マイクロコントローラーのリモコン付きクロックサーモスタット。スキーム、説明

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マイクロコントローラー上のリモート制御を備えた多機能ウォッチサーモスタット。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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時間に加えて、街路や家の中の気温を知ることができるように、卓上時計温度計が必要でした。インターネット上にはこの種のデザインがたくさんあり、非常に高度なものさえありますが、私はそのどれもを支持して選択したわけではありません。私には、そのようなデバイスに単に必要なものが、それぞれに欠けていました。特定の要件セットがあるだけで、これらの構成を繰り返すためにそこから何も削除することはできません。

私の考えでは、時計は、電源を入れて設定したら忘れるという原則に基づいて機能するべきです。つまり、メンテナンスに頼るのはできるだけ少なくする必要があります（たとえば、時計が出発したときに時刻を調整し、電源が入ったら再度設定します）故障、夏時間と冬時間への切り替えなど）、インジケーターの表示は遠くからでも見える必要がありますが、夜間に部屋を照らしてはいけません。リモコンがあることが望ましいです。時計に他に何を搭載したいかをさらに検討した結果、次の機能セットを備えたデバイスが決まりました。

1. 時計 - カレンダー

時、分、秒、曜日、日、月、年をカウントしてインジケーターに出力します。
99,98 日に 0,02 回実行される現在時刻の自動調整の存在 (最大値 +/-XNUMX 秒、XNUMX 秒単位)。
日付から曜日を計算します (今世紀の場合)。
夏時間と冬時間の自動切り替え。
うるう年は数えます。

2.アラーム

曜日または曜日の組み合わせを設定できる 10 個の独立した目覚まし時計。

トリガー時に音声信号をオンにしたり、XNUMX つの負荷のいずれかをオン/オフしたり、熱制御を開始したりする機能。

3. タイマー

最大カウントダウン時間は 99 時間 59 分 59 秒です。

カウントダウンの終了時に音声信号をオンにし、XNUMX つの負荷のいずれかをオン/オフにする可能性があります。

4. XNUMXチャンネル温度計サーモスタット

たとえば自宅と屋外の 55 つの温度を、-125 ～ 0,1 °C の範囲で XNUMX °C の分解能で測定および表示します。

制御温度の上限と下限を同じ範囲に設定できる XNUMX つの独立したサーモスタット。

加熱または冷却の可能性。

制御チャンネルの負荷容量 ~220V、12A

5. XNUMXチャンネルの負荷制御

各チャンネルの負荷容量: ~220V、12A。

制御: 手動、目覚まし時計、タイマーによる (最初の XNUMX つのチャンネルはサーモスタットに接続されています)

6. デバイスの追加機能

バッテリーバックアップ (バッテリー電源で動作している場合、デバイスは完全に機能します)。

インジケーターの明るさを自動（外部照明に応じて）または手動で調整します。

RC-5 システムの完全な IR リモートコントロール。このシステムで動作するリモートコントロールキーをカスタマイズできます。

操作ボタンを押したときとリモコンからのコマンドを受け付けたときの音の確認（切り替え可能）。

すべての調整可能なパラメータ用の不揮発性メモリ。

周期的な表示を使用すると、プログラム可能な期間でインジケーターに最大 XNUMX つのパラメーターを表示できます。
1. 現在時刻（時 - 分）
2. 曜日 - 番号
3. 第 XNUMX チャンネルの温度 (屋内)
4. 第 XNUMX チャンネルの温度 (屋外)
MODBUS-RTU プロトコルを介して PC と通信するための RS-485 インターフェイスの存在により、「スマートホーム」システムへの統合がさらに強化されます。

装置のスキームを図に示します。 1. これは 1 つのブロック A2、A3、AXNUMX で構成されており、これらも構造的に分離され、XNUMX つのプリント基板上に組み立てられています。

