AVT-5276.pdf
(
1689 KB
)
Pobierz
<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN" "http://www.w3.org/TR/html4/strict.dtd">
PROJEKTY
radioTherm
Bezprzewodowy system
pomiaru i kontroli temperatury
AVT
5276
Dodatkowe materiały
na CD i FTP
AVT-5276/1, AVT5276/2 w ofercie AVT:
AVT-5276A/1 – płytka drukowana
AVT-5276B/2 – płytka drukowana + elementy
AVT-5276A/1 – płytka drukowana
AVT-5276B/2 – płytka drukowana + elementy
Możliwość zamieszkania w inteligentnym domu nadciąga ku nam
wielkimi krokami. To, co do niedawna było marzeniem wizjonerów,
na naszych oczach staje się rzeczywistością. Wszystko między
innymi za sprawą inteligentnych technologii oraz dynamicznego
rozwoju mikrokontrolerów. Do takich „nośników” przyszłych
rozwiązań należy z pewnością standard komunikacji ZigBee.
Niedawno miałem przyjemność obejrzenia systemu inteligentnego
domu zarządzanego z użyciem tej prostej w użyciu (oczywiście
z punktu widzenia użytkownika) technologii przyszłości. Niestety,
nie ma róży bez kolców, a nasza przysłowiowa róża ma „kolce”
w postaci kosztów wdrożenia takiego systemu oraz kosztów
sprzętu niezbędnego do jego budowy. Cóż, zapomnijmy na chwilę
o ZigBee i zastanówmy się, czy zbliżonego funkcjonalnością systemu
zcentralizowanej kontroli nie można zbudować z użyciem tańszych
rozwiązań.
Rekomendacje:
projekt bezprzewodowego systemu monitorowania
i kontroli temperatury zbudowany z użyciem tanich modułów
radiowych.
Podstawowe informacje:
Moduł radioTherm Master
• Napięcie zasilania 230 VAC
• Moc pobierana poniżej 1 W
• Do 16 obsługiwanych modułów slave
• Do 10 znaków nazwy moduły slave
• Zakres regulacyjny dla funkcji termostatu:
5...63°C
• Zakres regulacyjny dla funkcji Eco: 5...63°C
• Częstotliwość pracy transceivera: 433,92 MHz
Ustawienia ważniejszych FUSEBIT-ów radioTherm
master:
• CKSEL3..0: 0100
• SUT1..0: 10
• EESAVE: 0
Moduł radioTherm slave
• Napięcie zasilania 230 VAC
• Moc pobierana poniżej 1 W
• 16 możliwych adresów sprzętowych
• Zakres pomiarowy 0...127°C z dokładnością
0,5°C
• Rozdzielczość pomiaru 1°C
• Histereza regulacji: +1/–1,5°C
• Częstotliwość pracy transceivera: 433,92 MHz
Ustawienia ważniejszych FUSEBIT-ów radioTherm
slave:
• CKSEL3..0: 0100
• SUT1..0: 10
• EESAVE: 0
• CKDIV8: 1
Dodatkowe materiały na CD i FTP:
ftp://ep.com.pl
, user:
17855
, pass:
4s406qj2
• wzory płytek PCB
• karty katalogowe i noty aplikacyjne
elementów oznaczonych w
Wykazie
elementów
kolorem czerwonym
Rozwiązaniem alternatywnym może być
prezentowany projekt bezprzewodowego
systemu monitorowania i kontroli tempera-
tury
radioTherm
zbudowany z użyciem mo-
dułów radiowych pracujących w ogólnodo-
stępnym paśmie ISM 433 MHz. Oczywiście,
opisywany projekt jest jednym z wielu moż-
liwych rozwiązań zagadnienia tego typu, jak
również może być rozbudowany na przykład
poprzez zaprojektowanie dodatkowych, no-
wych modułów przeznaczonych do realiza-
cji innych zadań (np. sterowania oświetle-
niem czy kontrolą dostępu).
Opisywany tutaj system stanowi sieć
bezprzewodowych modułów realizujących
funkcję termometru i termostatu, zarządza-
Projekty pokrewne na CD i FTP:
(wymienione artykuły są w całości dostępne na CD)
AVT-950 Termostat elektroniczny (EP 9/2006)
AVT-5152 Termostat dobowy (EP 10/2008)
22
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 2/2011
Bezprzewodowy system pomiaru i kontroli temperatury
- maksymalna prędkość transmisji 9600 bps,
- czułość toru odbiornika (–106 dBm),
- niewielkie wymiary zewnętrzne.
Wygląd modułu transceivera wraz z opi-
sem wyprowadzeń przedstawiono na
rysun-
ku 1
.
Wybór tego transceivera był podykto-
wany przede wszystkim jego dobrymi pa-
rametrami elektrycznymi, łatwością użycia
oraz niewielkimi wymiarami zewnętrznymi.
Oczywiście, w jego miejscu można zastoso-
wać dowolny układ tego typu, spełniający
niewygórowane wymagania naszego syste-
mu.
wania wspomnianych przebiegów zasto-
sowano układ czasowo-licznikowy Timer1
wbudowany w strukturę mikrokontrolera
oraz dwa przerwania generowane przez te
peryferia:
- od przechwycenia zawartości licznika
Timer1, wyzwalane dynamicznie zmie-
nianym zboczem sygnału na wejściu ICP
mikrokontrolera i odpowiedzialne za po-
miar czasu trwania Polbito,
- od przepełnienia zawartości licznika Ti-
mer1, zabezpieczające procedurę deko-
dującą przed niepełnymi lub błędnymi
ramkami danych.
Dodatkowo przyjmujemy pewne zało-
żenia dotyczące konstrukcji ramki danych.
Otóż pełna ramka transmisji powinna mieć
następującą postać:
Pin Nazwa Opis
1 Antena Wyjście antenowe transcei-
vera. Impedancja 50
V
2 GND
Masa
4 Data Input Wejście nadajnika trans-
ceivera (1=emisja nośnej,
0=brak nośnej)
5 TX/RX Tryb pracy transceivera
(1=nadajnik, 0=odbiornik).
Dołączone do masy przez
rezystor pull-down
6 Enable Aktywacja transceivera (0=
tryb PowerDown o niskim
poborze mocy ok. 1
M
A,
1=transceiver aktywny)
7 GND
Masa
8 Analog Pin testowy. Wykorzysty-
wany dla realizacji funkcji
squelch.
9 Data Out Wyjście odbiornika transcei-
vera. Dołączone do masy
przez rezystor pull-down
10 VCC Napięcie zasilania: 4,5
÷ 5,5 V. Zalecane użycie
kondensatora odsprzedają-
cego 100 nF.
Rysunek 1. Wygląd modułu transceivera
z opisem wyprowadzeń
Zastosowanie modułu w systemie do-
celowym mikroprocesorowym może spro-
wadzać się do dołączenia odpowiednich
wyprowadzeń In/Out modułu do interfejsu
USART mikrokontrolera. Jednak takie roz-
wiązanie byłoby pozbawione wad, gdyż od-
biornik transceivera nie został zabezpieczo-
ny przed błędami transmisji i to po stronie
systemu mikroprocesorowego stoi zadanie
odróżniania zakłóceń od ważnych ramek
danych. Jedyna pomoc ze strony modułu,
na jaką można liczyć, to realizacja funk-
cji
squelch
(pin 8 transceivera) powodują-
cej ściąganie do masy wyjścia odbiornika
w przypadku braku sygnału nośnej w trybie
odbiornika. Jednak jej użycie niesie za sobą
konsekwencje w postaci zmniejszenia czuło-
ści odbiornika (o 3 dB), jak również nie roz-
wiązuje wszystkich problemów związanych
z potencjalnym wpływem zakłóceń na trans-
mitowane dane.
W takiej sytuacji, aby zabezpieczyć
się przed błędami transmisji, należy za-
stosować sprawdzony i odporny na błę-
dy system kodowania transmisji. Jednym
z nich jest kodowanie typu Manchester
S3 S2 S1
S0
D7 D6 D5 D4
D3 D2 D1 D0
11
C1 C0
Bity
starto-
we
Adres
układu
slave
Dane towarzy-
szące rozkazowi
Rozkaz
Przy jej konstrukcji przyjęto następujące
założenia:
- każda ramka transmisji, niezależnie od
typu transmitowanego rozkazu, składa
się z 16 bitów,
- bit pierwszy i drugi stanowią sekwencję
startową i zawsze są równe „1”,
- po sekwencji startowej transmitowany
jest adres sprzętowy układu slave (mo-
dułu bezprzewodowego termometru/
termostatu), do którego adresowane są
przesyłane dane,
- po adresie transmitowany jest rozkaz ste-
rujący,
- na końcu ramki transmisji występuje 8
bitów danych związanych bezpośrednio
z rodzajem rozkazu sterującego.
