23_27.PDF

Bezprzewodowy sterownik węża świetlnego

P R O J E K T Y

Bezprzewodowy sterownik

węża świetlnego

AVT−5077

Temat wydaje siÍ banalny,

ale jego realizacja juø nie:

jest to bowiem programowany

sterownik wÍøa úwietlnego,

ktÛry wspÛ³pracuje

z†modu³ami wykonawczymi

drog¹ radiow¹. Niebanalne,

funkcjonalne i†do tego

niezwykle bezpieczne

rozwi¹zanie!

Sterowniki efektÛw úwietlnych

mog¹ mieÊ rÛøn¹ budowÍ. Naj-

prostsze uk³ady zbudowane s¹

w†oparciu o†tranzystory, w†bar-

dziej z³oøonych stosuje siÍ uk³a-

dy cyfrowe (bramki czy rejestry

przesuwaj¹ce), a†w†najbrdziej roz-

budowanych pamiÍci EPROM.

Uk³ady zbudowane z†rejestrÛw

przesuwaj¹cych umoøliwiaj¹

uzyskanie niewielkiej liczby sek-

wencji úwietlnych. Znacznie

lepiej jest w†przypadku zastoso-

wania pamiÍci rÛwnoleg³ej, gdyø

liczba uzyskanych efektÛw jest

ograniczona jedynie jej pojem-

noúci¹. Powstaje jednak problem

z†programowaniem takiej pamiÍ-

ci, poniewaø wymagany jest od-

powiedni programator. W†przy-

padku pamiÍci EPROM zmiana

wczeúniej zapisanego programu

wymaga uøycia specjalnego ka-

sownika ultrafioletowego. RÛw-

nieø swobodny wybÛr poszcze-

gÛlnych programÛw wymaga du-

øej liczby uk³adÛw steruj¹cych t¹

pamiÍci¹.

W†sterowniku przedstawionym

w†artykule zdecydowano siÍ na

zastosowanie mikroprocesora, co

pozwala na ³atw¹ obs³ugÍ ca³ego

urz¹dzenia za pomoc¹ niewielkiej

klawiatury, a†sterowaniem do³¹-

czonych uk³adÛw zajmuje siÍ op-

rogramowanie zawarte w†pamiÍci

procesora.

Sterownik pozwala na zapisa-

nie 100 programÛw, a†kaødy

z†nich moøe zawieraÊ do 80

krokÛw. Wszystkie sekwencje

úwietlne zapisywane s¹ w†szere-

gowej pamiÍci typu EEPROM, co

umoøliwia swobodne ich progra-

mowanie na docelowej p³ytce

sterownika bez koniecznoúci wy-

jmowania uk³adu pamiÍci

z†podstawki. Oprogramowanie

Elektronika Praktyczna 8/2002

Bezprzewodowy sterownik węża świetlnego

Obydwa modu³y komunikuj¹

siÍ ze sob¹ za pomoc¹ fal radio-

wych. Takie rozwi¹zanie gwaran-

tuje pe³n¹ izolacjÍ galwaniczn¹

miÍdzy obydwoma modu³ami, co

jest bardzo waøne przy obs³udze

urz¹dzeÒ pracuj¹cych pod napiÍ-

ciem sieci. Ponadto, zastosowanie

³¹cznoúci radiowej umoøliwia swo-

bodne umiejscowienie sterownika

i†ca³kowicie bezpieczn¹ zdaln¹ ob-

s³ugÍ wÍøa.

Rys. 1. Schemat elektryczny modułu sterownika węża świetlnego

Budowa i†dzia³ania

Sterownik zbudowany jest na

dwÛch p³ytkach: p³ytce w³aúciwe-

go sterownika oraz p³ytce uk³adu

wykonawczego. Na rys. 1 przed-

stawiono schemat elektryczny mo-

du³u steruj¹cego wÍøem úwietl-

nym. Ze wzglÍdu na z³oøonoúÊ

realizowanych funkcji do sterowa-

nia zosta³ wykorzystany mikropro-

cesor US1.

Uk³ad PIC16F874 jest duøym

ìbratemî rodziny uk³adÛw

PIC16F87x. Zawiera w†swojej

strukturze 4k s³Ûw pamiÍci pro-

gramu typu Flash. Pod wzglÍdem

budowy wewnÍtrznej jest iden-

tyczny z†opisywanym w†EP6/02

uk³adem PIC16F873. Uk³ad

PIC16F874 posiada jedynie wiÍk-

sz¹ liczbÍ portÛw, dziÍki czemu

mamy do dyspozycji oúmiowej-

úciowy przetwornik A/C a†nie

piÍciowejúciowy jak w†uk³adzie

PIC16F873. Procesory z†serii

16F87x, umieszczone w†obudo-

wach 40-nÛøkowych, maj¹ port

rÛwnoleg³y umoøliwiaj¹cy komu-

nikacjÍ z†innymi uk³adami w†spo-

sÛb podobny do komunikacji

z†pamiÍci¹ rÛwnoleg³¹, z†wyko-

rzystaniem sygna³Ûw odczytu

(RD) i†zapisu (WR). Jak wszystkie

uk³ady PIC moøe pracowaÊ ze

zewnÍtrznym sygna³em zegaro-

wym wytworzonym po do³¹czeniu

elementÛw RC lub rezonatora

kwarcowego.

W†sterowniku zastosowano re-

zonator kwarcowy X wraz z†kon-

densatorami C5 i†C6. ObwÛd ze-

rowania procesora po w³¹czeniu

zasilania jest wykonany za pomo-

c¹ uk³adu DS1813. Sterownik jest

wyposaøony w†osiem diod úwie-

c¹cych oraz wyúwietlacz alfanu-

meryczny, co pozwala na moni-

torowanie jego pracy oraz u³atwia

programowanie.

Diody úwiec¹ce do³¹czone s¹

do portu RB i†úwiec¹ zgodnie

pozwala na ³¹czenie kilku zapi-

sanych wczeúniej programÛw

efektÛw úwietlnych w†jeden mak-

roprogram. WybÛr opcji jest do-

konywany za pomoc¹ czterech

klawiszy funkcyjnych z†intuicyj-

nego menu. Dodatkowe klawisze

umoøliwiaj¹ szybkie wybieranie

jednego z†oúmiu makroprogramÛw

poprzez naciúniÍcie tylko jednego

klawisza.

PrÍdkoúÊ odtwarzanych sek-

wencji úwietlnych moøe byÊ zmie-

niana cyfrowo (za pomoc¹ klawi-

szy) w†zakresie od 100 ms do 25

sekund.

Sterownik sk³ada siÍ z†dwÛch

modu³Ûw - modu³u sterownika

z†procesorem i†wyúwietlaczem

oraz modu³u wykonawczego. Mo-

du³ wykonawczy umoøliwia bez-

poúrednie sterowanie øarÛwkami

220V. Jako uk³ady wyjúciowe za-

stosowano triaki - bez radiatorÛw

mog¹ sterowaÊ øarÛwkami o†mocy

do 200W.

Elektronika Praktyczna 8/2002

Bezprzewodowy sterownik węża świetlnego

Rys. 2. Schemat elektryczny modułu wykonawczego

z†zaprogramowan¹ sekwencj¹ (pro-

gramowanie zostanie omÛwione

w†dalszej czÍúci artyku³u). Do por-

tu RB do³¹czone s¹ rÛwnieø wej-

úcia D1...D8 uk³adu U3.

Jak wczeúniej wspomniano, do

komunikowania siÍ sterownika

z†modu³em wykonawczym zasto-

sowano ³¹cze radiowe pracuj¹ce

w†paúmie 433MHz. Poniewaø bez-

poúrednia transmisja sygna³Ûw jest

naraøona na zak³Ûcenia, do zabez-

pieczenia przed b³Ídami transmi-

sji zastosowano uk³ad UM3758-

108 bÍd¹cy koderem/dekoderem

szyfruj¹cym dane pobierane

z†wejúÊ danych D1...D8 oraz wejúÊ

adresowych A1..A10. Uk³ad ten

moøe pracowaÊ jako koder lub

jako dekoder. Wbudowany

oscyloskop wymaga zewnÍtrznego

obwodu RC (elementy R1 i†C7).

W†nadajniku ten uk³ad pracuje

jako koder, gdyø jego wejúcie

steruj¹ce MODE jest zwarte do

plusa zasilania. Dane pojawiaj¹ce

siÍ na wyjúciach portu RB pro-

cesora s¹ wyúwietlane na diodach

D1...D8 w†celu lokalnej wizualiza-

cji oraz kierowane do uk³adu

kodera U3. Uk³ad U3 wysy³a je

szeregowo z†wyjúcia TRO (po-

przez rezystor R2) do wejúcia

nadajnika radiowego Q. Transmis-

ja danych moøe byÊ jednak blo-

kowana przez procesor za pomoc¹

tranzystora T. Jeúli transmisja ma

byÊ wstrzymana, procesor wysta-

wia na port RC.7 jedynkÍ logicz-

n¹, powoduj¹c¹ przewodzenie

tranzystora, a†tym samym zwarcie

do masy wejúcia nadajnika radio-

wego. Do masy jest zwierane

rÛwnieø wyjúcie TRO uk³adu ko-

dera U3, lecz rezystor R2 chroni

to wyjúcie przed przeci¹øeniem.

Do komunikowania z†uøytkow-

nikiem zosta³ zastosowany dwu-

liniowy wyúwietlacz alfanume-

ryczny, na ktÛrym wyúwietlane s¹

wszystkie komunikaty w†czasie

przegl¹dania programowania oraz

podczas normalnego uøytkowania.

Wyúwietlacz pod³¹czony jest do

wyprowadzeÒ portu RA i†RE pro-

cesora. Potencjometr P†umoøliwia

dobranie kontrastu wyúwietlacza.

Wszelkie nastawy parametrÛw

sterownika s¹ wykonywane za

pomoc¹ klawiatury. Klawiatura zo-

sta³a podzielona na dwie czÍúci.

Cztery klawisze funkcyjne

S9...S12, s³uø¹ce do obs³ugi

i†wyboru opcji sterownika, do³¹-

czone s¹ do portu RC. Druga

czÍúÊ klawiatury, sk³adaj¹ca siÍ

z†klawiszy S1...S8, zosta³a do³¹-

czona do portu RD. Klawisze te

s³uø¹ do zmiany stanÛw progra-

mowanych sekwencji úwietlnych

oraz do wyboru wykonywanego

programu.

Porty RC oraz RD procesora,

wykorzystane do obs³ugi klawia-

tury, s¹ skonfigurowane jako wej-

Elektronika Praktyczna 8/2002

Bezprzewodowy sterownik węża świetlnego

WYKAZ ELEMENTÓW

Nadajnik

Rezystory

R1: 100k

R2: 1,5k

Ω

RP1, RP2: 8x10k

Ω

P: potencjometr 10k

Rys. 3. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej sterownika węża

świetlnego

Kondensatory

C1: 220µF/16V

C2, C4: 100nF

C3: 100µF

C5, C6: 30pF

C7: 120pF

Półprzewodniki

D1...D8: dioda LED 5mm (kolor

dowolny)

T: BC547

U1: PIC16F874 zaprogramowany

U2: AT2464

U3: UM3758−108A

U4: DS1813

U5: 7805

Różne

CON1: ARK2 (5mm)

W: wyświetlacz LCD 16*2

Q: nadajnik radiowy RT1

X: rezonator kwarcowy 4MHz

S1−S12: mikrowłącznik 9mm

úcia, dlatego wymagane s¹ rezys-

tory podci¹gaj¹ce ( pull-up ),

w†uk³adzie sieci rezystorÛw RP1

i†RP2.

Sterownik wÍøa úwietlnego

umoøliwia zaprogramowanie 100

efektÛw úwietlnych, kaødy pro-

gram moøe zawieraÊ do 80 kro-

kÛw. Do tak duøej liczby danych

wymagana jest pamiÍÊ o†duøej

pojemnoúci. Do przechowywania

programÛw najlepiej nadaje siÍ

szeregowa pamiÍÊ EEPROM. Jej

duø¹ zalet¹ jest moøliwoúÊ komu-

nikacji za pomoc¹ magistrali I 2 C,

zajmuj¹cej tylko dwa wyprowa-

dzenia procesora. W†uk³adzie za-

stosowano pamiÍÊ typu AT24C64

o†pojemnoúci 8192 bajtÛw, ktÛra

zosta³a niemal w†pe³ni wykorzys-

tana.

Do zasilania uk³adu zastosowa-

no stabilizator napiÍcia 5V typu

LM7805 z†kondensatorami filtruj¹-

cymi C1...C4.

Schemat elektryczny modu³u

wykonawczego przedstawiono na

rys. 2 . Odbiera on sygna³y radio-

we i†na ich podstawie odpowied-

nio steruje diodami úwiec¹cymi

oraz triakami. Sygna³ radiowy jest

odbierany przez odbiornik radio-

wy US3, a†po przekszta³ceniu do

postaci cyfrowej jest przekazywa-

ny na wejúcie RXI uk³adu US1.

Uk³ad UM3758-108A, pracuj¹cy

jako dekoder (wejúcie MODE zwar-

te do masy), porÛwnuje odbierane

dane z†adresami ustawionymi na

wejúciach A1...A10; jeúli dwa ko-

lejno odebrane pakiety zawieraj¹

poprawny adres, to na wyjúcia

danych D1...D8 zostanie przepisa-

na wartoúÊ danych wystawionych

na wejúcia D1...D8 w†module na-

dajnika. Wyjúcia D1...D8 posiadaj¹

wewnÍtrzny zatrzask, dlatego stan

tych wyjúÊ jest ìpamiÍtanyî do

momentu wyst¹pienia kolejnej pra-

wid³owej transmisji.

Z†wyjúÊ D1...D8 dane s¹ prze-

kazywane do wzmacniaczy pr¹do-

wych zawartych wewn¹trz uk³adu

US2. Uk³ad ten zawiera osiem

tranzystorÛw o†maksymalnym pr¹-

dzie obci¹øenia rÛwnym 500mA.

Po wzmocnieniu sygna³y steruj¹ce

zasilaj¹ diody úwiec¹ce D1...D8

oraz diody zawarte wewn¹trz op-

totriakÛw U1...U8. Diody úwiec¹ce

wyúwietlaj¹ stany wystÍpuj¹ce na

wyprowadzeniach portu RB w†mo-

dule sterownika. Optotriaki steru-

j¹ w³aúciwymi uk³adami wyko-

nawczymi, czyli triakami Q1...Q8.

Na z³¹czach CON2...CON9 otrzy-

mujemy sygna³y do bezpoúrednie-

go sterowania øarÛwkami na na-

piÍcie 220V.

Zasilanie modu³u wykonawcze-

go zrealizowano w†oparciu o†trans-

formator T. Na jego uzwojeniu

wtÛrnym otrzymujemy napiÍcie

oko³o 7V, ktÛre po wyprostowaniu

przez mostek prostowniczy

i†wstÍpnym wyg³adzeniu przez

kondensatory C1 i†C2 trafia na

wejúcie stabilizatora US4. Na wyj-

úciu tego stabilizatora otrzymuje-

my napiÍcie 5V.

Odbiornik

Rezystory

R1: 100k

Ω

R3...R26: 220

Ω

Kondensatory

C1, C4: 100nF

C2: 470µF/16V

C3: 220µF/16V

C5: 120pF

C6: 100nF

C7: 100µF/16V

Półprzewodniki

D1...D8: dioda LED 5mm

G1: mostek prostowniczy 1A/400V

U1 U8: MOC 3041

Q1...Q8: BT138−600

US1: UM 3758−108A

US2: ULN 2803A

US3: Odbiornik radiowy RR3

US4: 7805

Różne

CON1...CON9: ARK2 (5mm)

Transformator TS2/14

Gniazdo bezpiecznika do druku

Bezpiecznik 2A

Montaø i†uruchomienie

Montaø rozpoczynamy od mo-

du³u sterownika (schemat monta-

øowy pokazano na rys. 3 ). Naj-

pierw montujemy rezystory, na-

stÍpnie podstawki pod uk³ady

scalone oraz kondensatory. Kon-

Elektronika Praktyczna 8/2002

R3: 4,7k

RP3: 8x470

R2: 10

Bezprzewodowy sterownik węża świetlnego

Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej modułu wykonawczego

densatory elektrolityczne oraz sta-

bilizator montujemy poziomo. Dio-

dy D1...D8, klawisze S1....S12 oraz

wyúwietlacz montujemy od strony

úcieøek. Po zamontowaniu wszyst-

kich elementÛw do z³¹cza CON1

do³¹czamy napiÍcie zasilania

o†wartoúci oko³o 12V. Na wy-

úwietlaczu powinien ukazaÊ siÍ

komunikat:

“Sterownik węża”

“świetlnego”

a†po oko³o dwÛch sekundach na-

pis zmieni siÍ na: ìWybierz pro-

gramî. Jeúli otrzymaliúmy takie

komunikaty, to sterownik pracuje

poprawnie. Jeúli zastosujemy wy-

úwietlacz z†podúwietlaniem, wska-

zane jest, aby stabilizator by³

zamontowany w†pozycji pionowej

i†wyposaøony w†niewielki radiator.

Przy montaøu p³ytki modu³u

wykonawczego ( rys. 4 ) w†pierw-

szej kolejnoúci montujemy rezys-

tory i†podstawki pod uk³ady sca-

lone, nastÍpnie optoriaki, diody

úwiec¹ce i†triaki. Modu³ odbior-

nika radiowego montujemy po-

ziomo - ìna leø¹coî (w tym celu

naleøy jego wyprowadzenia za-

gi¹Ê pod k¹tem 90 o ). NastÍpnie

montujemy z³¹cza CON1...CON9,

transformator i†bezpiecznik. Do

punktu lutowniczego oznaczone-

go opisem Antena naleøy przy-

lutowaÊ odcinek przewodu o†d³u-

goúci oko³o 10 cm, ktÛry spe³ni

rolÍ anteny odbiornika radiowe-

go. Montaø naleøy wykonaÊ wy-

j¹tkowo starannie, gdyø modu³

ma bezpoúrednie po³¹czenie z†na-

piÍciem 220V.

Modu³ wykonawczy bÍdzie

moøna przetestowaÊ dopiero pod-

czas programowania modu³u ste-

rownika.

ZarÛwno w†module nadajnika,

jak i†module wykonawczym nale-

øy ustawiÊ wspÛlny adres dla

uk³adÛw kodowania i†dekodowa-

nia transmisji radiowej. W†tym

celu wejúcia adresowe A1...A10

naleøy zewrzeÊ do plusa zasilania

lub do masy - jednakowo w†oby-

dwu uk³adach.

Krzysztof P³awsiuk, AVT

krzysztof.plawsiuk@ep.com.pl

Wzory p³ytek drukowanych w for-

macie PDF s¹ dostÍpne w Internecie

pod adresem: http://www.ep.com.pl/

?pdf/sierpien02.htm oraz na p³ycie

CD-EP08/2002B w katalogu PCB .

Elektronika Praktyczna 8/2002

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: