Dzwonek bezprzewodowy

Wtorek, 01 Styczeń 2013

Często, jeśli obiekt ma wiele pomieszczeń, zachodzi potrzeba zasygnalizowania czyjejś obecności przed drzwiami wejściowymi jednocześnie w wielu pomieszczeniach. W innej sytuacji, jeśli obiekt ma wiele wejść, to może pojawić się potrzeba stworzenia możliwości sygnalizowania chęci wejścia w jednym pomieszczeniu, np. sekretariacie firmy. Nasz dzwonek bezprzewodowy może współpracować z dowolnie dużą liczbą odbiorników i nadajników. W aplikacji modelowej z jednym nadajnikiem współpracują dwa odbiorniki. Rekomendacje: taki dzwonek przyda się w każdym domu lub np. w budynku firmy, do którego jest wiele wejść.

Na urządzenie składają się nadajniki i odbiorniki - ich liczba jest zależna od potrzeb.

Rysunek 1. Schemat ideowy nadajnika

Schemat nadajnika pokazano na rysunku 1. Jego sercem jest mikrokontroler ATtiny2313. Wybrano go ze względu na wbudowany, sprzętowy, szeregowy interfejs UART, co pasowało do koncepcji rozwiązania i znacznie uprościło napisanie programu. Dla zapewnienia stałej częstotliwości sygnału taktującego praca UART (transmisja asynchroniczna), generator zegarowy mikrokontrolera współpracuje z zewnętrznym rezonatorem kwarcowym o częstotliwości 2 MHz. Interfejs UART jest dołączony do nadajnika TX433N pracującego w nielicencjonowanym paśmie ISM. Nadawanie jest sygnalizowane miganiem diody LED1. Obwód rezystor R2 – kondensator C6 powoduje opóźnia start mikrokontrolera po załączeniu napięcia zasilania, co pozwala na ustabilizowanie się warunków pracy przed rozpoczęciem wykonywania programu. Jak wspomniano, jako nadajnik zastosowano moduł TX433N dostępny w ofercie sklepu AVT. Małe wymiary, szeroki zakres napięcia zasilania (3...12 V) i nieskomplikowana aplikacja wręcz predysponują go do tego celu. Kondensatory C1...C3 zapobiegają rozprzestrzenianiu się zaburzeń po układzie.

Nadajnik zasilany jest napięciem 4,5 V z trzech baterii AAA, lecz praktyka wykazuje, iż poprawnie pracuje jeszcze przy napięciu 2,7 V - co w połączeniu z brakiem poboru prądu w stanie spoczynku gwarantuje długą pracę na komplecie baterii.

Rysunek 2. Schemat ideowy odbiornika

Schemat odbiornika zamieszczono na rysunku 2. Tak jak w nadajniku, tutaj również zastosowano mikrokontroler ATtimy2313 taktowany sygnałem o częstotliwości ustalonej za pomocą zewnętrznego rezonatora kwarcowego 2 MHz. Wciśnięcie przycisku w nadajniku jest sygnalizowane modulowanym piskiem buzzera sterowanego przez tranzystor T1. Jako odbiornik pracuje gotowy moduł RX433N, również pochodzący z oferty sklepu AVT. Obwód rezystor R2 – kondensator C6 powoduje opóźnia uruchomienie się mikrokontrolera po załączeniu napięcia zasilania. Kondensatory C1...C3 odfiltrowują potencjalne sygnały zakłócające. W stanie czuwania odbiornik pobiera prąd o natężeniu rzędu kilku miliamperów, podczas sygnalizacji prąd ten rośnie do 20 mA.

Zaprogramowanie układów

Listing 1 i 2

Oprogramowanie dzwonka napisano w języku Bascom AVR. Do zaprogramowania pamięci Flash mikrokontrolerów wystarczy najprostszy programator składający się z kilku rezystorów i wtyku DB25. Dla poprawnego funkcjonowania programu kluczowe znaczenie mają fusebity, które zarówno w mikrokontrolerze nadajnika, jak i odbiornika należy ustawić w następujący sposób:

Fusebit C zmienić na 1 (domyślnie jest 0),
Fusebity A987: zmienić na 1010 (domyślnie jest 0100), Pierwsze ustawienie wyłącza podział częstotliwości zegara przez 8, drugi załącza tryb pracy generatora z zewnętrznym rezonatorem kwarcowym o częstotliwości 2...4 MHz.

Jak wspomniano, programy obsługujące nadajnik i odbiornik napisano w języku Bascom AVR. Ich omówienie rozpocznę od programu obsługującego nadajnik - zamieszczono go na listingu 1.

W dyrektywach kompilatora ustalona zostaje najmniejsza dostępna prędkość transmisji RS232, czyli 1200 bitów na sekundę, co jest zupełnie wystarczające w tej aplikacji a może zmniejszyć liczbę błędów transmisji. Wszystkie dostępne wyprowadzenia konfigurowane są jako wyjścia, a następnie zostaje na nich wyprowadzony poziom wysoki poprzez włączenie wewnętrznych rezystorów podciągających. W pętli nieskończonej mikrokontroler co 40 ms, wysyła do nadajnika nieskomplikowane hasło oraz miga diodą LED1, co jest potwierdzeniem prawidłowej pracy.

Program odbiornika pokazano na listingu 2.

Początek programu odbiornika nie różni się od programu nadajnika. Realizując pętlę nieskończoną mikrokontroler oczekuje na odbiór za pomocą interfejsu UART pierwszego znaku hasła, to jest litery "a" (numer 97 w ASCII). Po jego odebraniu, czeka na odbiór kolejnego. Jeżeli kolejny odebrany znaku będzie zgodny ze znakiem hasła (w tym wypadku kolejna litera "a"), to wówczas zostanie załączony buzzer. Użycie hasła ma na celu zabezpieczenie przed przypadkowym uruchamianiem się sygnału dźwiękowego na wskutek odbierania zakłóceń.

Montaż i uruchomienie

Schemat montażowy nadajnika pokazano na rysunku 3, natomiast odbiornika na rysunku 4. Oba urządzenia zmontowano na jednostronnych płytkach drukowanych. Montaż jest wykonywany typowo, od najmniejszych elementów do największych.

Rysunek 3. Schemat montażowy płytki nadajnika

Płytkę nadajnika z koszykiem na trzy baterie AAA zamontowano w obudowie natynkowego wyłącznika dzwonkowego. Po dolutowaniu wszystkich przewodów warto ją zabezpieczyć przed wilgocią np. kilkoma warstwami lakieru bezbarwnego. Dla odbiornika idealna jest obudowa typu Z23, która może być połączona np. z niewielkim zasilaczem wtyczkowym dającym napięcie 5 V. Jako antena (w obydwu przypadkach) doskonale nadaje się kawałek laminatu jednostronnie miedziowanego, dopasowanego do dna obudowy. Prawidłowo zmontowany z użyciem zaprogramowanych mikrokontrolerów dzwonek bezprzewodowy wymaga jakichkolwiek regulacji i może pracować od razu po włączeniu zasilania.

Jak wspomniano, z jednym nadajnikiem może współpracować kilka odbiorników i odwrotnie - z kilkoma nadajnikami jeden odbiornik. Niestety, dwa nadajniki nie będą pracowały w tej samej chwili. Zmiana nadawanego i oczekiwanego hasła pozwoli na pracę kilku takich systemów niezależnie od siebie, zaś zmodyfikowanie odstępów czasowych między kolejnymi paczkami haseł umożliwia odróżnianie od siebie poszczególnych nadajników po samym tylko dźwięku.