moduł powinien być
wlutowany pionowo z cewkami zwróconymi w kierunku układów
scalonych na głównej płytce drukowanej.
Układ U5, czyli DS1813, powinien być przeznaczony do przy
napięciu zasilania 4,75…4,85 V.
Odbiornik należy zasilić napięciem stałym o wartości niezbędnej dla prawidłowej pracy przekaźników, czyli w praktyce
9…12 V. Gniazdo J2 jest zabezpieczone przez diodę D5 przed podaniem zasilania o błędnej polaryzacji.
Wspomagając się podanymi wcześniej informacjami uruchomienie układu nie powinno być zbyt trudne. Nadajnik powinien
działać prawidłowo, jeżeli po naciśnięciu któregokolwiek przycisku zaświeci się dioda LED. W tym momencie na wyjściu VT
układu U1 odbiornika powinien pojawić się poziom wysoki o napięciu bliskim +5 V. Stanie się tak, jeżeli zostaną spełnione trzy
warunki: odbiornik jest zasilany, nadajnik i odbiornik znajdują
się w zasięgu oraz wyprowadzenia adresowe nadajnika i odbiornika są tak samo ustawione. W projekcie płytek nadajnika i odbiornika wszystkie ich wyprowadzenia adresowe są zwarte do
masy i jeżeli nie zostało to zmienione urządzenia powinny się ze
sobą komunikować.
Wyboru pomiędzy trybem pracy astabilnym i stabilnym dokonuje się poprzez zmianę ustawień zwór S1 i S2 na płytce odbiornika.
REKLAMA
Montaż i uruchomienie
Ryszard Szymaniak, EP
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 8/2013
027-031_modul-radiowy.indd 31
31
2013-07-25 10:25:42
Download PDF

advertising