（クリックして拡大）

中央ブロックA1

主な要素は ATmega8-16AI (DD1) マイクロコントローラーであり、以下のノードが関与します。

- タイマー T1 は、リアルタイムクロック、動的表示、および輝度制御のための時間間隔を生成します。
- 外部割り込み INT1 とタイマー T2 は赤外線受信機 B1 に機能します。
- ADCは、光センサーのアナログ信号、電源ユニットおよび内蔵バッテリーからの電圧値をデジタル形式に変換します。
- USART モジュールはコンピュータと通信します (9600 ボー、パリティなしの 8 データおよび 1 ストップビット)。
- タイマー T0 は、「MODBUS-RTU」プロトコル経由でパケットを送受信するときに遅延の時間間隔を生成します。
- MK が「ハング」した場合、ウォッチドッグタイマーは再起動を提供します。

MK のクロック周波数は、ZQ1 水晶振動子によって 7,3728 MHz に設定されます。 MKはR5C4VD1回路により初期状態(リセット)にリセットされます。 L1C5 - MK 内の ADC ユニットの電源回路。 XP1 コネクタは、MK のインサーキットプログラミングを目的としています。デバイスは動的表示を使用します。ボタンのスキャン処理もそれに関連付けられます。

B1は、RC-5システムで動作するリモコンからのコマンドを受信するために使用されます。この場合、リモコンの XNUMX つのボタンがアクティブになり、ローカルコントロールの XNUMX つのボタンに対応します。リモコンの設定についてはユーザーマニュアルに記載されています。

抵抗 R33 は、中程度または最大の照度での明るさを調整します。電源とバックアップバッテリーの制御電圧の測定精度の設定は、それぞれ抵抗R35、R37によって行われます。

DD2 チップは、最大 485 メートル離れた PC とのデータ交換のために、TTL RX/TX 信号を RS-1200 規格の差動信号に変換するドライバーです。
DS18B20 温度センサーはデジタル出力を備え、1 線式回路で接続され、XNUMX-Wire プロトコルを使用して動作します。最初のセンサーは部屋の温度 (内部) を測定し、XNUMX 番目のセンサーは室外 (外部) の温度を測定します。

物理的には同じ線上にあるため、センサーは温度を読み取るようにアドレス指定されます。 デバイスは DS18B20 センサーでのみ動作します

XNUMX つのセンサーのシリアル番号を MC の不揮発性メモリに書き込むプロセスは次のように実行されます。

1. デバイスの電源を完全に切る必要があります（バックアップバッテリーを取り外し、ACアダプターをオフにします）。
2. DS18B20 センサーを XNUMX つ接続します (室温測定)
3. ボタンを押し続ける "上"、 ACアダプターの電源を入れます。 (センサーのシリアル番号が MC のメモリに書き込まれ、ビープ音が鳴ります)
4. ACアダプタの電源を切ります。
5. センサーをオフにします。
6. 別のセンサーを接続します（外気温測定）
7. ボタンを押し続ける 「DN」、 主電源を入れます（センサーのシリアル番号がMKのメモリに書き込まれ、信号音が鳴ります）
8. ACアダプターの電源を切ります
9. 両方のセンサーを接続します
10.電源を入れる

これで、デバイスはこれらのセンサーで動作するようになります。いずれかのセンサーを交換する必要がある場合は、対応するセンサーに対してこの手順を繰り返す必要があります。 XNUMX 番目のセンサーが必要ない場合は、XNUMX つのセンサーを両方のチャネルに割り当てることができます。
温度は0,1℃単位でインジケーターに表示されます。測定は 1 秒間隔で行われます。

表示ユニットA2 共通のアノードを備えた XNUMX 桁の XNUMX セグメントインジケータ、XNUMX つのステータス LED、およびそれらすべてを制御するために必要な要素が含まれています。ステータス LED の目的は次のとおりです。

HL1 (黄色) - アラームが含まれていることを示します。
HL2 (赤) - AC アダプターまたはバッテリーの出力電圧が低い
HL3 (黄色) - タイマー作動のサイン
HL4 (赤) - 温度計のエラー
HL5 (黄色) - 熱制御が有効

チップ DD3 はラッチを備えたシフトレジスタで、出力を 1 番目の状態に転送する機能があり、シリアル入力データをパラレルに変換してデジタルインジケータとステータス LED に情報を表示するために使用されます。 VT5 ～ VTXNUMX は、デジタルインジケータの共通アノードの電源を増幅するように設計されています。

ロードコントロールユニットA3 標準の電気ネットワーク ~ 220V、50 Hz に接続されているデバイスのスイッチングを目的としています。制御チャンネルは4つあります。いずれも手動、タイマー、目覚まし時計からオン/オフできます。第 9 チャネルと第 16 チャネルは、それぞれ第 1 と第 9 の温度制御チャネルに接続されています (さらに、第 16 と第 1 の警報に関連付けられています)。各チャンネルには電磁リレーとそれを制御するトランジスタスイッチが含まれています。リレー接点が負荷を切り替えます。経済的なリレー制御を実現しています。最初のチャネルの例で考えてみましょう。チャネルがオフの場合、トランジスタ VT27 が閉じ、コンデンサ C11 が放電され、リレー K9 はオフになります。チャンネルがオンになると、VTXNUMX が開き、コンデンサ CXNUMX がリレー KXNUMX の巻線を介して充電され、このリレーのアーマチュアを引き付けるのに十分な電流パルスが生成されます。コンデンサが充電された後、リレーのアーマチュアは抵抗 RXNUMX を流れるより小さな電流によって保持されます。ダイオード VDXNUMX は、トランジスタ VTXNUMX を閉じた瞬間のインパルス破壊から保護します。

LED HL6 ～ HL9 は、対応するチャンネルのオン状態を示します。

私のバージョンでは、バッテリーコンパートメントへの外部アクセスがないため、XS3-XP1 を介して A4 ブロックと A4 ブロックを接続するときに内部バッテリーが接続されます。これを行うために、XP4 にはピン 6 と 7 の間にジャンパがあります。これは、電池を交換するとき、または MK メモリに熱センサーの数を記録するとき、つまり回路の電源を完全に切る必要があるときのメンテナンスを容易にするために行われます。これが必要ない場合は、バッテリーのマイナスを負の電源バスに直接接続します。

デバイスの外部電源の電圧は11...13 Vで、電流は0,25A以上です。バックアップ電池としては、単 3 形アルカリ電池を 3 本直列に接続して使用することをお勧めします。ブロック A120 のないデバイスの最大輝度時の消費電流は約 10 mA です。主電源に障害が発生した場合、デバイスはバッテリ電源に切り替わりますが、完全に機能し（リレーのみが非通電状態）、約 20 ..... 15 mA の電流を消費し、少なくとも動作できます。上記の新しい電池を取り付けた場合は XNUMX 日間。インジケーターはほぼゼロに消えますが、ボタンをスキャンするプロセスは停止しないため、ほとんど強調表示されません。ローカルコントロールまたはリモコンのいずれかのボタンを押すと、インジケータが再び XNUMX 秒間点灯し、情報を確認できるようになります。主電源が復旧すると、インジケーターが再び点灯します。

デザイン

このデバイスは、フォイルグラスファイバー製の XNUMX 枚の片面プリント基板上に組み立てられており、詳細な図面と位置は添付ファイルに記載されています。

中央ユニットと表示ユニットのボードはジャンパで相互接続され、適切なサイズのケースに収められます。負荷制御ユニットは構造的にサージプロテクタの内部に配置されており、時計ケースの後壁にあるコネクタを介してケーブルで接続されています。

要素の交換

マイクロコントローラ DD1 を ATmega8-16AU、ATmega8L-8(AI)AU、RS-485 ドライバチップを SN75176BP、MAX485CPA など 1、SFH36-1736、TFMS1836 に置き換えますが、タイプの異なる光検出器の出力の位置に注意してください。異なる場合があります。サウンドエミッタ HA3 として、示されているものに加えて、506 ～ 36V の電圧の発生器を内蔵した別の動電型または圧電型のもの、たとえば HCM5110X、HPM36A (X) を使用できます。 5360セグメントLEDインジケーターは、同じSA1-XXXXXシリーズまたはアノード共通の同様のものを使用できます（電流制限抵抗R5～R6を選択する必要がある場合があります）DA1206の代わりに、国内のK14EN08B安定器を使用することもできます。適用される電磁リレーは、10V 巻線電源および定格電流 17mA 用に設計されています。動作電流が大きいリレーを使用する場合は、抵抗R1～R142を選定する必要があります。スイッチング電圧 ~5V、電流 12A。フォトレジスタ SF30-24 の代わりに、明るい光での抵抗が 27 .... 220 オームの同様のものを使用できます。

考えられるデバイスの簡素化

PC からの制御が必要ない場合、要素 DD2、R1 ～ R3、XP2 をインストールすることはできません。 IR制御が役に立たないため、B1、C1、R4は搭載されていません。 R33 を取り付けずに自動輝度制御を除外し、フォトレジスタ R32 の代わりに 10k に定数を置くことができます。負荷を管理する必要がない場合は、ブロック A3 を除外し、XS4 の 6 接点と 7 接点の間にジャンパを取り付ける必要があります。温度計が必要ない場合は、DD4 と DD5 は接続されず、R6、HL4 も取り付けられません。

デバイス写真

装置の組み立てと調整

まず、DD1 ～ DD3、B1 を除くすべての要素を基板にはんだ付けします。 DD4 と DD5 はまだ接続しないでください。電源を投入し、C10、C1の順にDC電圧を測定します。どちらの場合も、約 5,3V になるはずです。抵抗器 R10 ～ R18 (セグメントの電流を制限する) および R19 の出力回路に従って、負の電源バスから左側の電源バスに同時に供給することにより、デジタルインジケーターとステータス LED のすべてのセグメントの点灯を確認することをお勧めします。 R23 (ベース回路 VT1 ～ VT5 内)。すべてがうまくいった場合は、電源を切り、DD1 ～ DD3 と B1 をはんだ付けし、プログラマを XP1 コネクタ (AVR インサーキットプログラミング用の標準 XNUMX ピンコネクタ) に接続します。デバイスのパフォーマンスをテストするためのデモファームウェアが付属しています。

DD1 マイクロコントローラーの FUSE ビットは次のようにプログラムする必要があります。

• CKSEL3...0 = 1111 - 高周波水晶共振器からのクロック。
• SUT1...0 =11 - 起動時間: 16K CK + 64 ms;
•CKOUT=1-CKOUTの出力クロックは無効です。
• BODLEVEL = 1 - 2,7V 電源電圧制御回路のしきい値レベル。
• BODEN = 0 電力モニターが有効
• EESAVE = 0 - チッププログラミング中の EEPROM の消去は無効になります。
• WDTON = 1 - ウォッチドッグタイマーを永続的にアクティブにしません。

残りの FUSE - ビットはそのままにしておく方がよいでしょう。 FUSE ビットは「0」に設定するとプログラムされます。

デモファームウェアではデバイスの完全な動作が保証されますが、持続時間は 72 時間弱で、パフォーマンスを確認するには十分です。フル機能のファームウェアについては、作成者 alexpermXNUMX@mail.ru までお問い合わせください。

コンピュータの制御プログラムは開発中です。

ユーザーガイド (PDF、500 KB)

HEX ファームウェア、LAY および GIF 形式の回路基板、デバイス写真のダウンロード

著者: Alexey Batalov、alexperm72@mail.ru、ICQ#: 477022759; 出版物: mcupprojects.narod.ru

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