nych z pojedynczej jednostki głównej (ma-
ster) wyposażonej w rozbudowany interfejs
użytkownika. Jak wspomniano, moduły po-
rozumiewają się z układem master za pomo-
Rysunek 2. Wygląd przykładowej ramki transmisji układu radioTherm
R
E
K
L
A
M
A
cą fal radiowych o częstotliwości 433 MHz,
zaś sama transmisja odbywa się przy użyciu
niedrogiego i prostego w implementacji mo-
dułu transceivera radiowego RTX-MID-5V
produkowanego przez irmę Aurel. Moduł
ten charakteryzuje się następującymi, wy-
branymi cechami funkcjonalnymi:
- praca w trybie half-duplex,
- modulacja ASK,
- bardzo krótkie czasy przełączania po-
między trybami nadajnika i odbiornika
i odwrotnie,
- moc wyjściowa ok. 10 mW,
- bardzo niski pobór mocy w trybie Powe-
Down (ok. 1 MA),
(kodowanie bifazowe sygnału cyfrowego),
szeroko stosowane w układach sterowania
z użyciem podczerwieni. Każdy bit jest
kodowany w postaci zmiany poziomów
logicznych, tzw. półbitów, a zmiana ta na-
stępuje w środku czasu przeznaczonego na
przesłanie pojedynczego bitu. I tak, logicz-
na „1” jest przesyłana jako zmiana poziomu
z wysokiego na niski, natomiast logiczne
„0” z niskiego na wysoki. Do naszych ce-
lów przyjmujemy, że czas trwania półbitu
wynosi 100 Ms, co daje prędkość transmi-
sji równą 5000 bps, a więc mieszczącą się
w zakresie możliwości układu transceivera.
Dla porządku należy dodać, iż do dekodo-
23
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 2/2011
PROJEKTY
Tab.1 Lista dostępnych rozkazów sterujących systemu radioTherm
Znaczenie bajtu danych prze-
syłanych przez master wraz
z rozkazem
Znaczenie bajtu danych odpowiedzi
układu Slave
Rozkaz
Opis
Odpowiedź układu Slave
Ustawiona temperatura termostatu.
Układ slave zapisuje przesłaną wartość
w pamięci EEPROM
Włącza funkcję termo-
statu układu slave
Odsyła przesłaną ramkę transmisji
w stanie niezmienionym
0x00
Temperatura termostatu
Wyłącza funkcję termo-
statu układu slave
Odsyła przesłaną ramkę transmisji
w stanie niezmienionym
0x01
Temperatura termostatu
Bez znaczenia
Odsyła zmodyikowaną ramkę trans-
misji. Zmianie ulega wartość bajta
danych
Zapytanie o wartość
mierzonej temperatury
Bez znaczenia – jest przesyłana
wartość kontrolna 0xCC
0x02
Aktualna wartość temperatury mierzonej
Aktualna wartość temperatury termosta-
tu. Bit6 przesłanego bajta danych wska-
zuje stan pracy automatyki termostatu.
Wartość „0” oznacza funkcję włączoną,
a wartość „1” funkcję wyłączoną
Odsyła zmodyikowaną ramkę trans-
misji. Zmianie ulega wartość bajta
danych
Zapytanie o wartość
temperatury termostatu
Bez znaczenia – jest przesyłana
wartość kontrolna 0xCC
0x03
Wykaz elementów
Moduł master radioTherm
Rezystory:
R1: 330
V
R2: 22 k
V
R3, R4: 10 k
V
R5: 1 k
V
R6: 10
V
(lub zworka)
P1: potencjometr montażowy 10 k
V
Kondensatory:
C1, C3, C5, C6, C8, C9: 100 nF (ceram.)
C2, C4: 100
M
F/16 V (elektrolit., niski proil)
Półprzewodniki:
U1: 7805
U2: ATmega8 (obudowa DIP28)
T1: BC560
B1: mostek prostowniczy 1A
LED: dioda LED zielona 3 mm
Inne:
DISPLAY: wyświetlacz LCD typ AC-2004B-DIW
W/KK-E6 C PBF BLACKLINE
TSC: transceiver Aurel RTX-MID-5V
AC: złącze śrubowe typu AK500/2
SETUP, ECO/THERM: microswitch z długą
ośką
BUZ: buzzer 5 V
ENC: enkoder ze zintegrowanym przyciskiem
TR1: transformator SMD typu TEZ1.5/D/9V
(wysokość 22 mm)
Wygląd przykładowej ramki transmisji
rozumianej jako przebieg zakodowany bifa-
zowo zamieszczono na
rysunku 2
.
Co ważne, transmisji każdej ramki prze-
prowadzonej przez układ master towarzyszy
natychmiastowa odpowiedź układu slave,
która zawiera dane oczekiwane przez jednost-
kę zarządzającą systemem (master) lub ory-
ginalną i niezmienioną, odebraną wcześniej
ramkę transmisji (posłuży ona do kontroli
poprawności transmisji). W ten prosty sposób
układ nadrzędny kontroluje obecność ukła-
dów slave. W przypadku braku odpowiedzi ze
strony slave, master ponawia zapytanie (do 10
razy), po czym – w przypadku dalszego braku
odpowiedzi – blokuje możliwość sterowania
układem podrzędnym (przy użyciu interfejsu
użytkownika układu master i do czasu naj-
bliższego nawiązania łączności), sygnalizując
tym samym problem transmisji z wybranym
modułem. W takiej sytuacji układ slave reali-
zuje ostatnio przesłane rozkazy sterujące np.
funkcje termostatu według przesłanych ostat-
nio parametrów. W
tabeli 1
zamieszczono listę
dostępnych rozkazów sterujących wraz z opi-
sem ich znaczenia oraz specyikację oczekiwa-
nej odpowiedzi ze strony układu slave (także
z opisem jej znaczenia).
Jak widać, przyjęte rozwiązanie jest dość
proste, jednak (co potwierdzono w praktyce)
pomimo dość dużej liczby zakłóceń w paśmie
433 MHz zapewnia ono akceptowalną stopę
błędów na poziomie 1,5%, a jednocześnie
zmniejsza wymagania sprzętowe po stronie
układu slave. Oczywiście, by układ master
(sterownik zarządzający) w ogóle mógł współ-
pracować z jakimkolwiek układem slave
(modułem bezprzewodowego termometru/
termostatu), musi znać adresy wszystkich
aktywnych modułów tego typu oraz ich pa-
rametry regulacyjne (stan automatyki termo-
statu i temperaturę ustawioną). Do tego celu
przewidziano zautomatyzowaną procedurę
konigurowania wywoływaną z poziomu in-
terfejsu użytkownika układu master.
Jest to system mikroprocesorowy, które-
go sercem, a zarazem elementem odpowie-
dzialnym za realizację całej założonej funk-
cjonalności, jest mikrokontroler ATmega8.
Nastawy wszystkich parametrów systemu
umożliwia enkoder ze zintegrowanym przyci-
skiem. Jedno z wyjść enkodera jest dołączone
do portu mikrokontrolera oznaczonego INT0
i wywołującego obsługę jednego przerwania
zewnętrznego. Dekoduje ona kierunek obro-
tów, a następnie, „posiłkując” się wartością
lagi ustawianej w pętli głównej, zmienia war-
tość wybranego parametru. Drugim, cieka-
wym elementem interfejsu użytkownika jest
wyświetlacz LCD. Ma on organizację 4×20
znaków i został wykonany w technologii
FFSTN charakteryzującej się podwyższonym
kontrastem, dobrą czytelnością wyświetla-
nych znaków i szerokim zakresem temperatur
pracy. Wyświetlacz ma dobre podświetlenie
LED (w naszym przypadku jest to moduł ne-
gatywowy z białym podświetleniem). Mam
nadzieję, że te unikalne właściwości funk-
cjonalne podniosą atrakcyjność użytkową
systemu. Dodatkowo, dzięki zastosowaniu
wbudowanego w strukturę mikrokontrolera
układu czasowo-licznikowego Timer2, pracu-
jącego w trybie generatora PWM (końcówka
OC2/PB3), możliwa stała się realizacja funkcji
automatycznego przyciemniania podświetle-
nia wyświetlacza. Jego intensywność podlega
ograniczeniu po około 30 sekundach bezczyn-
ności urządzenia (braku jakichkolwiek dzia-
łań ze strony użytkownika).
Przycisk oznaczony jako „SETUP” prze-
widziano do inicjalizacji procedury koni-
guracyjnej, której zadaniem jest wyszukanie
wszystkich aktywnych układów slave, nada-
nie im własnych nazw (korzystając z inter-
fejsu użytkownika) w celu dalszej, łatwej
identyikacji oraz określenie parametrów
regulacyjnych. Procedura ta sprawdza tak-
że, czy wyszukany moduł slave (dokładnie
jego adres sprzętowy) został już wcześniej
skonigurowany w związku. W ten sposób
unika się niepotrzebnego konigurowania
w przypadku „znanych” modułów (dotyczy
to zwłaszcza wprowadzania nowych nazw
modułów).
