Микроэлектронные проекты. Александр Протопопов. Универсальный сенсорный выключатель с дистанционным управлением.

Универсальный сенсорный выключатель SHD2 с дистанционным управлением (далее по тексту «выключатель») предназначен для использования в качестве настенного выключателя-регулятора мощности ламп освещения и имеет следующие функции:

1. Включение и выключение ламп.
2. Плавное регулирование выходной мощности (яркости горения ламп). Яркость ламп может регулироваться в пределах от 20% до 100% и может принимать 80 уровней мощности в указанных пределах. Время прибавления мощности от 20% до 100% или убавления от 100% до 20% - примерно 10 секунд. То есть регулировка плавная (в секунду происходит 8 изменений уровня мощности) и ступени изменения мощности почти не заметны для глаз при регулировке яркости свечения ламп.
3. Защита ламп (увеличение срока службы в несколько раз). Обеспечивается плавным разогревом нитей накала ламп при включении. Время разогрева – около 3-х секунд при поднятии мощности до 100%.
4. Управление устройством с любого пульта дистанционного управления. Для управления выключателем может быть назначена любая кнопка пульта. Она должна быть предварительно запомнена выключателем (см. инструкцию по эксплуатации ниже). С одного пульта может производиться управление несколькими выключателями подобного типа, расположенными в одном помещении. При этом нужно лишь каждому выключателю назначить свою кнопку на пульте дистанционного управления. Таким образом, каждый выключатель будет реагировать лишь на нажатие «своей» кнопки на пульте. Учитывая специфику протоколов передачи данных в различных системах, применяемых при дистанционном управлении, рекомендуется использовать пульты от телевизоров, как оптимально подходящие по своим характеристикам для работы с этим устройством.
   
   
   
   Подобный подход дает более простое, удобное и не имеющее недостатков управление, по сравнению с обычным алгоритмом, широко используемым в выключателях с дистанционным управлением, а также позволяет иметь в одном помещении несколько таких выключателей и управлять каждым при помощи отдельной кнопки пульта. Полностью решается проблема ложных срабатываний при использования игровых приставок с инфракрасными джойстиками, IrDA порта у компьютера, систем передачи звука по инфракрасному каналу и т.д. Также получается весьма неплохая кодовая защита от включения света каким-нибудь шалуном из соседнего дома.
6. Ручное управление включением  и выключением ламп, регулировкой мощности (яркостью горения ламп). Используется емкостный сенсор, скрытый за передней крышкой выключателя, реагирующий на легкое касание руки к поверхности корпуса выключателя. При включении устройства будет установлен уровень мощности (яркости горения ламп), использовавшийся последним.
7. Звуковые сигналы подтверждения приема команд управления от пульта и подтверждения касания сенсора.
8. Световой индикатор (красный светодиод). Индицирует выключение ламп. То есть, светодиод зажигается на время, когда свет выключен, и таким образом облегчает поиск выключателя в темноте для ручного управления.
9. Автоматическое выключение ламп через 12 часов после последнего включения или изменения уровня мощности с пульта дистанционного управления или сенсора ручного управления.
10. Энергонезависимые настройки. При пропадании энергии в сети полностью сохраняется информация о том, включен был или выключен свет и какова была яркость горения ламп. То есть, при подаче энергии, выключатель автоматически установит тот режим, который использовался до пропадания энергии. Также при пропадании энергии сохраняется и настройка на определенную клавишу пульта дистанционного управления.

Сравнительная характеристика
Поскольку все познается в сравнении, хочу привести отличительные особенности этого выключателя.

1. В этом выключателе имеется плавная регулировка мощности (яркости) ламп, что позволяет экономить электроэнергию, выбирая нужную яркость свечения ламп, и даже использовать люстру в качестве фоновой подсветки при просмотре телепрограмм или в качестве ночного освещения (ночника).
2. Имеется функция защиты ламп, вызывающая увеличение срока службы ламп в несколько раз путем плавного разогрева нитей накала ламп в течении 3 секунд (при включении света).
3. Подавление излучения радиопомех LC-фильтром обеспечивает соблюдение санитарных норм на электромагнитные излучения и отсутствие помех радиоприему и приему телепередач.
4. Возможность использования любого количества выключателей в одном помещении с раздельным управлением каждым выключателем "своей" кнопкой пульта. То есть, можно разместить в одном помещении, к примеру, три выключателя. Один выключатель управляет светом, другой - масляным обогревателем, третий - включает увлажнитель воздуха, торшер или вентилятор.
5. Звук выводится не прерывая горения ламп, так мигание ламп вызывает значительное сокращение срока их службы.
6. Используется емкостный сенсор для ручного управления светом, клавиша выключателя установлена ровно и является неподвижной. Отсутствие коммутируемых электрических контактов и подвижных частей увеличивает надежность и долговечность выключателя.
7. Используется светодиодный индикатор красного свечения, облегчающий поиск выключателя в темноте.
8. Возможность использовать устройства, постоянно и хаотически передающие информацию в ИК-диапазоне, например, инфракрасные джойстики игровых приставок, компьютерная мышь с оптическим сканированием, порт IrDA компьютера, беспроводные наушники и прочие устройства.
9. Запоминание состояния выключателя при пропадании напряжения в сети. То есть, если "моргнул свет", выключатель не погасит лампы, а плавно включит их снова на установленную мощность.
10. Полноценная и весьма надежная схема питания с хорошим подавлением помех.
11. Используется корпус выключателя VI-KO, имеющий красивый внешний вид (форму), качественную пластмассу, красное ребристое стекло (закрывающее светодиодный индикатор и приемник ИК-сигнала), а также имеющий золотистое обрамление клавиши.
12. Обеспечивается кодовая защита от несанкционированного управления светом через оконное стекло путем реагирования только на код определенной клавиши конкретного пульта, записанный в память выключателя пользователем.
13. Исключение ложных срабатываний от помех, приходящих по сети ~220V.
14. Возможность установки в непосредственной близости от аудио- или видеоаппаратуры, так как выключатель настроен на строго определенную кнопку пульта и не будет реагировать на управление телевизором или музыкальным центром, к примеру.
15. Включение или выключение света одним нажатием кнопки пульта дистанционного управления облегчает процесс управления.

Принципиальная схема выключателя


На схеме не показано подключение разъема для внутрисхемного программирования (для улучшения читаемости схемы), но он имеется на разработанной печатной плате. Схема не нуждается в какой-либо наладке или настройке и начинает работать сразу после корректной сборки из заведомо исправных деталей. В качестве управляющего применен микроконтроллер PIC16F628-04I/SO. Выбор обусловлен наличием внутренней EEPROM-памяти данных с энергонезависимым хранением информации, низкой ценой, малыми габаритами, низким потреблением тока, встроенной схемой запуска и встроенной системой BOR (BOD), полностью избавляющей устройство от "зависаний" и сбоев в работе программы при помехах по питанию. В качестве приемника ИК-сигнала используется TSOP1736, обладающий высокой чувствительностью, высокой помехозащищенностью и малыми габаритами с учетом его функциональности. В качестве излучателя звука используется малогабаритный пьезоизлучатель HPA-17A, обладающий малыми габаритами, достаточной громкостью и низким потреблением тока. Стабилитрон 1N4734 имеет напряжение стабилизации 5,6V. В схеме может быть использован любой малогабаритный светодиод красного свечения повышенной яркости.

Инструкция по эксплуатации и монтажные требования
После подачи электроэнергии (примерно через 5 сек.) устройство переходит в рабочий режим и готово принимать команды от пульта дистанционного управления (если предварительно была произведена настойка на конкретную клавишу пульта) или сенсора ручного управления. Переход сопровождается звуковым сигналом. До истечения этого срока нельзя подносить руку к выключателю, так как в это время происходит цифровая настройка сенсора. В противном случае, после перехода в рабочий режим, выключатель может работать нестабильно. Для восстановления нормального режима работы необходимо отключить электроэнергию в квартире и через 5 сек. включить её снова, не поднося руку к выключателю. При монтаже выключателя следует отключить электроэнергию, полностью установить выключатель, установить клавишу и только после этого подать электроэнергию в сеть.

Кратковременное касание сенсора позволяет включать и выключать лампы. В случае касания и удержания руки, когда лампы включены, будет происходить увеличение мощности, сопровождающееся звуковыми сигналами, до тех пор, пока не снята рука или пока не будет достигнута максимальная мощность. В случае касания и удержания руки, когда нагрузка выключена, произойдет плавное включение света, а затем будет происходить уменьшение мощности, сопровождающееся звуковыми сигналами, до тех пор, пока не снята рука или не будет достигнута минимальная мощность. Таким образом, если свет включен, уменьшение мощности можно получить, кратковременно коснувшись сенсора, убрав руку (лампа погаснет) и снова коснувшись сенсора (после погасания лампы) и затем удерживая руку. Аналогичным образом происходит управление светом с пульта. Через 12 часов после включения или регулирования мощности ламп, они автоматически выключаются.

Выключатель имеет функцию защиты ламп от «перегорания» в момент включения. Эта функция значительно (в несколько раз) продлевает срок эксплуатации ламп. Защита обеспечивается плавным разогревом нитей накала ламп при включении света.

Запоминание (в памяти выключателя) нового кода управляющей клавиши пульта производится следующим образом. Используя сенсор ручного управления, необходимо убавить яркость ламп до минимального значения, затем следует продолжать удерживать руку на сенсоре еще в течение 12 секунд до появления длинного прерывистого звукового сигнала. После этого можно отойти на 1-2 метра от выключателя и, направив пульт на выключатель, нажать нужную клавишу пульта  на 2 секунды. После этого, в случае успешной записи, будет слышен один короткий звуковой сигнал, и выключатель перейдет в нормальный режим работы. Если клавиша на пульте не будет нажата в течение 10 секунд, появится длинный прерывистый звуковой сигнал, выключатель перейдет в нормальный режим работы, и будет продолжено использование ранее запомненного кода.

Информация для производителя
Никаких изменений внешнего вида выключателя, при установке в него управляющей схемы, не происходит. Сохраняется пластмассовое основание с распорками для крепления выключателя в стене. Выключатель имеет возможность внутрисхемного программирования и изменения статуса устройства (разрешение или запрещение на регулировку мощности). Информация записывается в EEPROM память контроллера и может быть изменена впоследствии. В этой же памяти хранится и некоторая служебная информация. Для записи и чтения этих данных можно использовать любой стандартный программатор. Ниже (в таблице) показано распределение памяти:

	Наименование	Выполняемая функция и примечание
00h:	DEVICE_STATUS	Регистр имеет битовую конфигурацию. Установка D0 разрешает регулировку мощности. Сброс D0  — запрещает. Остальные биты D1-D7 зарезервированы и могут находиться в любом состоянии.
01h:	POWER_STATUS	При программировании должен быть сброшен в 00h или установлен в FFh. Другие значения недопустимы и приведут к некорректной работе устройства. Используется контроллером для запоминания включения или выключения нагрузки. Включенная нагрузка — FFH, выключенная — 00H. Другие значения недопустимы.
02h:	POWER_DEFAULT	При программировании должен быть сброшен в 00H. Используется контроллером для запоминания текущей мощности нагрузки.
03h-07h:	Зарезервировано
08h-5Ch:	KEY_CODE_ARRAY	Запись кода клавиши пульта ДУ. При программировании, если есть необходимость, можно сразу заносить в эту область код нужной клавиши пульта ДУ, предварительно считав его с работающего выключателя.

При программировании допустимо все указанные в таблице байты оставить чистыми (без изменения). В этом случае они будут иметь значение FFh.

Функциональные особенности устройства

1. Запоминаются команды от клавиш пультов дистанционного управления, осуществляющих передачу команд по IR-каналу (инфракрасный спектр излучения).
2. Имеется возможность внутрисхемного программирования управляющего микроконтроллера PIC16F628 для загрузки программы после сборки выключателя и для обновления версии программы в случае необходимости. Контроллер имеет аппаратную защиту от считывания кода программы.
3. Устройство может встраиваться в корпус стандартного выключателя для скрытой проводки без изменения внешнего вида выключателя.

Список используемых деталей

Обозначение по схеме	Наименование, номинал детали	Тип, корпус, примечание	Количество
Q1	4,0 MHz	Кварц, корпус HC49/S	1
DD1	PIC16F628-04I/SO	Микроконтроллер	1
U2	TSOP1736	Приемник IR-сигнала	1
U1	HPA-17A	Пьезоизлучатель звуковой	1
D1	LT-1344IT	Светодиод красный	1
VD2	1N4734	Стабилитрон (5,6V)	1
VD1	1N4001	Диод	1
VS1	BT139-600	TRIAC (корпус ТО-220)	1
C7	0,22 µF x 250V	Конденсатор K73-17 (250V)	1
C6	0,1 µF x 250V	Конденсатор K73-17 (250V)	1
C4	1000 pF	Конденсатор SMD0805	1
C3, C8, C9	33 pF	Конденсатор SMD0805	3
C1	560 pF	Конденсатор SMD0805	1
C5, C5’	220,0 x 10V	Электролитич. конденсатор	2
C2	47,0 x 10V	Электролитич. конденсатор	1
R8	220 om x 2W	Резистор МЛТ-2 или МОН-2	1
R7	1МOm x 0,25W	Резистор C1-4 или аналогич.	1
R6	51 om	Резистор SMD0805	1
R5	430 kOm	Резистор SMD0805	1
R2, R4	100 Om	Резистор SMD0805	2
R3	1 Mom	Резистор SMD0805	1
R1	20 kOm	Резистор SMD0805	1
L1	Мощный дроссель	Любой тип	1

Автор проекта: Александр Протопопов (г. Москва). WWW-site: www.smartelectron.ru.
На моем личном сайте Вы можете ознакомиться с другими проектами, часть из которых не представлена на сайте этой фирмы.
Если Вы нуждаетесь в разработке какого-либо устройства с применением микроконтроллера, обращайтесь ко мне.

 Разместите Ваш проект у нас на сайте и его смогут увидеть сотни посетителей в день. Ваши проекты присылайте вебмастеру.