Дистанционно управляемая сетевая розетка

В. ГЕЗЕНКО, г. Днепропетровск, Украина

Это устройство принимает ИК сигналы, посылаемые с помощью обычного пульта ДУ, и сравнивает принятые кодовые комбинации с двумя, заранее записанными в память. Таким образом, оно позволяет дистанционно включать и выключать исполнительное устройство, в том числе подавать напряжение сети на гнезда розетки.

Благодаря очень небольшим габаритам, которые соизмеримы с размерами спичечного коробка, основную плату предлагаемого устройства (рис. 1) можно встраивать в светильники и в другую бытовую технику, в охранные системы и в электронные замки со скрытым управлением. Есть, однако, универсальный вариант — дистанционно управляемая сетевая розетка (220 В), к которой можно подключить практически любое оборудование. Она собрана в корпусе обычного сетевого адаптера и имеет гнезда, в которые можно вставить сетевую вилку любого электроприбора. Максимальная дальность уверенного приема ИК сигналов — 6...7 м.
Благодаря заложенному в программу микроконтроллера алгоритму обработки сигналов управлять розеткой можно с помощью любого И К пульта независимо от заложенного в нем протокола передачи команд. Это может быть как двухфазная модуляция (протокол RC-5), так и кодирование путем изменения длительности ИК импульсов или пауз между ними.

Схема основного блока управляемой розетки представлена на рис. 2. Его главный элемент — восьмиразрядный микроконтроллер DD1, тактовая частота которого (4 МГц) задана кварцевым резонатором ZQ1. Цепь R3C3 при включении питания формирует импульс, устанавливающий микроконтроллер в исходное состояние. Из встроенных в него периферийных устройств программа использует сторожевой таймер и два восьмиразрядных таймера (ТО и Т1).
Приемник ИК сигналов В1 подключен к выводу 7 (РВ2) микроконтроллера. Резистор R2 — нагрузка выхода приемника, а элементы R1, С1, С2 — фильтр в цепи его питания.
Управление исполнительным реле, установленным вне рассматриваемого блока, производится логическим сигналом,  формируемым   на  выходе  РВ0 (выв. 5) микроконтроллера. При изменении уровня этого сигнала изменяется и цвет свечения светодиода HL2. Если уровень высокий, он красный, а если низкий — зеленый. Вместо двуцветного светодиода HL2 можно применить два одноцветных.
Кнопка SB1 — единственный орган управления розеткой. С ее помощью переходят в режим программирования, а также включают или выключают исполнительное устройство (реле) вручную.  Резистор R5 защищает линию порта РВ1 микроконтроллера от перегрузки, поскольку здесь она используется не только как вход, но и как выход Формируемым на ней сигналом высокого логического уровня включается (через усилитель на транзисторе VT1) светодиод HL1 синего цвета свечения. Это сигнализирует о приеме ИК сигнала, подтверждает, что нажатие на кнопку SB1 зафиксировано, а может означать, что устройство находится в режиме программирования. Всего предусмотрено два режима его работы: основной (прием и исполнение И команд) и программирование (запись в память образцов команд).
В режиме программирования задача сводится к тому, чтобы, начиная с первого появления низкого уровня на выходе ИК приемника, с максимальной точностью зафиксировать моменты изменения этого уровня и запомнить последовательность промежутков времени между ними. Информация о каждом из них занимает в памяти один байт, значение старшего разряда которого соответствует логическому уровню на входе РВ2 микроконтроллера, а семь младших занимает информация о длительности сохранения этого уровня Единица длительности — 32 мкс — это период запросов прерываний, поступающих от таймера Т1 микроконтроллера Максимальное значение, которое может быть зафиксировано. — 125 единиц (4 мс).
Всего может быть записано 255 байтов информации об интервалах времени в кодовой посылке. По окончании ее приема информация переписывается из статической в энергонезависимую память микроконтроллера, подменяя имевшуюся там ранее. Если в течение 12 с после перехода в режим программирования (этот интервал отсчитывает таймер ТО) изменений уровня на входе РВ2 не обнаружено, устройство возвращается в основной режим, не изменяя хранящуюся в энергонезависимой памяти информацию.
Чтобы запомнить команду, подаваемую нажатием на определенную кнопку конкретного пульта ДУ,  необходимо, прежде всего, перевести розетку в то состояние, в которое она должна переходить после приема этой команды. Для смены текущего состояния на противоположное достаточно кратковременно нажать на кнопку SB 1. На 0,5 с включится светодиод HL1, а светодиод HL2 сменит свой цвет на противоположный. Далее необходимо включить режим программирования, для чего вновь нажать на кнопку SB1 и удерживать ее нажатой не менее 6 с. Светодиод HL1 в это время будет мигать с частотой 2 Гц. Затем свечение станет непрерывным. Режим программирования установлен.
Теперь можно поднести пульт ДУ на расстояние 0,5... 1 м к ИК приемнику В1 и, направив его на чувствительную поверхность приемника, нажать на нужную кнопку. Менее чем за секунду будет выполнен анализ принятой команды и запись информации о ней в память микроконтроллера. В подтверждение этого светодиод HL1 трижды вспыхнет, а затем погаснет, сигнализируя о том, что розетка перешла в рабочий режим.
Чтобы запомнить вторую команду (на выключение розетки, если первая включала ее, или наоборот), необходимо повторить описанные выше действия еще раз. При желании обе команды можно задать одинаковыми, что позволит включать и выключать розетку, нажимая на пульте одну и ту же кнопку. Операции программирования команд необходимо выполнить при первом же включении изготовленного устройства в сеть. В дальнейшем их можно повторять по необходимости практически неограниченное число раз.
В основном (рабочем) режиме устройство находится большую часть времени. Программа микроконтроллера постоянно проверяет состояние входа РВ2. Как только уровень здесь становится низким, начинается анализ принимаемого кода, аналогичный выполняемому в режиме программирования. Отличие лишь в том, что сформированные в результате анализа байты немедленно сравниваются с соответствующими образцовыми. Они считаются одинаковыми, если замеренная продолжительность интервала, в течение которого уровень соответствовал образцовому и оставался неизменным, отличается от образцовой не более чем на 3 единицы (96 мкс). Иначе прием кода прерывается и начинается сначала.
Когда будет зафиксировано полное совпадение принятой команды с образцовой, программа выполнит ее, установив предписанный уровень на выходе РВО микроконтроллера. Светодиод HL1 вспыхнет три раза, а цвет свечения све-тодиода HL2 будет установлен в соответствии с командой. Приблизительно через секунду устройство готово принять новую команду.
Как упоминалось выше, кратковременными нажатиями на кнопку SB1 можно изменять уровень на выходе РВО микроконтроллера, не пользуясь пультом ДУ
При каждом изменении этого уровня {по команде или вручную) происходит перезапись образца команды, выполняющей противоположное действие, из EEPROM микроконтроллера в его ОЗУ. Это позволяет быстрее выполнять операции сравнения кодов во время приема команды, поскольку чтение байта из ОЗУ занимает значительно меньше времени, чем из EEPROM.
Чертеж печатной платы основного блока и расположения элементов на ней — на рис. 3.

