Многофункциональные часы-термостат с дистанционным управлением на микроконтроллере. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Микроконтроллеры

 Комментарии к статье

Возникла у меня потребность в настольных часах-термометре, чтобы помимо времени можно было узнать температуру на улице и в доме. В интернете есть множество конструкций такого рода и даже очень продвинутых, но я так и не сделал свой выбор в пользу какой то из них. В каждой не хватало чего то, что как мне казалось просто необходимо иметь подобного рода устройствам. Просто у меня имеется определенный набор требований, из которых я так и не смог ничего убрать, чтобы повторить какую либо из этих конструкций.

В моем представлении часы должны работать по принципу включил, настроил и забыл, то есть как можно реже прибегать к их обслуживанию (например корректировать время вследствие его ухода, вновь устанавливать после сбоев электропитания, переводить на летнее и зимнее время и т. п.), показания на индикаторе должны быть видны издалека, но не освещать комнату ночью, желательно наличие дистанционного управления. Дальнейшие размышления о том, что еще я хотел бы иметь в своих часах, привели в результате к появлению устройства со следующим набором функций:

1. Часы - календарь

Отсчет и вывод на индикатор часов, минут, секунд, дня недели, числа, месяца, года.
Наличие автоматической корректировки текущего времени, которая производится раз в сутки (максимальные значения +/-99,98 сек. с шагом 0,02 сек).
Вычисление дня недели по дате (для текущего столетия).
Автоматический переход на летнее и зимнее время.
Учитываются високосные годы.

2. Будильники

10 независимых будильников с возможностью установки на любой день недели или их совокупность.

Возможность при срабатывании включать звуковой сигнал, включать/отключать любую из четырех нагрузок, или запускать терморегулирование.

3. Таймер

Максимально время отсчета 99ч 59м 59с.

Возможность по окончании отсчета включить звуковой сигнал, включить/отключить любую из четырех нагрузок.

4. Двухканальный термометр-термостат

Измерение и индикация двух температур, например дома и на улице в диапазоне от -55 до 125 гр.С с дискретностью 0,1°С.

Два независимых термостата с возможностью установки верхнего и нижнего предела контролируемой температуры в том же диапазоне.

Возможность работы на нагрев или охлаждение.

Нагрузочная способность каналов управления ~220V, 12A

5. Четыре канала управления нагрузками

Нагрузочная способность каждого канала: ~220V, 12A.

Управление: ручное, от будильников, по таймеру (первые два канала связаны с термостатами)

6. Дополнительные функции устройства

Батарея резервного питания, (при работе от батареи устройство имеет полноценное функционирование).

Автоматическая (в зависимости от внешнего освещения) или ручная регулировка яркости индикатора.

Полное дистанционное управление на ИК лучах по системе RC-5, настраиваемое под любые клавиши пульта, работающего в этой системе.

Звуковое подтверждение (отключаемое) нажатия кнопок управления и принятия команд с пульта ДУ.

Энергонезависимая память для всех настраиваемых параметров.

Циклическая индикация позволяет выводить с программируемой длительностью на индикатор до четырех параметров:
1.   Текущее время в часах - минутах
2.   день недели - число
3.   температура первого канала (в помещении)
4.   температура второго канала (на улице)
Наличие интерфейса RS-485 для связи с ПК по протоколу MODBUS-RTU для дальнейшей интеграции в систему "Умный дом"

Схема устройства изображена на Рис. 1. Оно состоит из трех блоков: A1, A2, A3 которые конструктивно также разделены и собраны на трех печатных платах.

(нажмите для увеличения)

Центральный блок А1

Основной элемент - микроконтроллер ATmega8-16AI (DD1), в котором задействованы следующие узлы:

- таймер Т1 формирует временные интервалы для часов реального времени, динамической индикации и управления яркостью;
- внешнее прерывание INT1 и таймер Т2 обслуживают инфракрасный приемник B1.
- АЦП преобразует в цифровую форму аналоговые сигналы датчика освещения, величины напряжений с блока питания и встроенной батареи.
- модуль USART поддерживает связь с компьютером (9600 Бод, 8 информационных и 1 стоповый бит без контроля четности);
- таймер Т0 формирует временные интервалы задержек при приеме/передаче пакетов по протоколу "MODBUS-RTU"
- сторожевой таймер в случае "зависания" МК обеспечивает его перезапуск;

Тактовая частота МК задана кварцевым резонатором ZQ1 на 7,3728 МГц. Установку МК в исходное состояние (сброс) выполняет цепь R5C4VD1. L1C5 - цепь питания блока АЦП в МК. Для внутрисхемного программирования МК предназначен разъем XP1. В устройстве применена динамическая индикация. Процесс сканирования кнопок также связан с ней.

