Сенсорный регулятор освещения с дистанционным управлением

Предлагаемое устройство — один из вариантов микроконтроллерных регуляторов яркости ламп накаливания, конструкции которых можно найти во всемирной сети интернет и в радиолюбительской литературе. В подобных регуляторах обычно используется один из трёх способов управления: от собственного пульта; от любого пульта с запоминанием кода клавиши; от любого пульта при нажатии любой клавиши определенным образом. В данном случае выбран первый вариант, который я считаю наиболее удачным, несмотря на то, что требуется отдельный пульт управления. Немного поясню почему. Поскольку разные системы ИК управления имеют различную несущую частоту модуляции, то они также могут различаться в произвольно используемой паре ”пульт - регулятор”, вследствие чего дальность управления может сильно уменьшиться, что вызывает некоторые неудобства. Недостатком последнего способа  так же является и то, что регулятор может реагировать на команды, которые ему вовсе не предназначены или же регулирование затруднено вследствие сложных манипуляций клавишей пульта. Управление  предлагаемым регулятором осуществляется двумя кнопками любого пульта ДУ, работающего с широко распространённой системой команд RC-5. Пульты этой системы достаточно доступны и дешевы.   

Функции, выполняемые регулятором:

• дистанционное включение и выключение света, регулировка яркости освещения;
• местное включение, выключение и регулировка яркости освещения с помощью сенсора, который не имеет гальванического контакта с человеком при касании;
• плавное включение освещения, что продлевает срок службы лампы накаливания
• запоминание предыдущей установки яркости лампы и состояния регулятора. Благодаря динамическому использованию EEPROM для этих функций, ресурс на количество манипуляций управления регулятором составляет не менее 5,4 млн. раз.
• автовыключение через 12 часов, которое используется для  забытого включенного света;

Управление регулятором:

Ручное (сенсорное) управление осуществляется касанием всей ладонью или сложенными вместе четырьмя пальцами сенсора без усилия.

• Включение или выключение освещения - однократное кратковременное касание сенсора (0,5 - 1 сек.).
• Регулировка яркости освещения - удержание ладони на сенсоре более 1 сек. Каждое следующее длительное касание вызывает противоположное направление изменения яркости.

Дистанционное управление осуществляется пультом ДУ, направленным в сторону выключателя. Для управления регулятором определяются две клавиши пульта.

• Выключение или включение освещения - однократное кратковременное нажатие соответствующей клавиши пульта (0,1-1 сек.).
• Регулировка яркости освещения - удержание нажатой клавиши более 1 сек.

   Коды кнопок пульта ДУ, соответствующие этим командам, хранятся в ЕЕРRОМ микроконтроллера. Благодаря этому в режиме обучения (который описан в инструкции) можно в любой момент изменить набор кнопок пульта, которыми осуществляется управление регулятором.

 Устройство регулятора:
Регулятор построен на недорогом и доступном микроконтроллере АТtiny2313-20SU. Принципиальная схема устройства приведена ниже.

Узел питания состоит из элементов С2, R2,VD1, VD2, C3, C4 служит для обеспечения микроконтроллера и ИК-приемника напряжением питания, близким к 5 В. Элементы R3C5 являются фильтром цепи питания фотоприемника.

Узел синхронизации. На R4R6 выполнен делитель входного напряжения, который необходим для детектирования нуля и устранения ложных срабатываний в моменты открывания VS1. C6 служит для подавления импульсных помех. Выход делителя подключен к выводу PD2. Внутренние диоды данного вывода МК ограничивают входное напряжение.

Узлы управления и индикации. На элементах R7, VT1, R8, C7 реализован узел сенсорного управления. Когда рука на сенсоре отсутствует – VT1 закрыт и на вход PD4 микроконтроллера поступает напряжение логической единицы. Во время касания крышки регулятора на этот вход поступает напряжение логического нуля и программа МК отрабатывает команды управления.
Светодиод HL1 служит для индикации режимов работы.
Фотоприемник В1 принимает ИК-посылки от пульта ДУ. В нем также происходит демодуляция несущей частоты посылок RC-5 (36 кГц). Сформированный выходной сигнал фотоприемника подается на вход РD3 микроконтроллера. Декодирование ИК посылок в МК осуществляется программно. Анализируя код принятой команды, микроконтроллер DD1 формирует сигналы управления симистором VS1, который управляет лампой.
На элементах HA1, R11, R12, R13, VT2 собран генератор звуковой частоты по типовой схеме, рекомендованной производителем пьезоизлучателя. R10 служит для некоторого снижения питания генератора и соответственно тока его потребления, что не сказывается на качестве его работы. Звуковые сигналы подаются в процессе управления регулятором.

Узел коммутации нагрузки. С вывода PB0  микроконтроллера DD1 отрицательные импульсы через R5 открывают симистор VS1 в различные моменты полуволны сетевого напряжения и таким образом регулируется яркость свечения лампы. Цепь R1C1 и дроссель L1 служат для подавления помех, идущих от регулятора в электросеть в момент коммутации нагрузки.  

Конструкция регулятора
Регулятор собран на односторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита, чертеж и расположение деталей которой находятся в прилагаемых файлах. Плата предназначена для установки в настенный одноклавишный выключатель освещения VI-KO (модели “Yasemin” или “Сarmen”) из которого удалены ненужные элементы и крепится к каркасу с помощью винта d2.5mm. в центре. Под его шляпку необходимо положить изоляционную шайбу. С обратной стороны фиксируется гайкой как показано в прилаемом фото.Сенсор в виде вырезанного из фольги прямоугольника размером 30х45 мм установлен на внутренней стороне крышки (которая ранее служила клавишей) и закреплен на ней прозрачным скотчем по всей площади, необходимо только оставить контактную площадку для пружины. По бокам крышки приклеены полоски из картона размерами 4 мм х30 мм.и толщиной 0,5 мм.чтобы она садилась на место с некоторым усилием. Пьезоизлучатель закреплен на крышке при помощи двухстороннего скотча. На рисунках в прилагаемых файлах показаны элементы корпуса после доработки. Регулятор размещается в имеющемся в стене стандартном углублении для выключателя и подключается по обычной двухпроводной схеме, никаких доработок не требуется. Необходимо правильно подключить фазовый провод, как показано на схеме, иначе управление от сенсора работать не будет.

Внешний вид собранного устройства.

Используемые детали и возможные замены.
Для управления регулятором можно использовать любой пульт ДУ работающий по протоколу RC-5. Микроконтроллер DD1  заменим на ATtiny2313-20SI или ATtiny2313V-20SU(SI), а фотоприемник В1 на аналогичный, рассчитанным на несущую частоту 36 кГц, например SFH506-36, TSOP1736, TSOP1836SS3V, но следует учесть, что расположение выводов фотоприемников разных типов может отличаться. В качестве L1 использован промышленный дроссель для поверхностного монтажа марки CDRH127/LDNP-101MC PBF (100 мкГн 1,7А). Его можно заменить аналогичным или самодельным индуктивностью 30 – 200 мкГн на ток не менее потребляемого лампами светильника (0,5 А на каждые 100 Вт). Симметричный тиристор VS1 может быть из серии BT137 - BT139 на напряжение не ниже 400В или аналогичным другого производителя с малым током управления. Стабилитрон VD2 заменим на 1N4734A, КС156A, КС456А. Вместо светодиода HL1, указанного на схеме можно применить HB3B-446ARA или аналогичные сверхяркие красного цвета свечения (при недостаточной яркости можно уменьшить R14 до 4,7 ком.). Пьезоизлучатель можно заменить на бескорпусной типа FML-34,7T-2,9В1-100 или взять любой другой аналогичный трёхпроводный так называемый "self-driven", например вызывной от старых телефонных аппаратов азиатского происхождения. Проще конечно использовать пьезоэлектрический излучатель со встроенным генератором, например HPA17A или HPM14A, но автор таких приобрести не смог. В этом случае не устанавливаются элементы R10, R11, R12, R13, VT2, а звукоизлучатель подсоединяется к +5В и к выводу PD0 соблюдая полярность. Вместо VT1, VT2 можно применить транзисторы типов КТ315(Б,Г,Е), 2SС1015Y, КТ3102 или аналогичные. При этом у VT1 120200. Конденсаторы С1, С2 типа К73-17 или аналогичный импортный на напряжение не ниже указанных в схеме. Все резисторы  - МЛТ мощности указанной на схеме. Соотношения сопротивлений R6/R4 должно быть близким к 0,8 - иначе работа детектора нуля будет неправильной.

Сборка и налаживание регулятора.
Безошибочно собранный регулятор из исправных деталей в настройке не нуждается. Необходимо только запрограммировать микроконтроллер. Подключается программатор к разъёму XP2 (стандартный шестиконтактный разъём для внутрисхемного программирования AVR микроконтроллеров). При этом с программатора на регулятор должно поступать напряжение питания (регулятор во время программирования должен быть обязательно отключён от электросети) . В прилагаемых файлах выложены две прошивки: одна реализует только сенсорное управление, а вторая - оба типа управления в течение 5 минут.(предназначена для проверки работоспособности устройства).

FUSE-биты микроконтроллера DD1 должны быть запрограммированы следующим образом:
• CKSEL3...0 = 0100 — синхронизация от внутреннего RC осциллятора 8 МГц;
• CKDIV8 =0 — делитель тактовой частоты на восемь включен;
• SUT1...0 =10 — Start-up time: 14CK + 65 ms;
• CKOUT = 1 — Output Clock on CKOUT запрещен;
• BODLEVEL2...0 = 101 — пороговый уровень для схемы контроля  напряжения  питания 2,7 В;
• BODEN = 0   монитор питания включён
• 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”.
Затем следует прочитать калибровочный байт для внутреннего RC осциллятора на 8 МГц и записать его во флеш память по адресу 7FFh (последняя ячейка).

Инструкция по эксплуатации находится в прилагаемых файлах. Регулятор имеет режим проверки пульта ДУ на совместимость. Для этого необходимо его включить и установить минимальную яркость, затем нажать на пульте любую кнопку и если он работает по системе RC-5, то раздастся звуковой сигнал длительностью 1 сек. Допустимая суммарная мощность коммутируемых ламп — 400 Вт. При большей необходимо установить симистор на теплоотвод соответствующей площади. Регулятор предназначен для управления только активной нагрузкой. Подключать к нему другие устройства, например, люминесцентные лампы или электродвигатели, нельзя. Это может вывести регулятор из строя. Регулятор имеет хорошую повторяемость, все собранные экземпляры заработали сразу без какой либо настройки.

При сборке и налаживании регулятора помните, что все его элементы находятся под сетевым напряжением и прикосновение к ним может привести к поражению электрическим током.

Автор проекта: Баталов Алексей (E-mail: написать мне) ICQ#: 477022759
За полнофункциональной прошивкой обращайтесь к автору. Более подробное описание конструкции на сайте автора

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Sprint-Layout