Sterownik-timer z 8 przekaźnikami

Sterownik-timer z 8 przekaźnikami
Pobierz PDF Download icon
Sterownik-timer pozwala na jednoczesne i niezależne załączanie do 8 przekaźników zamontowanych na swojej płytce drukowanej. Może pracować w trybie sterowania ręcznego lub po zaprogramowaniu czasów załączenia i wyłączenia w trybie automatu. Do działania potrzebuje tylko zasilania i połączenia z komputerem poprzez port USB. Uruchomiony na komputerze program nadzoruje pracę sterownika. Rekomendacje: urządzenie przyda się przy codziennej, automatycznej obsłudze załączenia i wyłączenia urządzeń w cyklu dobowym lub tygodniowym.

Schemat ideowy sterownika pokazano na rysunku 1. Wyprowadzenia portów kontrolera IO1…IO8 poprzez zintegrowany układ wzmacniaczy US3 sterują przekaźnikami REL1…REL8. Styki przekaźników połączone są z gniazdami śrubowymi X1…X8, do których można przyłączyć przewodami sterowane urządzenia. W momencie załączenia przekaźnika jego styk przełączny „P”, połączony ze środkowym wyprowadzeniem gniazd śrubowych X1…X8, powoduje zwarcie z lewym wyprowadzeniem każdego z gniazd. O fakcie załączenia przekaźnika informuje świecenie zamontowanej w jego pobliżu diody LD1…LD8.

Standardowe gniazdo USB-B, oznaczone symbolem X9, służy zarówno do doprowadzenia napięcia +5 V DC zasilającego kontroler US1, jak i do komunikacji z komputerem, na którym jest uruchomiony program sterujący. Przeznaczone tylko do zasilania układów wykonawczych, czyli przekaźników i wzmacniaczy US3 napięcie +12 V, jest podawane na gniazdo zasilające DC oznaczone symbolem X10. Plus zasilania podawany jest na środkowy styk gniazda, a dioda D1 zabezpiecza układ US3 przed omyłkową zamianą polaryzacji napięcia.

Stan prawidłowego działania sterownika sygnalizuje świecenie diody LED oznaczonej na schemacie symbolem LD9. Przycisk awaryjnego zerowania kontrolera ma oznaczenie SW1. Na zamieszczonym poniżej zestawieniu, wymienione zostały wraz z krótkim opisem wszystkie zamieszczone na schemacie gniazda i złącza:

* X1…X8 – złącza śrubowe o rastrze 2,5 mm do przyłączenia sterowanych urządzeń.
* X10 – złącze DC do doprowadzenia napięcia +12 V DC.
* X9 – gniazdo typu USB-B do komunikacji z komputerem i doprowadzenia napięcia zasilania +5 V DC.
* JTAG – gniazdo „technologiczne”, nieużywane.
* USART1 – wyprowadzenia sygnałów RxD, TxD. Dla zaawansowanych użytkowników, opis dalej. Normalnie nieużywane.
* J1 – nieużywane. Normalnie zwora powinna być rozwarta.

Montaż

Schemat montażowy sterownika – timera pokazano na rysunku 2. Montaż jest typowy i nie powinien nastręczać trudności. Przekaźniki i gniazda śrubowe powinny być wlutowane do płytki jako ostatnie. Złącza JTAG i USART1 nie są przeznaczone do montażu.

Uruchomienie

Na każdym etapie montażu warto kontrolować czy ścieżki napięć zasilających +12 V i +3,3 V nie są zwarte z masą. Jeżeli wszystko jest w porządku, można doprowadzić zasilanie do płytki sterownika – timera. Zasilanie +5 V doprowadza się łącząc kablem gniazdo X9 sterownika z wolnym portem USB komputera. Przy pierwszym podłączeniu płytki do komputera system operacyjny powinien automatycznie zainstalować sterowniki konieczne do komunikacji przez interfejs USB. Instalacja może potrwać kilka minut, po czym w Menedżerze Urządzeń powinien zostać wyświetlony wirtualny port USB. Jeżeli tak się nie stanie, można odłączyć kabel USB, zrestartować komputer, po czym spróbować ponownie. Jeżeli znów się nie uda, pozostaje sięgnąć po pomoc i informacje na stronie internetowej firmy FTDI, producenta układu interfejsowego US2. Jednak wcześniej warto jeszcze raz sprawdzić czy montaż interfejsu US2 i jego otoczenia jest prawidłowy.

Sygnałem, że zamontowany i wcześniej zaprogramowany układ kontrolera US1 działa prawidłowo jest dwukrotne mignięcie diody LD9. Stanie się tak po podłączeniu sterownika – timera do komputera kablem USB. W czasie normalnej pracy dioda powinna świecić światłem ciągłym przygasając tylko podczas transmisji danych.

