Многоканальная система дистанционного управления или «Умный дом»

Как говорится, лень – двигатель прогресса. Возможно, поэтому всё большее распространение получают системы дистанционного управления электроприборами, бытовой техникой и освещением. Системы «Умного дома» широко распространённые на Западе только-только начинают появляться у нас. Цены на самые простые системы дистанционного управления освещением, роллетами, гаражными воротами и т.п. зашкаливают за отметки 20 000…50 000 €. Не каждый житель стран бывшего USSR может позволить себе установку подобного «умного» комплекса. Дальше установки «Сапфира» для управления люстрой в большинстве случаев не доходит. А хотелось бы использовать нашу славянскую смекалку на полную, тем более что руки произрастают как раз оттуда, откуда положено.

Разработано несколько вариантов модуля дистанционного управления нагрузками, отличающихся между собой как функциональными возможностями, так и количеством выходов для подключения нагрузок.

Основные возможности модуля следующие:

- 29 выходов для подключения нагрузок;
- дистанционное управление и настройка при помощи любого пульта дистанционного управления, работающего по протоколу RC-5;
- запоминание 35 команд пульта дистанционного управления - режим обучения командам;
- возможность программирования включения выходов от различных пультов дистанционного управления (например, управление выходами 1...10 и сервисными функциями от одного ПДУ, а управление выходами 11...29 от ПДУ с другим системным адресом), при этом каждый из пультов управляет только "своими" выходами;
- запоминание в EEPROM последней неверно принятой команды и системного адреса;
- каждый из выходов может работать как в триггерном режиме (изменение состояния нагрузки вкл./откл. после каждого нажатия на кнопку), так и в режиме временной активности (нагрузка включается на время заданное в меню для данного канала: от 1 до 100 сек. с дискретностью 0,1 секунды.);
- отключаемый таймер автоматического выключения нагрузок по истечении заданного времени при отсутствии принимаемых команд с пульта дистанционного управления или клавиатуры;
- диапазон устанавливаемого в меню времени автоматического выключения нагрузок от 1 минуты до 16 часов 40 минут с шагом 1 минута;
- 1 цифровой вход для подключения цепочки фотоприёмников;
- 1 аналоговый вход для подключения 30-командной клавиатуры или местных выключателей освещения;
- функция программного «антидребезга» клавиатуры и задержка на выполнение дублирующих команд ПДУ.
- возможность подключения до 30 фотоприёмников типа ILMS 5360 в параллель по трёхпроводной линии;
- возможность подключения большого количества концевых выключателей или полнофункциональных блоков клавиатуры, расположенных в различных помещениях по существующей двухпроводной линии 220В.;
- отключаемый через меню звуковой сигнал при помощи бипера для информирования о включении нагрузок, неправильно принятых командах и т.п.;
- возможность подключения по одной двухпроводной линии до 100 12‑вольтовых биперов со встроенным генератором и возможность расположения их в различных помещениях;
- сохранение всех настроек и состояния нагрузок в энергонезависимой памяти контроллера и их восстановление после подачи питания на устройство;
- отключаемая через системное меню функция "антиповтора нажатий", не позволяющая нагрузке "дёргаться" (т.е. периодически включаться и выключаться) при удержании нажатой клавиши ПДУ или клавиатуры;
- сброс настроек «по умолчанию» через системное меню, при этом все выходы устанавливаются в триггерный режим работы, время автоматического отключения устанавливается равным 12 часов, включается звук.

Описание электрической принципиальной схемы и подключение устройства:

Основу устройства составляет микропроцессор ATMega16 с «зашитой» программой управления, которая берёт на себя обработку всей поступающей от датчиков и выключателей информации и производит необходимые расчёты.

Источник питания напряжением 10…15 В. / 1,5…2 А при этом на схеме не показан, в авторском варианте использован готовый модуль питания от ноутбука 12,6V/4,2A.

Микроконтроллер можно заменить на AT Mega16L. Вместо трёхвыводного керамического резонатора можно установить двухвыводной кварцевый, при условии установки блокирующих конденсаторов ёмкостью 18…22 пФ. между выводами кристалла и общим проводом схемы. Реле могут быть любыми, рассчитанными на напряжение питания 12 В. и соответствующую силу тока во вторичной цепи. Номиналы остальных элементов схемы за исключением резисторов R1,R35,R37…R65 не критичны. Указанные сопротивления должны быть подобраны с точностью ± 10 %. Такая точность обусловлена малой разницей между напряжениями, подаваемыми на вход АЦП микропроцессора при нажатых кнопках. Как видно из написанного выше, микроконтроллер определяет номер нажатой клавиши по уровню поступающего на вход PA0 напряжения при помощи программной перекодировки напряжения в код нажатой кнопки. Если будет нажато несколько кнопок одновременно то, как видно из схемы клавиатуры, большим приоритетом обладает кнопка с меньшим номером команды.

Назначение кнопок ручного управления следующее:

«Выключить все» - выключить все включённые нагрузки,
1... 29 - управление соответствующими выходами.

Стабилитроны VD1, VD12 служат для защиты микропроцессора от импульсных помех, которые могут возникнуть в соединительных проводах при их значительной длине.

Возможно множество вариантов подключения кнопок ручного управления. На рисунке 1 изображены два из них.

Первый заключается в изготовлении отдельной платы клавиатуры с расположенными на ней цепочкой резисторов и винтовых зажимов. В этом случае кнопки подключаются к соответствующим контактам зажимов и могут быть разнесены на значительное расстояние от базового блока. При этом допускается соединение кнопок параллельно, например, с целью управления освещением из различных концов коридора и т.п. В этом случае целесообразно использовать существующую электрическую сеть и штатные выключатели, однако предварительно необходимо исключить попадание сетевого напряжения на элементы схемы, а клавишные выключатели заменить на выключатели без фиксации положения (можно просто установить внутри корпуса выключателя возвратную пружину).

Второй вариант предусматривает расположение резисторов непосредственно в корпусе каждого выключателя или соответствующей ему соединительной коробке, при этом также возможно параллельное соединение кнопок управления, но только при установке в корпус каждой резистора соответствующего номинала. В этом случае плату клавиатуры можно не изготавливать.

В случае если устройство будет использоваться для централизованного управления освещением, как в авторском варианте, в заново строящемся доме (или после ремонта) целесообразно установить модуль в подходящий электрический щиток. В этом случае все провода от нагрузок (светильников) и настенных выключателей сводятся к модулю дистанционного управления и подключаются к нему в соответствии со схемой. При прокладке новых проводов необходимо учесть, что для подключения интегральных фотоприёмников желательно использовать витую пару категории 5Е, при этом используются всего две пары из имеющихся четырёх.

Подключение фотоприёмников должно быть таким, чтобы минимально снизить вероятность проникновения импульсных наводок на вход схемы.

Пример подключения витой пары приведён в таблице 1. Свободные пары можно использовать по их прямому назначению (LAN 100Mb/s., телефон и т.п.), в авторском варианте по ним подключены датчики температуры DS18B20 к системе управления отоплением дома. Экран кабеля, впрочем, как и корпус распределительного щитка, для уменьшения помех необходимо соединить с устройством заземления. Общий провод схемы также необходимо заземлить. Корпус распределительного электрощита требуется подключать к устройству заземления и согласно действующим правилам устройства и эксплуатации электроустановок потребителей.

Имеющиеся свободные пары можно задействовать и для подключения бипера и кнопок управления (этот пример приведён в таблице 1). Подобное подключение довольно удобно, так как бипер и фотоприемник конструктивно можно разместить одном корпусе и установить, к примеру, на потолке комнаты. Использование свободной пары для подключения кнопок управления (используется второй вариант подключения) позволяет сократить финансовые затраты на дополнительный провод, а также повысить помехозащищённость устройства. Подпрограмма обработки нажатия клавиш, впрочем, и так обладает достаточной помехозащищенностью, ввиду использования алгоритмов расчёта нажатой кнопки с предсказанием результата и коррекцией ошибок.

Работа модуля и первое включение:

При включении питания микропроцессор настраивает порты ввода-вывода и инициализирует встроенные устройства в соответствии с микропрограммой, после чего проверяет нажата ли кнопка «Выключить все» на клавиатуре. Если нажатие будет зафиксировано то контроллер подаст два длинных звуковых сигнала и прейдёт в режим обучения командам ПДУ, в противном случае раздастся один длинный (500 мс.) и три коротких (по 100 мс.) звуковых сигнала и устройство перейдёт в рабочий режим в котором выполняется управление нагрузками. Однако следует учесть, что при первом включении в память микропроцессора не содержит кодов команд и необходимо обучить устройство командам ПДУ. В противном случае будет подан звуковой сигнал ошибки (один сигнал средней длительности и пять коротких), свидетельствующий о приёме неверного адреса устройства. После программирования команд пульта дистанционного управления необходимо через системное меню произвести сброс настроек по умолчанию. Как это сделать написано далее. Если сброс не произвести то нормальная работа устройства не гарантируется.

После нажатия на любую из кнопок пульта дистанционного управления контроллер сверяет полученный код с кодами, хранящимися в памяти, и в случае обнаружения совпадений выполняет соответствующую команду. При отсутствии совпадений будет подан (при включённом звуке) соответствующий сигнал ошибки: один сигнал средней длительности (300 мс.) и пять коротких (100 мс.) в случае если принятая команда содержит неверный адрес устройства, либо один сигнал средней длительности и три коротких в случае если принята неверная команда управления, а адрес устройства соответствует запрограммированному. При получении команды включения какой-либо нагрузки подаётся одиночный звуковой сигнал. При получении команд включить всё или выключить всё будет звучать два коротких (по 50 мс.) звуковых сигнала.

При отсутствии команд дистанционного управления или управления с клавиатуры в течение заданного времени (смотрите «установка времени автоматического отключения нагрузок при отсутствии сигналов управления модулем») все активныё в настоящий момент нагрузки отключаться. При этом модуль подаст шесть длинных звуковых сигналов, означающих срабатывание таймера автоматического отключения.

Если включена функция антиповтора нажатий, то соответствующая нагрузка переключится при каждом нажатии на кнопку ПДУ или клавиатуры только один раз. Для повторного переключения необходимо отпустить, а затем снова нажать соответствующую клавишу. Если функция антиповтора нажатий отключена, а выход работает в триггерном режиме, то при удержании нажатой кнопки реле будет переключаться в противоположное состояние с частотой около 3-х Гц. Если же выход работает в режиме временной активности, то отсчёт времени в этом случае начнётся лишь после отпускания кнопки.

Обучение командам ПДУ:

Как войти в режим обучения, написано выше. В этом режиме устройство ожидает нажатия кнопок на пульте дистанционного управления, соответствующих выполняемым командам.

Порядок нажатия на кнопки пульта дистанционного управления при начальном программировании модуля определён следующий:

1. – выключить все нагрузки /настройка времени автоматического отключения при нахождении в системном меню;
2. – включить/выключить нагрузку 1;
3. – включить/выключить нагрузку 2;

....................................................

30. – включить/выключить нагрузку 29;
31. – включить все нагрузки, работающие в триггерном режиме /настройка режимов работы выходов при нахождении в системном меню;
32. – вход в системное меню;
33. – включение / отключение звука (бипера) при нахождении в системном меню;
34. – сброс настроек по умолчанию при нахождении в системном меню.
35. – включение / отключение функции антиповтора при нахождении в системном меню.

После нажатия на каждую из кнопок микропроцессор сохраняет в энергонезависимой памяти код, соответствующий нажатой клавише и подаёт короткий звуковой сигнал. При нажатии на кнопку код которой уже был записан в память (кнопка была нажата ранее или удерживается в нажатом состоянии в текущий момент) устройство подаёт три коротких звуковых сигнала, свидетельствующих об ошибке. По окончании процедуры запоминания прозвучит два длинных и три коротких звуковых сигнала и устройство перейдёт в рабочий режим в котором выполняется управление нагрузками.

Системное меню и настройки:

Для входа в системное меню модуля необходимо нажать на ПДУ соответствующую клавишу (смотрите «обучение командам ПДУ»). Вызов меню с клавиатуры нарочно не предусматривался. Вход в меню сопровождается тремя звуковыми сигналами средней длительности. При этом во время навигации по меню каждая принятая команда сопровождается соответствующим звуковым сигналом, независимо от того включён ли звук. То есть пока пользователь будет находиться в меню, звуковой сигнал будет подаваться устройством независимо от его настроек.

Возможны следующие настойки при нажатии соответствующих кнопок на ПДУ после входа в системное меню (смотрите раздел «обучение командам ПДУ»):

1. Включение / отключение звука (бипера). При этом каждое нажатие на кнопку №33 ПДУ вызывает либо включение, либо отключение звука. Если пользователь нажатием на кнопку отключил звуковой сигнал, то в подтверждение этому устройство подаст два сигнала средней длительности, при этом реальное отключение звука будет выполнено только после выхода из меню. Если же пользователь звук включил, то модуль ответит одним сигналом средней длительности (200мс.). Звук в этом случае останется включённым и после выхода из системного меню.

2. Установка времени автоматического отключения нагрузок при отсутствии сигналов управления модулем. При нажатии на кнопку «выключить всё» (№1 на ПДУ) устройство подаст один длинный звуковой сигнал и будет ожидать ввода трёх цифр (0…9) от цифровых клавиш ПДУ, подтверждая каждую принятую цифру коротким звуковым сигналом. По окончании ввода времени будет подан один длинный и два коротких звуковых сигнала. При этом необходимо учитывать, что ввод цифр производится непосредственно цифровыми кнопками пульта (диапазон кодов в системе RC-5 от 00000 для «0» до 01001 для «9»), а не кнопками соответствующими номерам нагрузок (№1…10). При неверно нажатой кнопке ПДУ никаких звуковых сигналов не подаётся, модуль будет ожидать приёма цифр, подтверждая одиночным звуковым сигналом лишь цифровые значения. Если значение времени было введено неверно, то необходимо либо отключить модуль от источника питания до окончании ввода трёх цифр, либо завершить ввод и после звуковых сигналов, означающих окончание ввода всех цифр, повторно войти в данное подменю и ввести верное значение. Если установить время автоматического отключение равным нулю (комбинация «000»), то таймер отключается, и автоматическое отключение нагрузок происходить не будет. Дискретность установки времени составляет одна минута (999 мин. при «999»).

3. Установка времени активного состояния для каждого из каналов управления. При нажатии на кнопку «включить всё» (№31 на ПДУ) устройство подаст два длинных звуковых сигнала и будет ожидать ввода трёх цифр (0…9) от цифровых клавиш ПДУ, подтверждая каждую принятую цифру коротким звуковым сигналом. По окончании ввода времени активности для первого канала, будет подан дополнительный один длинный звуковой сигнал и модуль будет ожидать ввода значения для второго канала управления и так далее, пока все 29 каналов управления не будут запрограммированы аналогичным образом. После ввода последней комбинации цифр в дополнение к длинному звуковому сигналу устройство подаст ёщё два длинных и три коротких. Дискретность установки времени в этом случае составляет 0,1 секунды (99,9 сек. при «999»). Если введена комбинация «000»для какого либо из каналов, то текущий канал будет работать в триггерном режиме. В случае ошибки ввода необходим повтор действия как описано выше.

4. Сброс настроек по умолчанию. При нажатии на кнопку №34 на ПДУ устройство подаст два сигнала средней длительности (по 200 мс.) и один длинный (500 мс.), при этом все выходы устанавливаются в триггерный режим работы, время автоматического отключения устанавливается равным 12 часов, включается звук и функция антиповтора нажатий.

5. Включение / отключение функции антиповтора нажатий. При этом каждое нажатие на кнопку №35 ПДУ вызывает либо включение, либо отключение функции антиповтора. Если пользователь нажатием на кнопку отключил функцию антиповтора, то в подтверждение этому устройство подаст один звуковой сигнал средней длительности (200 мс.) и один длинный звуковой сигнал (500 мс.). Если же пользователь включил функцию антиповтора, то модуль ответит уже двумя звуковыми сигналами средней длительности и одним длинным.

При нахождении в системном меню, последующее нажатие на кнопку №32 на пульте дистанционного управления выполняет функцию выхода из меню. При этом выход из подменю подобным образом невозможен. Необходимо отключить питание модуля или закончить ввод данных в текущем подменю с последующим выходом из главного меню соответствующей командой.

Рекомендации по выбору пульта дистанционного управления:

При выборе пульта дистанционного управления необходимо учитывать, что обязательным условием является его работа по протоколу RC-5. Необходимо, также чтобы число генерируемых кодовых посылок было не менее 34. Необходимо помнить, что наличие, к примеру, 40 кнопок управления не гарантирует. что пульт может подавать 40 различных команд. Многие кнопки на современных ПДУ продублированы и, хоть и имеют различные подписи, внутри пульта электрически соединены параллельно (например « -/-- » и « <= » в пульте RC6).

Желательно использовать пульт с отличным от нулевого адресом системы, если конечно же читатели повторившие конструкцию не захотят управлять устройством одновременно с телевизором или доверить свой дом соседу, который переключая каналы будет «играться» с вашим освещением.

В продаже имеется множество универсальных ПДУ, в которых возможен выбор адреса управляемого устройства. Например, пульты серии RC6-2…RC6-5, широко используемые совместно с телевизорами «HORIZONT» шестого поколения, изменяют адрес устройства с «0» на «5» при нажатии совместно с кнопками управления клавиши «VCR». В этом случае ПДУ переходят в режим управления видеомагнитофоном, хотя видеомагнитофоны, которые могли бы работать с данным ПДУ, автору не попадались (оставим этот нюанс на совести производителей). Данное обстоятельство позволяет использовать пульты из серии RC6-2…RC6-5, имеющие 42 кнопки и формирующие 40 команд управления, как для управления телевизором, так и описанным устройством, исключая взаимное влияние.

Идеальным вариантом является последующая переделка ПДУ, которая позволит изменить передаваемый адрес или переключать его.

Поскольку возможно программирование включения выходов от различных пультов дистанционного управления (например, управление выходами 1...10 и сервисными функциями от одного ПДУ, а управление выходами 11...29 от ПДУ с другим системным адресом) этой возможностью также не стоит пренебрегать. Как вариант возможно использование одного ПДУ с небольшим количеством кнопок, но переключаемым системным адресом (обычно для этих целей в импортных пультах дистанционного управления используется клавиша "Shift"). В случае отсутствия переключателя его можно установить самостоятельно.

Скачать ДЕМО-версию прошивки можно в архиве. В ДЕМО прошивке не работают команды 2...29, других ограничений нет. По поводу приобретения полнофункционального устройства пишите автору.

Автор статьи Филипович Алексей Игоревич. Е-mail: servissistemy<собачка>narod.ru