Bezprzewodowy włącznik oświetlenia

Prezentowany układ składa się z dwóch modułów: nadajnika i odbiornika. Jedyną funkcją nadajnika jest ciągłe wysyłanie specjalnie przygotowanych pakietów danych drogą radiową. Transmisja rozpoczyna się po wciśnięciu przycisku, który doprowadza zasilanie do znajdujących się na płytce obwodów.

Odbiornik jest wyczulony na wychwytywanie tego sygnału – po odebraniu nawet jednego, podejmuje działanie. Przy użyciu zworki można wybrać jeden z dwóch trybów pracy:

• monostabilny – wyjście jest załączane na określony czas, po czym samoczynnie się rozłącza,
• bistabilny – stan wyjścia jest zmieniany na przeciwny po wciśnięciu przycisku.

Wyjście odbiornika jest typu otwarty kolektor, co oznacza, że może sterować m.in. krótkim paskiem diod LED, jak i przekaźnikiem.

Budowa i działanie

Schemat ideowy układu nadajnika pokazano na rysunku 1. Jako blok nadawczy zastosowano gotowy moduł transceivera typu RFM12B firmy HopeRF.

Rysunek 1. Schemat ideowy układu nadajnika

Ma ważną zaletę: pracuje w paśmie 868 MHz, nadając z odpowiednio niewielką mocą – do jego eksploatacji nie są wymagane jakiekolwiek zezwolenia. Do pola lutowniczego PAD1 należy przylutować antenę, wykonaną np. z odcinka cienkiego przewodu.

Pracą tego modułu, który komunikuje się poprzez interfejs SPI, zarządza popularny mikrokontroler typu ATtiny24A. Do programowana zostało przewidziane pięciopinowe złącze J1, które zawiera wyprowadzenia niezbędne do ISP – programowania mikrokontrolera wbudowanego w system. Rezystor R2 blokuje komunikację modułu RFM12B na czas programowania, zaś mikrokontroler – po rozpoczęciu pracy – uaktywnia ją, wystawiając stan niski na odpowiednie wyjście.

Zasilanie pochodzi z baterii typu CR2032. Aby ograniczyć pobór prądu, jej połączenie z pozostałymi obwodami jest odcinane za pomocą przycisku S1. Źródłem zegara taktującego dla mikrokontrolera jest wewnętrzny oscylator RC, o nominalnej częstotliwości pracy 8 MHz, po wyłączeniu preskalera. Układ nie wykonuje żadnych zadań krytycznych czasowo, wobec czego stabilizacja tej częstotliwości nie jest potrzebna.

Na niewielkiej płytce znalazły się dwie zworki – SJ1 i SJ2 – służące ustaleniu adresu. Dzięki nim, w bezpośrednim sąsiedztwie mogą pracować cztery identyczne systemy, bez wzajemnego oddziaływania na siebie.

Rysunek 2. Schemat ideowy układu odbiornika

Odbiornik jest niewiele bardziej złożony, jego schemat pokazuje rysunek 2. Użyty w nim moduł radiowy oraz mikrokontroler są takie same. Również sposób ich podłączenia nie uległy zmianie. Dodano diode LED1, informującą o statusie komunikacji bezprzewodowej, oraz LED2, sygnalizującą załączenie wyjścia. Ponadto, na płytce znalazła się zworka JP1 umożliwiająca wybór trybu pracy modułu odbiorczego oraz potencjometr P1, będący dzielnikiem napięcia zasilającego. Ustalone jego ślizgaczem napięcie jest mierzone przez przetwornik analogowo-cyfrowy mikrokontrolera, co służy ustaleniu czasu załączenia wyjścia w trybie monostabilnym.

Na płytce znalazło się miejsce dla małego stabilizatora o napięciu wyjściowym 3,3 V, przez co napięcie wejściowe może zawierać się w szerokich granicach. Wyjście jest typu otwarty kolektor i polega na zwieraniu jednego z wyprowadzeń złącza J3 do masy poprzez klucz nasycony na tranzystorze T1.

Montaż i uruchomienie

Układ nadajnika został zmontowany na dwustronnej płytce drukowanej o wymiarach 25×55 mm, której schemat montażowy oraz wzór ścieżek pokazano na rysunkach 3 i 4.

Rysunek 3. Schemat płytki nadajnika, strona TOP

Rysunek 4. Schemat płytki nadajnika, strona BOTTOM

Kształt umożliwia włożenie jej do obudowy typu Z-14A firmy Kradex. Płytka odbiornika jest nieco większa, jej wymiary wynoszą 65×30 mm (rysunek 5). Otwory montażowe znajdują się w odległości 3 mm od krawędzi płytki odbiornika.

Rysunek 5. Schemat płytki odbiornika

Montaż elementów na płytkach nie powinien być trudny dla osób obeznanych z lutowaniem elementów powierzchniowych. Przed włączeniem zasilania zalecam wlutować obu modułom anteny, chociażby w postaci kawałków cienkiego przewodu o długości ok. 17 cm. Końcówkę przewodu nadajnika warto zaizolować, aby nie wywołała zwarcia po zamknięciu płytki w ciasnej obudowie.

Zasilanie modułu nadawczego wymaga napięcia o wartości około 3 V, którego źródłem jest bateria litowa typu CR2032. Moduł odbiorczy może być zasilany napięciem z przedziału od 8 do nawet 24 V.

Przed rozpoczęciem eksploatacji, oba moduły muszą zostać zaprogramowane dostarczonymi wsadami pamięci FLASH. Nowe wartości fuse bitów powinny wynosić: Low Fuse=0xE2, High Fuse=0xDE. Mikrokontrolery będą wtedy taktowane z wewnętrznego oscylatora RC z pominięciem preskalera (czyli sygnałem o częstotliwości 8 MHz).

Dodatkowo, układ Brown-Out Detector zapewni ich wyzerowanie, jeżeli napięcie zasilania spadnie poniżej 1,8 V, co znacząco redukuje ryzyko zawieszenia podczas włączania zasilania. Szczegóły pokazuje rysunek 6, który zawierza zrzut z okna programu BitBurner. Dla obu mikrokontrolerów wartości tych bitów są jednakowe.

Rysunek 6. Ustawienie fuse bitów

Pobór prądu przez układ nadajnika jest zerowy w stanie spoczynku (mikrowyłącznik odcina baterię), a w czasie nadawania wynosi ok. 30 mA. W przypadku odbiornika jest to ok. 17 mA w stanie spoczynku i około 24 mA przy załączeniu wyjścia – bez obciążenia podłączonego do zacisków złącza J3. Zmontowane płytki widoczne są na fotografii 1.

Fotografia 1. Zmontowane płytki

Eksploatacja

Przy użyciu niewielkiej ilości spoiwa lutowniczego można zaadresować płytkę nadajnika i odbiornika. Możliwe są cztery opcje: SJ1 i SJ2 rozwarte, obie zwarte lub tylko po jednej są zwarte. Obie płytki powinny mieć ustawiony taki sam „adres”, by współpracowały ze sobą. Można w ten sposób utworzyć system zawierający kilka pilotów i kilka odbiorników, które będą ze sobą współpracowały.

Należy również ustawić zworkę JP1 na płytce nadajnika: zwarte wyprowadzenia 1-2 to praca w trybie monostabilnym, a 2-3 w trybie bistabilnym. Bez zworki, zamontowany rezystor podciągający zapewni pracę w trybie bistabilnym. Potencjometrem P1 ustawia się czas załączenia w trybie monostabilnym: skręcając jego ślizgacz w lewo, czas ten wyniesie około 5 s, a w prawo około 9 min.

Po włączeniu zasilania odbiornika, dioda LED1 umieszczona na jego płytce powinna błyskać co kilka sekund, co oznacza brak odbioru poprawnej komendy z nadajnika. Odbiór komendy jest sygnalizowany szybszym błyskaniem. Aby nadajnik wysłał całą komendę, trzeba trzymać przycisk przez min. 1 s.

Jeżeli wyjście jest załączone, dioda LED2 świeci. Do zacisków złącza J3 można podłączyć obciążenie o poborze prądu nieprzekraczającym 100 mA, np. przekaźnik elektromagnetyczny z cewką przystosowaną do napięcia 12 V lub 24 V lub wejście przekaźnika elektronicznego (SSR).

Michał Kurzela, EP