RST8 – oprogramowanie do obsługi sterownika – timera

Do obsługi sterownika oraz wprowadzania nastaw jego działania można używać różnych programów typu terminalowego. Jest to możliwe, ponieważ komendy sterujące są przesyłane za pomocą tekstu. Składnia komend zostanie omówiona później. Jednak dla wygody użytkowników napisano specjalny program o nazwie „RST8”. Za jego pomocą można łatwo wyszukać współpracujący z komputerem sterownik – timer, ręcznie sterować załączaniem i rozłączaniem przekaźników w do`wolnych kanałach, a także zaprogramować działanie sterownika w trybie timera. Program jest łatwy w użyciu. Działa pod kontrolą systemu Windows, a przy użyciu Wine pracuje także w dystrybucjach Linuks-a (o ile użytkownik dostosował swojego „pingwina” do obsługi portów USB jako wirtualnych COM). Na rysunku 3 pokazano zrzut ekranu z głównym oknem programu RST8.

Wyszukiwanie współpracującego sterownika – timera. Po naciśnięciu przycisku Auto-podłączanie, program rozpoczyna automatyczne wyszukiwanie sterownika – timera połączonego z komputerem PC. Jeśli komunikacja zostanie nawiązana, to na pasku informacyjnym zostanie wyświetlony numer używanego portu COM, szybkość transmisji oraz symbol wykrytego sterownika – w tym wypadku „8K-ON-OFF”.

Aktywowanie obsługi kanału. Okno programu RST8 podzielono na 8 pól oznaczonych nazwami kanałów (KANAŁ1…KANAŁ8). Dostęp do sterowania kanałem uzyskuje się po zaznaczeniu opcji Aktywny.

Informacja o ustawieniach kanału w trybie pracy z timerem. Na ekranie są wyświetlane informacje o stanie, w którym jest przekaźnik kanału. Może być ROZŁĄCZONY lub ZAŁĄCZONY. Po naciśnięciu przycisku „Info o ustawieniach” jest wyświetlane okno z aktualnymi ustawieniami w trybie pracy automatu – timera. Są to czasy załączania, wyłączania oraz dni tygodnia, kiedy przekaźnik ma się uaktywnić. Wygląd okna pokazano na rysunku 4.

Tryb sterowania. Dwa pola wyboru typu „radiowego” pozwalają określić czy przekaźnik wykonawczy kanału będzie sterowany bezpośrednio czy w trybie programowanego automatu-timera.

Ręczne załączenie i rozłączenie przekaźnika. W trybie sterowania ręcznego są wyświetlane przyciski ZAŁĄCZ i ROZŁĄCZ wpływające bezpośrednio na stan przekaźnika kanału.

Ustawienia w trybie automatu (timera). W trybie sterowania automatycznego jest wyświetlany przycisk „Ustawienia automatu”, po którego naciśnięciu można przejść do ustawiania parametrów załączania i wyłączania przekaźnika w trybie automatu-timera. Na rysunku 5 pokazano wygląd pulpitu ustawień parametrów w trybie automatu. Dostęp do ustawień jest możliwy po zaznaczeniu pola „ustawienia kanału aktywne”. Potem należy wybrać tryb pracy kanału. Do wyboru są opcje „dobowa” i „tygodniowa”.

W opcji dobowej należy w polach „godzina załączenia” i „godzina rozłączenia” wpisać godzinę, kiedy przekaźnik ma się włączyć i wyłączyć. Następnie należy zaznaczyć dni tygodnia, w których to włączenie i wyłączenie ma zadziałać. Można zaznaczyć jeden dzień lub kilka wybranych. Jeżeli wpisany czas wyłączenia będzie wcześniejszy niż czas włączenia, przekaźnik wyłączy się następnego dnia.

W opcji tygodniowej, tak jak to opisano powyżej ustawia się czas załączenia i wyłączenia przekaźnika. W cyklu tygodniowym należy wybrać jeden dzień włączenia przekaźnika oraz dzień jego wyłączenia. Jeżeli dzień i godzina wyłączenia będą wcześniejsze niż ustawiony dzień i godzina włączenia to przekaźnik może wyłączyć się dopiero po upływie tygodnia od włączenia.

Po naciśnięciu przycisku „Zapis i powrót” ustawienia automatu zostaną zapisane na dysku twardym komputera i nie będą utracone nawet po wyłączeniu sterownika. Uwaga! Do prawidłowego działania urządzenia konieczne jest zasilenie sterownika-timera, uruchomienie na komputerze programu RST8 oraz ustanowienia połączenia pomiędzy komputerem a sterownikiem. Jeżeli któryś z warunków nie zostanie spełniony, sterownik nie będzie działał prawidłowo.

Komendy sterujące

Zaletą omawianego sterownika-timera jest nieskomplikowana, tekstowa składnia jego komend. Dzięki temu można użyć do sterowania przekaźników dowolnego programu terminalowego pozwalającego przesłać kilkuznakowy tekst lub wykonać własną aplikację. Załączaniem przekaźników steruje komenda K(n)ON, w której (n) oznacza numer kanału. I tak dla przykładu, załączenie przekaźnika 3 spowoduje komenda K3ON. Oczywiście, parametr (n) musi zawierać się w przedziale 1…8. Składnia komendy wyłączającej przekaźnik jest bardzo zbliżona – K(n)OFF. Posługując się przytoczonym wyżej przykładem, K3OFF spowoduje wyłączenie przekaźnika numer 3.

Jest także możliwe grupowe sterowanie załączaniem i wyłączaniem przekaźników, na przykład <K1OFF K3ON K6OFF K7OFF K8ON>. Po odebraniu takiej komendy sterownik załączy przekaźniki kanałów 3 i 8, a wyłączy przekaźniki kanału 1, 6, 7. Stan pozostałych przekaźników pozostanie niezmieniony.

Po wykonaniu komendy sterownik zwraca potwierdzenie. Jest nim tekst odebranej komendy i człon potwierdzenia „OK” np. K1OFF K3ON K6OFF K7OFF K8ON OK.

Oprócz komend sterujących bezpośrednio przekaźnikami, sterownik reaguje na dwie dodatkowe komendy. Po wysłaniu komendy „KX?” sterownik odpowie potwierdzeniem przesyłając oprócz tego aktualny stan przekaźników wszystkich kanałów. Na przykład „KX? K1OFF K2OFF K3ON K4OFF K5ON K6OFF K7OFF K8ON OK”. Z kolei, po wysłaniu komendy „STER?” zostanie odesłana nazwa sterownika. Na przykład, „STER?8-K-ON-OFF OK”.

Jak wspomniałem do takiego sterowania funkcjami sterownika, nadaje się dowolny program typu terminalowego. Do testów używałem Br@y++ w wersji 1.93b z 2014 roku. Wygląda na to, że przynajmniej chwilowo program nie jest rozwijany, a szkoda, bo to bardzo przydatne narzędzie. W tym wypadku jego niewątpliwą zaletą jest możliwość zaprogramowania jego 24 przycisków funkcyjnych w taki sposób, aby po ich naciśnięciu terminal wysyłał określoną sekwencję znaków ASCII. To wystarczy żeby zaprogramować komendy załączenia i wyłączenia przekaźników wszystkich kanałów. Posługując się Br@y’em czy też innym programem, należy podać numer portu COM, za którego pośrednictwem będzie przebiegała komunikacja ze sterownikiem – timerem. Dla systemu Windows informację o tym, do którego portu COM jest dołączony sterownik można znaleźć w Menedżerze Urządzeń. Należy także określić parametry transmisji. Dla prezentowanego sterownika będą to: 115200 bps, 8 bitów danych bez bitu parzystości. Po ustanowieniu połączenia pomiędzy programem terminalowym a sterownikiem możliwe będzie wysyłanie komend tekstowych i odbieranie potwierdzeń. Na rysunku 6 pokazano główne okno programu Br@y Terminal++ w trakcie wymiany transmisji ze sterownikiem.

Dla doświadczonych użytkowników

Do komunikacji ze sterownikiem można użyć innego interfejsu niż zamontowany na płytce FT230XS. Może to być RS232 lub RS422/485. Użycie innego interfejsu pozwala wydłużyć dystans pomiędzy komputerem a samym sterownikiem. W tym celu nie należy montować układu interfejsu FT230XS. Natomiast do wyprowadzeń RxD, TxD, GND gniazda USART1 należy dołączyć wyprowadzenia zewnętrznego interfejsu. Należy przy tym pamiętać, aby wyprowadzenie RxD interfejsu połączyć z wyprowadzeniem TxD gniazda USART1 natomiast wyprowadzenie TxD interfejsu z wyprowadzeniem RxD gniazda. Należy także doprowadzić do gniazda USB napięcie +5 V do zasilania kontrolera.

Ze względu na duże ryzyko uszkodzenia, odradzam wykonywanie takiej przeróbki przez mniej doświadczonych użytkowników.

Ograniczenia w użytkowaniu układu sterownika-timera

Do prawidłowej pracy sterownik wymaga napięcia zasilającego +12 V DC z zasilacza zewnętrznego i +5 V DC z portu USB. Niezbędne jest stałe połączenie portu USB z komputerem, na którym jest uruchomiony program sterujący np. RST8.

Po każdym restarcie lub odłączeniu zasilania z portu USB, sterownik rozłącza przekaźniki wszystkich kanałów. Należy wtedy przywrócić komunikację portem USB. W przypadku programu sterującego RST8, ustawienia przekaźników pracujących w trybie automatycznym zostaną przywrócone do stanu zgodnego z aktualnymi ustawieniami.

Ryszard Szymaniak, EP

Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
czerwiec 2017
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon
Materiały dodatkowe
Zobacz też
Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik wrzesień 2020

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio wrzesień 2020

Świat Radio

Magazyn użytkowników eteru

Automatyka Podzespoły Aplikacje wrzesień 2020

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna wrzesień 2020

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich sierpień 2020

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów