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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Multifunktionaler Uhrenthermostat mit Fernbedienung am Mikrocontroller. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Mikrocontroller Ich brauchte ein Tischuhr-Thermometer, um neben der Uhrzeit auch die Temperatur draußen und im Haus herauszufinden. Es gibt viele Designs dieser Art und sogar sehr fortgeschrittene im Internet, aber ich habe mich noch nie für eines davon entschieden. Jedem fehlte etwas, was meiner Meinung nach solche Geräte einfach haben müssten. Ich habe einfach eine Reihe von Anforderungen, von denen ich nichts entfernen konnte, um eines dieser Designs zu wiederholen. Meiner Meinung nach sollte die Uhr nach dem Prinzip „Einschalten, Stellen und Vergessen“ funktionieren, das heißt, sie sollte so wenig wie möglich gewartet werden (z. B. die Zeit aufgrund ihrer Abreise verstellen, sie danach erneut stellen). B. bei Stromausfall, Umstellung auf Sommer- und Winterzeit usw.), sollten die Anzeigen auf dem Indikator weithin sichtbar sein, aber nachts nicht den Raum erhellen; es empfiehlt sich, eine Fernbedienung zu haben. Weitere Überlegungen darüber, was ich sonst noch in meiner Uhr haben möchte, führten zu einem Gerät mit den folgenden Funktionen: 1. Uhr – Kalender Zählen und Anzeigen von Stunden, Minuten, Sekunden, Wochentag, Tag, Monat, Jahr.
2. Alarme 10 unabhängige Alarme mit der Möglichkeit, jeden Wochentag oder eine Kombination davon einzustellen. Die Möglichkeit, bei Auslösung ein Tonsignal einzuschalten, eine der vier Lasten ein-/auszuschalten oder die Temperaturregelung zu starten. 3. Timer Die maximale Countdownzeit beträgt 99h 59m 59s. Am Ende des Countdowns können Sie das Tonsignal einschalten und jede der vier Lasten ein-/ausschalten. 4. Zweikanaliges Thermometer-Thermostat Messung und Anzeige von zwei Temperaturen, beispielsweise zu Hause und draußen, im Bereich von -55 bis 125 Grad Celsius mit einer Auflösung von 0,1°C. Zwei unabhängige Thermostate mit der Möglichkeit, die Ober- und Untergrenze der geregelten Temperatur im gleichen Bereich einzustellen. Möglichkeit zum Heizen oder Kühlen. Belastbarkeit der Steuerkanäle ~220V, 12A 5. Vier Kanäle zur Laststeuerung Belastbarkeit je Kanal: ~220V, 12A. Steuerung: manuell, über Alarme, per Timer (die ersten beiden Kanäle sind mit Thermostaten verbunden) 6. Zusätzliche Gerätefunktionen Backup-Batterie (bei Batteriebetrieb ist das Gerät voll funktionsfähig). Automatische (abhängig von externer Beleuchtung) oder manuelle Anpassung der Anzeigehelligkeit. Vollständige IR-Fernbedienung mit dem RC-5-System, anpassbar an alle Tasten der Fernbedienung, die in diesem System betrieben werden. Akustische Bestätigung (abschaltbar) beim Drücken von Steuertasten und beim Annehmen von Befehlen von der Fernbedienung. Nichtflüchtiger Speicher für alle einstellbaren Parameter. Mit der zyklischen Anzeige können Sie bis zu vier Parameter mit einer programmierbaren Dauer auf dem Anzeigegerät anzeigen:
Das Gerätediagramm ist in Abb. dargestellt. 1. Es besteht aus drei Blöcken: A1, A2, A3, die ebenfalls strukturell aufgeteilt und auf drei Leiterplatten montiert sind.
Mittelblock A1 Das Hauptelement ist der Mikrocontroller ATmega8-16AI (DD1), der die folgenden Komponenten umfasst: - Timer T1 bildet Zeitintervalle für Echtzeituhr, dynamische Anzeige und Helligkeitssteuerung;
Die Taktfrequenz des MK wird durch den Quarzresonator ZQ1 auf 7,3728 MHz eingestellt. Der MK wird durch die Schaltung R5C4VD1 in seinen Ausgangszustand (Reset) versetzt. L1C5 – Stromkreis der ADC-Einheit im MK. Der Anschluss XP1 ist für die In-Circuit-Programmierung des MK vorgesehen. Das Gerät verwendet dynamische Anzeige. Damit hängt auch der Vorgang des Tastenscannens zusammen. B1 wird verwendet, um Befehle von einer Fernbedienung zu empfangen, die auf dem RC-5-System betrieben wird. Dabei werden fünf Fernbedienungstasten verwendet, die fünf lokalen Steuertasten entsprechen. Die Einrichtung der Fernbedienung ist in der Bedienungsanleitung beschrieben. Der Widerstand R33 regelt die Helligkeit bei durchschnittlicher oder maximaler Beleuchtung. Die Genauigkeit der Messung der gesteuerten Spannungen der Stromversorgung und der Pufferbatterie wird über die Widerstände R35 bzw. R37 eingestellt. Der DD2-Chip ist ein Treiber, der TTL-RX/TX-Signale in ein Differenzsignal des RS-485-Standards für den Datenaustausch mit einem PC in einer Entfernung von bis zu 1200 Metern umwandelt.
Physikalisch liegen sie auf derselben Linie, sodass die Sensoren dazu bestimmt sind, die Temperatur abzulesen. Das Gerät funktioniert nur mit DS18B20-Sensoren Das Aufzeichnen der Seriennummern zweier Sensoren in den nichtflüchtigen Speicher des MK erfolgt wie folgt: 1. Es ist notwendig, das Gerät vollständig stromlos zu machen (Pufferbatterie herausnehmen, Stromversorgung ausschalten)
Jetzt funktioniert das Gerät mit diesen Sensoren. Sollte ein Austausch erforderlich sein, muss dieser Vorgang für den entsprechenden Sensor erneut durchgeführt werden. Wird kein zweiter Sensor benötigt, kann ein Sensor beiden Kanälen zugeordnet werden.
Anzeigeblock A2 enthält eine fünfstellige Sieben-Segment-Anzeige mit gemeinsamer Anode, fünf Status-LEDs sowie die zur Steuerung notwendigen Elemente. Der Zweck der Status-LEDs ist folgender: HL1 (gelb) – ein Zeichen dafür, dass einer der Alarme aktiviert ist
Der DD3-Chip ist ein Schieberegister mit Latch und der Fähigkeit, Ausgänge in einen dritten Zustand zu überführen und wird verwendet, um seriell eingehende Daten in parallele Daten umzuwandeln, um Informationen an eine digitale Anzeige und Status-LEDs auszugeben. VT1–VT5 dienen zur Verbesserung der Stromversorgung der gemeinsamen Anoden digitaler Anzeigen. Laststeuergerät A3 Entwickelt zum Schalten aller Geräte, die an eine Standardstromversorgung ~220 V, 50 Hz angeschlossen sind. Es gibt 4 Steuerkanäle. Jeder von ihnen kann manuell, über einen Timer oder über einen Wecker ein- und ausgeschaltet werden. Der erste und zweite Kanal sind jeweils mit dem ersten und zweiten Wärmekontrollkanal verbunden (die wiederum mit dem ersten und zweiten Wecker verbunden sind). Jeder Kanal verfügt über ein elektromagnetisches Relais und einen Transistorschalter zur Steuerung. Die Relaiskontakte schalten die Last. Das Gerät verfügt über eine kostengünstige Relaissteuerung. Betrachten wir es am Beispiel des ersten Kanals. Wenn der Kanal ausgeschaltet ist, ist der Transistor VT9 geschlossen, der Kondensator C16 wird entladen und das Relais K1 wird abgeschaltet. Wenn der Kanal eingeschaltet ist, öffnet VT9, der Kondensator C16 lädt sich über die Wicklung des Relais K1 auf und erzeugt einen Stromimpuls, der ausreicht, um den Anker dieses Relais anzuziehen. Nachdem der Kondensator aufgeladen ist, wird der Relaisanker durch einen kleineren Strom gehalten, der durch den Widerstand R27 fließt. Die Diode VD11 schützt den Transistor VT9 im Moment seines Schließens vor einem Impulsausfall. Die LEDs HL6 - HL9 signalisieren den Ein-Zustand des entsprechenden Kanals. In meiner Version erfolgt der Anschluss der internen Batterie durch die Verbindung der Blöcke A3 und A1 über XS4-XP4, da kein externer Zugang zum Batteriefach besteht. Dazu verfügt der XP4 über eine Brücke zwischen Pin 6 und 7. Dies geschieht aus Gründen der Wartungsfreundlichkeit beim Batteriewechsel oder beim Aufzeichnen der Anzahl der Wärmesensoren im MK-Speicher, also wenn der Stromkreis vollständig stromlos geschaltet werden muss. Wenn dies nicht erforderlich ist, wird der Minuspol der Batterie direkt mit der negativen Stromschiene verbunden. Die Spannung der externen Stromversorgung des Gerätes beträgt 11...13 V, der Strom beträgt nicht weniger als 0,25 A. Als Pufferbatterie verwenden Sie besser 3 in Reihe geschaltete Alkaline-Zellen der Größe „AA“. Der Stromverbrauch des Geräts ohne A3-Block beträgt bei maximaler Helligkeit ca. 120 mA. Bei Ausfall der Netzstromversorgung schaltet das Gerät auf Batteriebetrieb um, ist dabei voll funktionsfähig (nur die Relais sind stromlos), verbraucht einen Strom von ca. 10.....20 mA und kann mindestens drei Tage lang betrieben werden Installieren Sie die oben genannten neuen Batterien. Die Anzeige erlischt fast auf Null, der Scanvorgang der Tasten wird jedoch nicht gestoppt, sodass sie kaum noch beleuchtet ist. Wenn Sie eine beliebige Taste der lokalen Steuerung oder Fernbedienung drücken, leuchtet die Anzeige erneut für 15 Sekunden auf, sodass Sie die Informationen anzeigen können. Wenn die Netzspannung wiederhergestellt ist, leuchtet die Anzeige wieder auf. Design Das Gerät ist auf drei einseitigen Leiterplatten aus Glasfaserfolie montiert, deren Zeichnung und Lage der Teile in den beigefügten Dateien enthalten sind. Die Platinen der Zentraleinheit und der Anzeigeeinheit werden durch Steckbrücken miteinander verbunden und in einem Gehäuse geeigneter Größe untergebracht. Die Laststeuereinheit befindet sich strukturell im Überspannungsschutz und ist über ein Kabel über einen Anschluss an der Rückwand des Uhrengehäuses angeschlossen. Artikel ersetzen Wir werden den Mikrocontroller DD1 durch ATmega8-16AU, ATmega8L-8(AI)AU, den RS-485-Treiberchip durch SN75176BP, MAX485CPA usw. ersetzen, den Fotodetektor B1 durch einen ähnlichen, der für eine Trägerfrequenz von 36 kHz ausgelegt ist, zum Beispiel TSOP1736 , TSOP1836SS3V, SFH506-36, SFH5110-36, TFMS5360, aber bitte beachten Sie, dass die Position der Pins verschiedener Fotodetektortypen unterschiedlich sein kann. Als Schallgeber HA1 können Sie neben dem angegebenen auch einen anderen elektrodynamischen oder piezoelektrischen Sender mit eingebautem Generator für eine Spannung von 5...6V verwenden, zum Beispiel HCM1206X, HPM14A(X). Es können LED-Anzeigen mit sieben Segmenten der gleichen SA08-XXXXX-Serie oder ähnliche mit gemeinsamer Anode verwendet werden (möglicherweise müssen Sie die Strombegrenzungswiderstände R10-R17 auswählen). Anstelle von DA1 können Sie den Haushaltsstabilisator K142EN5B verwenden. Die verwendeten elektromagnetischen Relais sind für die Versorgung einer 12-V-Wicklung und eines Nennstroms von 30 mA ausgelegt. Bei Verwendung eines Relais mit großem Betriebsstrom müssen die Widerstände R24 - R27 ausgewählt werden. Schaltspannung ~220V, Strom 12A. Anstelle des SF2-5-Fotowiderstands können Sie ähnliche verwenden, deren Widerstand bei hellem Licht 50...1000 Ohm beträgt Mögliche Gerätevereinfachungen Wenn keine Steuerung über einen PC erforderlich ist, können Sie die Elemente DD2, R1-R3, XP2 nicht installieren. Da eine IR-Steuerung nicht erforderlich ist, sind B1, C1, R4 nicht installiert. Sie können die automatische Helligkeitsanpassung ausschließen, indem Sie R33 nicht installieren und anstelle des Fotowiderstands R32 einen konstanten bei 10k installieren. Wenn die Lasten nicht gesteuert werden müssen, wird Block A3 ausgeschlossen und bei XS4 muss eine Brücke zwischen den Pins 6 und 7 installiert werden. Wenn keine Thermometer erforderlich sind, sind DD4 und DD5 nicht angeschlossen und R6, HL4 sind nicht installiert.
Zusammenbau und Einrichtung des Gerätes Zunächst werden alle Elemente außer DD1 - DD3, B1 auf die Platine gelötet. Verbinden Sie DD4 und DD5 noch nicht. Messen Sie beim Einschalten die Gleichspannung an C10 und dann an C1. In beiden Fällen sollte sie etwa 5,3 V betragen. Es empfiehlt sich, das Leuchten aller Segmente der Digitalanzeige und der Status-LEDs zu überprüfen, indem man entsprechend der Ausgangsschaltung der Widerstände R10-R18 (Begrenzung des Stroms der Segmente) und R19 gleichzeitig die linken mit der negativen Stromschiene versorgt. R23 (in den Basiskreisen VT1-VT5). Wenn alles gut gelaufen ist, schalten Sie den Strom aus, löten Sie DD1 - DD3 und B1 und schließen Sie den Programmierer an den XP1-Anschluss an (ein standardmäßiger sechspoliger Anschluss für die AVR-In-Circuit-Programmierung). Demo-Firmware zur Überprüfung der Funktionalität des Geräts ist im Lieferumfang enthalten. Die FUSE-Bits des DD1-Mikrocontrollers müssen wie folgt programmiert werden: • CKSEL3...0 = 1111 – Taktung durch einen Hochfrequenz-Quarzresonator;
Die verbleibenden FUSE-Bits bleiben am besten unberührt. Das FUSE-Bit wird programmiert, wenn es auf „0“ gesetzt ist. Die Demo-Firmware gewährleistet den vollen Betrieb des Geräts, allerdings für knapp zwei Stunden, was völlig ausreicht, um die Funktionalität zu überprüfen. Für Firmware mit vollem Funktionsumfang wenden Sie sich bitte an den Autor, alexperm72@mail.ru. Das Steuerprogramm für den Computer ist in der Entwicklung. Benutzerhandbuch (PDF, 500 KB) Download HEX-Firmware, Platine im LAY- und GIF-Format, Gerätefotos Autor: Alexey Batalov, alexperm72@mail.ru, ICQ#: 477022759; Veröffentlichung: mcuprojects.narod.ru
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