8-kanałowy przełącznik


8-kanałowy
przełącznik
3138
sterowany dowolnym pilotem
na podczerwień
Do czego to służy?
Urządzenie umożliwia zdalne sterowanie
ośmioma urządzeniami za pomocą standardowych pilotów na podczerwień od
sprzętu powszechnego użytku. Do każdego wyjścia można przypisać dowolny
przycisk, praktycznie dowolnego pilota,
który będzie powodował zmianę stanu
odpowiedniego przekaźnika przełącznika.
Ponadto urządzenie może „nauczyć się”
kilku różnych pilotów bez względu na
to, w jakim standardzie pracują. Możliwe
jest sterowanie bistabilne – przyciśnięcie przycisku pilota załącza przekaźnik,
kolejne przyciśnięcie przycisku rozłącza
go, lub sterowanie monostabilne – przekaźnik jest załączony tak długo, jak wciśnięty jest przycisk w pilocie, zwolnienie
przycisku wyłącza przekaźnik. Urządzenie doskonale sprawdzi się jako włącznik
urządzeń, przełącznik sygnałów lub sterownik oświetlenia.
Jak to działa?
Schemat elektryczny przełącznika pokazano na rysunku 1. Głównym elementem jest mikrokontroler typu ATmega328,
a zawarte w nim oprogramowanie jest
odpowiedzialne za analizowanie i dekodowanie sygnałów nadawanych w podczerwieni. Procesor taktowany jest wewnętrznym sygnałem zegarowym o częstotliwości 8MHz. Jako odbiornik podczerwieni
zastosowano specjalizowany układ typu
TSOP4836, który zasilany jest poprzez
układ rezystora R1 i kondensatora C5,
48
filtrują one jego napięcie zasilania, co
poprawia czułość odbiornika (eliminuje
zakłócenia pochodzące od zasilania). Jako
wzmacniacz wyjściowy dla poszczególnych kanałów przełącznika zastosowany został układ typu ULN2803A, który
zawiera w swojej strukturze osiem stopni wzmacniaczy tranzystorowych wraz z
diodami zabezpieczającymi umożliwiającymi bezpośrednie sterowanie przekaźnikami. Do programowania parametrów
przełącznika wykorzystano podwójne
szpilki goldpin S1 wraz z jumperami oraz
mikroswitch PROG. Naciskając przycisk
PROG, można przełączyć procesor w tryb
programowania, a za pomocą zworek S1
ustawić numer kanału, dla którego będą
programowane parametry. Zworki S1
służą także do wyboru rodzaju reakcji
danego wyjścia na odebrany kod pilota.
Do sygnalizacji stanu pracy urządzenia służą diody świecące LED9 (ST/ON)
i LED10 (IR/OFF). Pierwsza sygnalizuje
aktywność urządzenia krótkimi mignięciami co kilka sekund, natomiast druga
sygnalizuje odebranie poprawnego kodu.
Diody sygnalizują także etapy trybu programowania. Cały układ jest zasilany
poprzez stabilizator 78L05. Dioda D1
zabezpiecza układ przed napięciem zasilania o błędnej polaryzacji, a kondensatory
C1...C5 filtrują to napięcie.
Główne zadanie, które wykonuje program, to odbieranie sygnału z odbiornika podczerwieni i odnajdowanie w tym
sygnale ramek, czyli kodów wysyłanych
z pilota IR. Taka ramka zawiera zwykle od
kilkunastu do kilkudziesięciu impulsów,
których czasy trwania i czasy przerwy
z reguły mieszczą się w przedziale od
0,2ms do 3ms. Program pozwala mierzyć
impulsy o długości do 8ms, a jeżeli na
wejściu sygnału utrzyma się niezmieniony
stan przez 8ms to jest to znak, że nadawanie jednej ramki zostało zakończone
i najbliższy impuls będzie początkiem
nowej ramki.
Gdy pojawi się sygnał, program odmierza czasy impulsów i czasy przerw pomiędzy nimi i zapisuje wyniki w tablicy aż do
kolejnej 8-milisekundowej przerwy lub
do uzyskania 64 pomiarów. Zatem jedynymi ograniczeniami co do pilota (kodu),
którego urządzenie potrafi się „nauczyć”,
jest czas każdego pojedynczego impulsu
i przerwy, które muszą zawierać się we
Październik 2015
E l e k t r o n i k a d l a Ws z y s t k i c h
Właściwości:
- współpracuje z prawie każdym pilotem na podczerwień,
- możliwość przypisania do każdego
z wyjść dowolnego przycisku, dowolnego pilota,
- sterowanie wyjściami w sposób bistabilny (włącz/wyłącz) lub monostabilny (impulsowy),
- sposób sterowania ustawiany indywidualnie dla każdego wyjścia,
- obciążalność każdego z wyjść
8A/230V,
- zasilanie 9...12VDC,
- wymiary płytki 61x137mm
22
GND
8
GND
14
15
16
17
18
19
CF8
D8
D7
D6
D5
D4
R6
1k
O
S
O
LED2
P
S
IR
GND
IR
CF1
CF2
CF5
CF6
CF7
CON3
PK3
R7
1k
LED3
O
2
3
4
5
6
11
12
13
P
CON4
PK4
R8
1k
LED4
MEGA328-PU
U2
1
2
CON2
S
PB0(ICP1/CLKO/PCINT0)
PB1(OC1A/PCINT1)
PB2(SS/OC1B/PCINT2)
PB3(MOSI/OC2A/PCINT3)
PB4(MISO/PCINT4)
PB5(SCK/PCINT5)
AGND
P
PK2
PB7(XTAL2/TOSC2/PCINT7)
PD0(RXD/PCINT16)
PD1(TXD/PCINT17)
VCC
PD2(INT0/PCINT18)
PD3(INT1/OC2B/PCINT19)
PD4(T0/XCK/PCINT20)
AVCC
PD5(T1/OC0B/PCINT21)
AREF
PD6(AIN0/OC0A/PCINT22)
PD7(AIN1/PCINT23)
20
21
LED1
O
7
R5
1k
P
S
VDD
PK1
1
10
CON1
D2
D1
D3
PROG
LED2
LED1
2
9
CF4
PC0(ADC0/PCINT8)
PC1(ADC1/PCINT9)
PC2(ADC2/PCINT10)
PC3(ADC3/PCINT11)
PC4(ADC4/SDA/PCINT12)
PC5(ADC5/SCLPCINT13)
PB6(XTAL1/TOSC1/PCINT6)
1
CF3
23
24
25
26
27
28
PC6(/RESET/PCINT14)
2
1
1
VDD
2
Rys. 1
GND
1k
R11
1k
LED7
R2
1k
U1
GND
IR
GND
C2
C3
100uF
100nF
78L05
VO
VI
CON8
3
GND
PK8
C4
100nF
C1
100uF
D1
1N4007
wspomnianych granicach oraz maksymalna długość kodu – 32 impulsy (i 32 przerwy). Ostatni warunek to częstotliwość
modulacji sygnału IR – każdy pilot wysyła kody na określonej częstotliwości nośnej, najpopularniejsza, najczęściej spotykana to 36kHz, mniej popularne to 38
czy 40kHz. Zastosowany odbiornik podczerwieni TSOP4836 jest zestrojony dla
sygnałów o częstotliwości 36kHz, ale jak
się okazało podczas testów, zastosowanie
odbiornika o częstotliwości 36kHz umoż-
liwia odbiór sygnałów z większości systemów, bez większego ograniczenia zasięgu. W razie potrzeby odbiornik można
wymienić na podobny o innej częstotliwości (TSOP4833 – 33kHz, TSOP4838 –
38kHz, TSOP4840 – 40kHz). Pomiar czasów impulsów dokonywany jest za pomocą układu licznikowego TIMER0, który
skonfigurowany jest do pracy z okresem
około 8ms i rozdzielczością 0,032ms.
Każda zmiana stanu z wejścia odbiera-
E l e k t r o n i k a d l a Ws z y s t k i c h
Październik 2015
12VDC
R12
1k
LED8
1
1
VDD
+
VDD
O
P
P
2
IR
R1
10
2
GND
100nF
1
CON7
ULN2803A
+
VDD
P
PK7
C5
IR
1
LED6
S
R10
1k
2
LED9
ST/ON
CON6
PK6
O
LED2
18
17
16
15
14
13
12
11
10
S
1k
R3
GND
O1
I1
O2
I2
O3
I3
O4
I4
O5
I5
O6
I6
O7
I7
I8
O8
GND CD+
O
LED1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
D8
GND
S
R4
15
13
11
9
7
5
3
1
2
LED10
IR/OFF
U3
S1
16
14
12
10
8
6
4
2
CF8
CF7
CF6
CF5
CF4
CF3
CF1
CF2
1
3
4
GND
P
2
1
2
PROG
LED5
S
R9
1k
PROG
O
CON5
PK5
jącego sygnał IR generuje przerwanie,
a podprogram obsługi przerwania powoduje odczyt i zapisanie w tablicy scan.
buffer[] stanu licznika i wyzerowanie go
w celu ponownego odliczania. Po skompletowaniu całej ramki zmienna scan.
status przyjmuje wartość SCAN_COMPLETE i blokuje nadpisywanie tablicy do
momentu wyzerowania statusu. Utworzona tablica porównywana jest z ramkami
zapisanymi w pamięci eeprom mikrokontrolera, z uwzględnieniem pewnej tolerancji określonej stałą SCAN_PULSE_
TOLERANCE. Jeśli porównanie da
wynik pozytywny, to podejmowana
jest odpowiednia akcja. Niektóre
standardy transmisji na podczerwień
wstawiają w ramce bit zmienny –
np. RC5 i zawarty w nim toggle
bit. W takim przypadku urządzenie
reagowałoby tylko na co drugie
naciśnięcie przycisku pilota. Problem ten został rozwiązany w ten
sposób, że urządzenie zapamiętuje
dwa kody pilota dla jednej funkcji
– jest to sposób prosty, ale wymaga
odpowiednio dużo pamięci, dlatego
pracą urządzenia steruje mikrokontroler
ATmega328 (1024B pamięci eeprom).
49
Program dla mikrokontrolera, zarówno w postaci
źródłowej, jak i pliki wynikowe, jest umieszczony
w Elportalu wśród materiałów dodatkowych do tego
numeru EdW.
3
2
1
3
2
1
3
2
1
3
2
1
3
2
1
3
2
1
3
2
1
3
2
1
50
1
2
1
Przełącznik został zmontowany na płytce, której
1
2
widok pokazano na rysun3
4
ku 2. Montaż należy rozpocząć od wlutowania rezystorów, następnie kondensatorów i podstawek pod
układy scalone. W dalszej
kolejności należy wlutować stabilizator napięcia,
diody LED, szpilki goldpin,
przycisk PROG oraz złącza śrubowe, a na samym
końcu przekaźniki. Po prawidłowym zmontowaniu
układu można przejść do
procedury uruchamiania
przełącznika. Do złącza
CON9 należy dołączyć
napięcie zasilania o wartości około 9–12V. Osoby
niedoświadczone powinny
poprosić kogoś o pomoc
w zaprogramowaniu procesora albo zdecydować
się na zakup gotowego Rys. 2
zestawu do samodzielnego
montażu z gotowym, zaprogramowanym
już układem.
W czasie normalnej pracy aktywność
urządzenia sygnalizuje krótkimi mignięciami co kilka sekund dioda LED9 opisana ST (STATUS). Dioda miga również
wtedy, gdy do urządzenia dotrze sygnał
z pilota. Druga dioda LED10, opisana IR,
sygnalizuje nieco dłuższym mignięciem
odebranie sygnału, który został wcześniej zaprogramowany. Aby wprowadzić
urządzenie w tryb programowania, należy
w pierwszej kolejności założyć zworkę
na wybrane szpilki złącza S1, a następnie
wcisnąć na czas około dwóch sekund
przycisk PROG. Zaświecą się diody ST
i IR i po chwili zgaśnie dioda IR. Teraz
urządzenie czeka na pierwszy sygnał pilota. Po odebraniu prawidłowego sygnału
dioda ST zgaśnie a zaświeci się dioda
IR – teraz urządzenie czeka na drugi
sygnał z pilota (lub jeszcze raz ten sam
2
Montaż
i uruchomienie
3
1
sygnał). Po ponownym odebraniu prawidłowego sygnału zaświecą się na chwilę
obie diody, po czym zgasną.
Oznacza to, że programowanie sygnału pilota zostało zakończone i urządzenie
powróciło do normalnej pracy.
Powyższą procedurę trzeba przeprowadzić w sposób analogiczny dla pozostałych kanałów. Nie należy programować
tego samego sygnału dla kilku wyjść,
ponieważ urządzenie i tak załączy tylko
jedno z tych wyjść (zawsze będzie to
wyjście o najniższym numerze). Po zaprogramowaniu sygnałów z pilota za pomocą
zworek S1 można skonfigurować tryby
pracy dla poszczególnych wyjść. Jeśli
zworka nie jest założona, to odpowiadające jej wyjście pracuje bistabilnie, czyli
w takiej konfiguracji każde przyciśnięcie przycisku pilota załącza przekaźnik
a kolejne przyciśnięcie przycisku wyłącza
go. Jeśli na danym kanale będzie założona
zworka, to odpowiadający jej przekaźnik
pracuje monostabilnie, czyli wyjście załączone jest tak długo, jak długo wciśnięty
jest przycisk, a zwolnienie przycisku rozłącza wyjście.
EB
Październik 2015
E l e k t r o n i k a d l a Ws z y s t k i c h
Wykaz elementów
R1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10W
R2-R12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1kW
C1, C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100uF
C3-C5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100nF
D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4007
U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78L05
U2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ATMEGA328
U3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ULN2803A
LED1-LED10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . dioda LED
PROG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .mikroswitch
CON1-CON8, IR . . . . . . . . . . . . . . . złącze DG301-5/3
CON9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . złącze DG301-5/2
PK1-PK8 . . . .przekaźnik JQC3FF/121ZS lub podobny
S1 . . . . . . . . . . . . . . . . . listwa goldpin 2x8 + zworki
Komplet podzespołów z płytką jest dostępny
w sieci handlowej AVT jako kit szkolny AVT-3138.