B1служит для приема команд с пульта дистанционного управления, работающего по системе RC-5. При этом задействуется пять кнопок пульта, которые будут соответствовать пяти кнопкам местного управления. Настройка на пульт описана в руководстве пользователя.

Резистором R33 подстраивается яркость при средней или максимльной освещенности. Настройка точности измерения контролируемых напряжений блока питания и резервной батареи осуществляется резисторами R35, R37 соответственно.

Микросхема DD2 является драйвером, преобразующим сигналы RX/TX уровней TTL в дифференциальный сигнал стандарта RS-485 для обмена данными с ПК на расстоянии до 1200 метров.
Термодатчики типа DS18B20 имеют цифровой выход, подключены по трехпроводной схеме и работают по протоколу 1 Wire. Первый датчик измеряет температуру в помещении (внутренний), второй - на улице (внешний).

Физически они расположены на одной линии, поэтому для считывания температуры производится адресация датчиков. Устройство работает только с датчиками DS18B20

Процесс записи серийных номеров двух датчиков в энергонезависимую память МК производится следующим образом:

1. Необходимо полностью обесточить устройство (достать батарею резервного питания, отключить сетевой блок питания)
2. Подключить один датчик DS18B20 (измерение температуры в помещении)
3. Удерживая нажатой кнопку "UP", включить сетевой блок питания. (произойдет запись серийного номера датчика в память МК, раздастся звуковой сигнал)
4. Отключить сетевой блок питания.
5. Отключить датчик.
6. Подключить другой датчик (измерение температуры на улице)
7. Удерживая нажатой кнопку "DN", включить сетевой блок питания (произойдет запись серийного номера датчика в память МК, раздастся звуковой сигнал)
8. Отключить сетевой блок питания
9. Подключить оба датчика
10.  Включить питание

Теперь устройство будет работать с этими датчиками. Если необходима заменить какой либо из них, то данную процедуру для соответствующего датчика нужно пройти вновь. Если второй датчик не требуется, то один датчик можно прописать на оба канала.
Температура выводится на индикатор с дискретностью 0,1°С. Измерение происходит с интервалом 1 сек.

Блок индикации A2 содержит пятиразрядный семисегментный индикатор с общим анодом, пять статусных светодиодов, а также элементы, необходимые для управления всем этим. Назначение статусных светодиодов следующее:

HL1 (желтый) - признак включения любого из будильников
HL2 (красный) - низкое выходное напряжение сетевого блока питания или батареи
HL3 (желтый) - признак работающего таймера
HL4 (красный) - ошибки термометра(ов)
HL5 (желтый) - включено терморегулирование

Микросхема DD3 представляет собой сдвиговый регистр с защелкой и возможностью перевода выходов в третье состояние и служит для преобразования последовательно поступающих данных в параллельное для вывода информации на цифровой индикатор и статусные светодиоды. VT1 - VT5 предназначены для усиления питания общих анодов цифровых индикаторов.

Блок управления нагрузками A3 предназначен для коммутации каких либо устройств, включающихся в стандартную электросеть ~220В, 50 Гц. Имеется 4 канала управления. Любой из них может быть включен/выключен вручную, по таймеру, от будильника. Первый и второй канал связаны соответственно с первым и вторым каналами терморегулирования (которые в свою очередь привязаны к первому и второму будильнику). Каждый канал включает в себя электромагнитное реле и транзисторный ключ для его управления. Контакты реле коммутируют нагрузку. В блоке реализовано экономичное управление реле. Рассмотрим его на примере первого канала. Когда канал выключен, транзистор VT9 закрыт, конденсатор С16 разряжен, реле К1 обесточено. При включении канала открывается VT9, конденсатор C16 заряжаясь через обмотку реле K1, создает импульс тока, достаточный для притяжения якоря этого реле. После заряда конденсатора якорь реле удерживается меньшим током, протекающим через резистор R27. Диод VD11 защищает транзистор VT9 от импульсного пробоя в момент его закрытия.

Светодиоды HL6 - HL9 сигнализируют о включенном состоянии соответствующего канала.

В моем варианте подключение внутренней батареи происходит при соединении блоков А3 и А1 через XS4-XP4, так как нет внешнего доступа к батарейному отсеку. Для этого в XP4 установлена перемычка между 6 и 7 контактами. Это сделано для удобства обслуживания при замене элементов питания или записи номеров термодатчиков в память МК., то есть когда схему нужно полностью обесточить. Если это не требуется, то минус батареи соединяется с минусовой шиной питания напрямую.

Напряжение внешнего источника питания устройства - 11...13 В., ток не менее 0,25A. В качестве резервной батареи лучше применить 3 последовательно соединенных алкалиновых элемента типоразмера "AA". Ток потребления устройства без блока А3 при максимальной яркости составляет около 120 mA. При пропадании сетевого питания устройство переходит на батарейное, при этом оно полнофункционально (только реле обесточены), потребляет ток около 10.....20 mA и может проработать не менее трех суток при установке свежих вышеуказанных элементов питания. Индикатор практически гасится до нуля, но процесс сканирования кнопок не прекращается, поэтому он едва подсвечивается. При нажатии на любую кнопку местного управления или пульта ДУ индикатор вновь загорается на 15 секунд, для того, чтобы можно было посмотреть информацию. При появлении сетевого питания индикатор вновь загорается.

Конструкция

Устройство собрано на трех односторонних печатных платах из фольгированного стеклотекстолита, чертеж и расположение деталей которых находятся в прилагаемых файлах.

Платы центрального блока и блока индикации соединяются между собой перемычками и размещаются в подходящем по размеру корпусе. Блок управления нагрузками конструктивно расположен внутри сетевого фильтра и соединяется кабелем через разъем, расположенный на задней стенке корпуса часов.  

Замена элементов

Микроконтроллер DD1 заменим на ATmega8-16AU, ATmega8L-8(AI)AU, микросхема драйвера RS-485 на SN75176BP, MAX485CPA и т.п., фотоприемник В1 на аналогичный, рассчитанный на несущую частоту 36 кГц, например TSOP1736, TSOP1836SS3V, SFH506-36, SFH5110-36, TFMS5360, но следует учесть, что расположение выводов фотоприемников разных типов может отличаться. В качестве звукового излучателя HA1 кроме указанного можно использовать другой электродинамический или пьезоэлектрический со встроенным генератором на напряжение 5…6V, например HCM1206X, HPM14A(X). Светодиодные семисегментные индикаторы можно применить из этой же серии SA08-XXXXX или аналогичные с общим анодом (возможно придется подобрать токоограничительные резисторы R10- R17) Вместо DA1 можно применить отечественный стабилизатор К142ЕН5Б. Примененные электромагнитные реле рассчитаны на питания обмотки12В и номинальный ток 30mA. При использовании реле с большим рабочим током необходимо подобрать резисторы R24 - R27. Напряжение коммутации ~220В, ток 12А. Вместо фоторезистора CФ2-5 можно применить аналогичные, сопротивление которых при ярком свете составляет 50....1000 Oм

Возможные упрощения устройства

Если не требуется управление с ПК то можно не устанавливать элементы DD2, R1-R3, XP2. За ненадобностью ИК управления не устанавливаются B1, C1, R4. Исключить автоматическую регулировку яркости можно не устанавливая R33, а вместо фоторезистора R32 поставить постоянный на 10ком. Если не нужно управлять нагрузками, то блок А3 исключается, а на XS4 необходимо установить перемычку между 6 и 7 контактами. Если нет надобности в термометрах, то DD4 и DD5 не подключаются и не устанавливаются R6, HL4.

Сборка и налаживание устройства

Вначале на плату запаивают все элементы кроме DD1 - DD3, B1. DD4 и DD5 пока не подключать. Включив питание, измеряют постоянное напряжение на С10 и затем на С1. В обоих случаях оно должно быть около 5,3В. Желательно проверить свечение всех сегментов цифрового индикатора и статусных светодиодов подавая одновременно с минусовой шины питания на левые по схеме вывода резисторов R10-R18 (ограничивающие ток сегментов) и R19 - R23 (в базовых цепях VT1- VT5). Если все прошло успешно, то отключаем питание, запаиваем DD1 - DD3 и B1 и подключаем программатор к разъему XP1 (стандартный шестиконтактный разъем для внутрисхемного программирования AVR). Демопрошивка для проверки работоспособности устройства прилагается.

FUSE-биты микроконтроллера DD1 должны быть запрограммированы следующим образом:

• CKSEL3...0 = 1111 - тактирование от высокочастотного кварцевого резонатора;
• SUT1...0 =11 - Start-up time: 16K CK + 64 ms;
• CKOUT = 1 - Output Clock on CKOUT запрещен;
• BODLEVEL = 1 - пороговый уровень для схемы контроля напряжения питания 2,7В;
• BODEN = 0 монитор питания включен
• EESAVE = 0 - стирание EEPROM при программировании кристалла запрещено;
• WDTON = 1 - Нет постоянного включения Watchdog Timer;

Остальные FUSE - биты лучше не трогать. FUSE-бит запрограммирован, если установлен в "0".

Демопрошивка обеспечивает полноценную работу устройства, но в течении чуть менее двух часов, что вполне достаточно для проверки работоспособности. За полнофункциональной прошивкой обращайтесь к автору, alexperm72@mail.ru.

Управляющая программа для компьютера находится в стадии создания.

Руководство пользователя (PDF, 500 кБайт)

Скачать прошивку HEX, печатную плату в LAY и GIF-формате, фотографии устройства

Автор: Баталов Алексей, alexperm72@mail.ru, ICQ#: 477022759; Публикация: mcuprojects.narod.ru

Смотрите другие статьи раздела Микроконтроллеры.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Прототип анода для натрий-ионных батарей 31.12.2013 Группа исследователей из Института общей и неорганической химии РАН совместно с коллегами из Сингапура и Израиля создали новый материал, который можно использовать для изготовления анодов для натрий-ионных батарей. Такие батареи в будущем могут заменить литий-ионные аккумуляторы, получившие распространение сегодня. Химики из возглавляемой Татьяной Трипольской лаборатории нашли способ создания слоя сульфида сурьмы из так называемых пероксокомплексов. Ученые называют так соединения различных веществ с группой OOH (сотрудники лаборатории Трипольской сосредоточились на элементах p-группы, в основном, на сурьме и олове). Эта группа является фактически молекулой перекиси водорода (H2O2, H-O-O-H), от которой отделен один атом водорода. В ходе эксперимента графеновые чешуйки были покрыты тонким слоем сульфида сурьмы. Эти чешуйки применили в композиционном материале для электродов батареи, при этом вместо распространенной сегодня литий-ионной технологии ученые проводили эксперимент с натрием. Натрий-ионные аккумуляторные батареи могут иметь по сравнению литиевыми одно значительное преимущество: запасов натрия на Земле очень много. К примеру, этот элемент образует поваренную соль. В теории натриевые аккумуляторы могли бы оказаться дешевле литиевых, однако ионы натрия не встраиваются в обычные графитовые электроды (либо электроды из другого доступного материала). В своей работе исследователи показали, что для ионов натрия подходит сульфид сурьмы, причем нет необходимости делать из него электроды целиком. Контрольные измерения показали, что новые электроды могут накапливать до 730 мА·ч на грамм. По оценкам химиков, сурьмяно-сульфидная технология может помочь "подтянуть" натрий-ионные батареи на уровень, вполне сопоставимый с литий-ионными батареями. "Данный метод получения композиционного материала не требует специального оборудования и очень прост в аппаратурном оформлении" - сообщил в беседе с журналистами Петр Приходченко, один из авторов работы. "Он очень дешев и прост в аппаратурном оформлении, не требует больших энергозатрат, не дает токсичных отходов, а также может легко масштабироваться в реальное производство" - сказал он.

Другие интересные новости:

▪ Африка кормит Бразилию

▪ Мозг слышит тишину

▪ Брокколи против тромбов

▪ Оптоволоконная сеть как предсказатель землетрясений

▪ Синий свет стимулирует иммунитет

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Заводские технологии на дому. Подборка статей

▪ статья Геоцентрическая модель мира. История и суть научного открытия

▪ статья Откуда берется ветер? Подробный ответ

▪ статья Лифтер. Должностная инструкция

▪ статья Средства для удаления волос. Простые рецепты и советы

▪ статья Фокусы с бумагой. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025