Сетевой блок питания, построенный по схеме, изображенной на рис. 4, зарекомендовал себя достаточно надежным в работе и простым в изготовлении. Он построен по хорошо известной радиолюбителям схеме с гасящим конденсатором^). Напряжение   на выходе выпрямительного моста VD1 ограничено  до  24 В стабилитронами VD2 и VD3. Интегральный стабилизатор DA1  понижает это напряжение до 5 В, поступающее через разъем ХР5 на основной блок. При высоком уровне сигнала, поступающего с основного блока на контакт 2 этого разъема, транзистор VT1 открыт и напряжение 24 В подано на обмотку реле К1. Контакты К 1.1 замыкают цепь нагрузки.

Элементы VD5, R6-R8, предназначенные для контроля наличия сетевого напряжения, в рассматриваемом приборе не используются. Хотя на печатной плате блока питания, изображенной на рис. 5, место для них предусмотрено, эти элементы можно не устанавливать. Кроме того, четырехконтактный разъем ХР5 можно заменить трехконтактным.
Реле К1 с обмоткой на 24 В должно срабатывать при токе 20...30 мА. Его контакты рассчитаны на коммутацию тока, не меньшего, чем потребляют те электроприборы, которые предполагается подключать к розетке.

На фотоснимке рис. 6 управляемая розетка изображена в раскрытом виде. На установленные на плате блока питания плоские контакты ХР1—ХР4 надевают типовые наконечники, которыми оснащены провода, идущие к сети 220 В и к гнездам розетки. Поскольку мощность, рассеиваемая на каждом из стабилитронов VD2, VD3 блока питания, доходит до 0,5 Вт, в процессе работы они сильно нагреваются. Чтобы понизить температуру, к корпусам стабилитронов прижат небольшой ребристый теплоотвод (на фотоснимке он синего цвета), а к их соединенным выводам припаяна плоская спираль из хорошо проводящего тепло толстого медного провода.
Программа для микроконтроллера написана на языке ассемблера AVRASM и отлажена в среде AVR Studio 4.12. Текст программы и ее загрузочный код для микроконтроллера ATtiny85 находятся в приложенных к статье файлах IR_Switch_ FV.asm и IR.Switch_FV.hex. Можно без изменений в схеме использовать более распространенный  микроконтроллер ATtiny45. Он отличается от ATtiny85 лишь меньшим объемом памяти, и для него предназначены программные файлы IR_Switch.asm и IR_Switch.hex. Конфигурацию микроконтроллеров обоих типов устанавливают одинаковой: BODLEVEL=100, CKSEL=1011, SUT=11 (рис. 7). Различия параметров устройства при использовании этих микроконтроллеров представлены в табл. 1.

При первом же включении собранной дистанционно управляемой розетки в сеть в память ее микроконтроллера нужно записать, как описано выше, команды подключения и отключения нагрузки. В противном случае изделие будет работать, непредсказуемым образом реагируя на команды, подаваемые с разных пультов ДУ.  Полный список и некоторые характеристики пультов, с которыми проверена работа розетки, приведены в табл. 2.

Если основной блок установлен не в розетке, а внутри какого-либо другого электронного прибора, то требующееся для питания блока напряжение 5 В при токе 15 мА обычно легко найти там же В этом случае делать отдельный сетевой блок питания, подобный описанному в статье, не потребуется.

Радио 07 2010