Moduł slave systemu radioTherm
Rezystory:
R1: 1.5 k
V
R2: 470
V
R3: 22 k
V
R4: 1 k
V
R5, R6: 4,7 k
V
Kondensatory:
C1, C3, C5, C6: 100 nF (ceram.)
C2, C4 100
M
F/16 V (elektrolit., niski proil)
Półprzewodniki:
U1: 7805
U2: ATtiny2313 (obudowa DIL20)
U3: DS18S20 lub DS1820
T1: BC547
D1: 1N4148
B1: mostek prostowniczy 1A
CMD: dioda LED 3 mm, zielona
ON: dioda LED 3 mm, czerwona
Inne:
TSC: transceiver Aurel RTX-MID-5V
REL: przekaźnik HFKW-012-1ZW
RL, AC: złącze śrubowe typu AK500/2
L1: dławik 10
M
H
ADDR: przełącznik dip-switch 4-pozycyjny
TR1: transformator SMD typu TEZ1.5/D/9V
(wysokość 22 mm)
Moduł master
Na
rysunku 3
zamieszczono schemat
ideowy modułu master systemu radioTherm.
24
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 2/2011
Bezprzewodowy system pomiaru i kontroli temperatury
Przycisk oznaczony jako
„ECO/THERM” służy do włą-
czania trybu oszczędności
dla wszystkich, aktywnych
układów slave lub do załącza-
nia/wyłączania automatyki
termostatu tychże układów.
Jego funkcja zależy od miejsca
w menu, zaś sama zmiana tego
miejsca (trybu pracy urządze-
nia) dokonywana jest za pomo-
cą przycisku zintegrowanego
z osią enkodera. Z uwagi na
fakt, że menu układu master
systemu radioTherm jest dość
rozbudowane, a do jego obsługi
przewidziano niewiele elemen-
tów regulacyjnych, przedkła-
dając jednocześnie ergonomię
jako cel główny, ich znaczenie
w poszczególnych trybach pra-
cy jest różne. Graf funkcjonal-
ny algorytmu obsługi przedsta-
wiono na
rysunku 4
.
Na
fotograiach 5...9
poka-
zano wygląd ekranu modułu
master dla wybranych trybów
pracy układu.
Dioda LED informuje o ak-
tywnym trybie Eco (trybie
oszczędnościowym), natomiast
zintegrowany buzzer sygnalizu-
je wykonanie rozkazów sterują-
cych (poprawne odpowiedzi mo-
dułów slave), emitując podwój-
ny, krótki sygnał lub sygnalizuje
wystąpienie problemów z po-
łączeniem pomiędzy stronami
transmisji, emitując pojedynczy,
długi sygnał (dotyczy to także
przypadku braku zadeklarowa-
nych, aktywnych układów slave
i potrzeby uruchomienia proce-
dury koniguracyjnej).
Moduł master domyślnie
koniguruje wbudowany weń
transceiver do pracy w try-
bie nadajnika (pin TX/RX=1),
przygotowując go tym samym
do wysłania ramki danych ste-
rujących (rozkazu). Jedynie po
wyemitowaniu wspomnianej
ramki danych, moduł transcei-
vera jest przełączany w tryb
odbiornika (pin TX/RX=0)
w celu odebrania oczekiwanej
odpowiedzi (odblokowywane
są w tym momencie stosowne
przerwania, z których korzysta
procedura dekodująca), po czym
moduł ten przechodzi ponownie
w tryb nadajnika (a dokładnie
w tryb PowerDown). Jak wspo-
mniano, wysłanie ramki danych
inicjowane jest poprzez działa-
Rysunek 3. Schemat ideowy modułu master systemu radioTherm
25
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 2/2011
PROJEKTY
Rysunek 4. Graf funkcjonalny algorytmu obsługi układu Master systemu radioTherm.
26
ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 2/2011
Plik z chomika:
zck68
Inne pliki z tego folderu:
AVT-5126.pdf
(1967 KB)
AVT-5276.pdf
(1689 KB)
AVT-5313_cz1.pdf
(3932 KB)
AVT-5313_cz2.pdf
(1430 KB)
Inne foldery tego chomika:
PCB
Program
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin