РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОНИКИ

Сенсорный выключатель света с дистанционным управлением от любого пульта

Произведена разработка электроники для универсальных электронных устройств, которые используются в качестве настенного выключателя освещения с регулировкой мощности. Устройство имеет функцию защиты ламп (плавное включение), продлевающую срок их службы в несколько раз. Автоматически выключает "забытый" свет через 12 часов после включения или изменения мощности (яркости горения ламп). Помнит свое состояние и все настройки при пропадании напряжения ~220V. Управление осуществляется емкостным сенсором, расположенным под передней панелью, или любой, заранее "запомненной" выключателем, кнопкой любого пульта дистанционного управления от аудио- или видеоаппаратуры. Подобный подход дает более простое и удобное управление, чем обычное, широко используемое в выключателях с дистанционным управлением, а также позволяет иметь в одном помещении несколько таких выключателей и управлять каждым при помощи отдельной кнопки пульта. Полностью решается проблема ложных срабатываний при использовании игровых приставок с инфракрасными джойстиками, IrDA порта у компьютера, систем передачи звука по инфракрасному каналу и т.д. Также получается весьма неплохая кодовая защита от включения света каким-нибудь шалуном из соседнего дома.

 

 

Используется проверенная и высоконадежная схема с весьма малым количеством элементов. Никаких изменений внешнего вида выключателя, при установке в него управляющей схемы, не происходит. Сохраняется основание выключателя с распорками для крепления в стене. Дроссель фильтра подавления помех может быть как тороидальный (рекомендуется), так и стержневой. При этом изменения рисунка платы или переделки выключателя не потребуется. Предусмотрено подключение разъема для внутрисхемного программирования. Разработка печатной платы для этого электронного устройства выполнена с расчетом на установку в выключатель VI-KO. В нашей компании осуществляется разработка электронных устройств бытового назначения, включая разработку разнообразной электроники для системы "умный дом". Купить выключатели, собранные по этому проекту, в настоящее время нельзя - они не производятся и не продаются.

 

Функции электронного выключателя SHD2

 

1. Включение и выключение ламп.
2. Плавное регулирование выходной мощности (яркости горения ламп). Яркость ламп может регулироваться в пределах от 20% до 100% и может принимать 80 уровней мощности в указанных пределах. Время прибавления мощности от 20% до 100% или убавления от 100% до 20% - примерно 10 секунд. То есть регулировка плавная (в секунду происходит 8 изменений уровня мощности) и ступени изменения мощности почти не заметны для глаз при регулировке яркости свечения ламп.
3. Защита ламп (увеличение срока службы в несколько раз). Обеспечивается плавным разогревом нитей накала ламп при включении. Время разогрева – около 3-х секунд при поднятии мощности до 100%.
4. Управление устройством с любого пульта дистанционного управления. Для управления выключателем может быть назначена любая кнопка пульта. Она должна быть предварительно запомнена выключателем (см. инструкцию по эксплуатации ниже). С одного пульта может производиться управление несколькими выключателями подобного типа, расположенными в одном помещении. При этом нужно лишь каждому выключателю назначить свою кнопку на пульте дистанционного управления. Таким образом, каждый выключатель будет реагировать лишь на нажатие "своей" кнопки на пульте. Учитывая специфику протоколов передачи данных в различных системах, применяемых при дистанционном управлении, рекомендуется использовать пульты от телевизоров, как оптимально подходящие по своим характеристикам для работы с этим устройством. Подобный подход дает более простое, удобное и не имеющее недостатков управление, по сравнению с обычным, широко используемым в выключателях с дистанционным управлением (например, в выключателе фирмы "Телесистемы"), а также позволяет иметь в одном помещении несколько таких выключателей и управлять каждым при помощи отдельной кнопки пульта. Полностью решается проблема ложных срабатываний при использования игровых приставок с инфракрасными джойстиками, IrDA порта у компьютера, систем передачи звука по инфракрасному каналу и т.д. Также получается весьма неплохая кодовая защита от включения света каким-нибудь шалуном из соседнего дома.
5. Ручное управление включением и выключением ламп, регулировкой мощности (яркостью горения ламп). Используется емкостный сенсор, скрытый за передней крышкой выключателя, реагирующий на легкое касание руки к поверхности корпуса выключателя. При включении устройства будет установлен уровень мощности (яркости горения ламп), использовавшийся последним.
6. Звуковые сигналы подтверждения приема команд управления от пульта и подтверждения касания сенсора.
7. Световой индикатор (красный светодиод). Индицирует выключение ламп. То есть, светодиод зажигается на время, когда свет выключен, и таким образом облегчает поиск выключателя в темноте для ручного управления.
8. Автоматическое выключение ламп через 12 часов после последнего включения или изменения уровня мощности с пульта дистанционного управления или сенсора ручного управления.
9. Энергонезависимые настройки. При пропадании энергии в сети полностью сохраняется информация о том, включен был или выключен свет и какова была яркость горения ламп. То есть, при подаче энергии, выключатель автоматически установит тот режим, который использовался до пропадания энергии. Также при пропадании энергии сохраняется и настройка на определенную клавишу пульта дистанционного управления.

 

 

Сравнительная характеристика универсального сенсорного выключателя с дистанционным управлением

 

Поскольку все познается в сравнении, хочу привести отличительные особенности этого выключателя по сравнению с некоторыми другими подобными выключателями, производимыми разными фирмами.

 

1. Имеется плавная регулировка мощности (яркости горения) ламп.  
2. Имеется функция защиты ламп, увеличивающая срок службы ламп в несколько раз путем плавного их включения. Плавный разогрев нитей накала ламп происходит в течение 3 секунд. Это не только продлевает срок службы ламп, но еще и довольно эффектно выглядит.  
3. Подавление излучения радиопомех LC-фильтром дает возможность вашим радиоприемникам и телевизорам работать без помех.  
4. Возможно использовать любое количество выключателей в одном помещении с раздельным управлением каждым выключателем "своей" кнопкой пульта, код которой заносится вами в память каждого выключателя в специальном режиме запоминания кода. Большинство же выключателей других фирм реагирует на нажатие любой кнопки любого пульта. Это создает некоторые проблемы, рассматриваемые ниже.  
5. Звук подтверждения нажатия кнопки на пульте и звук подтверждения касания сенсора выводится не прерывая горения ламп. Некоторые выключатели при выводе звука кратковременно прерывают горение ламп, что отрицательно сказывается на долговечности ламп.  
6. Используется эффектный емкостный сенсор для ручного управления, клавиша выключателя установлена ровно и является неподвижной, отсутствие коммутируемых электрических контактов и подвижных частей увеличивает надежность и долговечность выключателя.  
7. Выключатель имеет светодиодный индикатор красного свечения, облегчающий поиск выключателя в темноте.  
8. Есть возможность без проблем использовать в помещении, где установлен выключатель, любые устройства, постоянно либо хаотически передающие информацию в ИК-диапазоне, например, инфракрасные джойстики игровых приставок, порт IrDA компьютера, беспроводные наушники, пульты управления аппаратурой и прочие устройства, так как выключатель будет реагировать только на нажатие одной конкретной кнопки вашего пульта, которую вы выберете.  
9. Запоминание текущего состояния выключателя при пропадании напряжения в сети. Запоминается установленный вами уровень яркости, а также включен или выключен был свет до пропадания электроэнергии в сети. Выключатели, не имеющие этой функции, выключают горящий свет при каждом кратковременном пропадании энергии или при понижении напряжения в сети, что в некоторых районах случается весьма часто.  
10. Полноценная и весьма надежная схема питания выключателя с хорошим подавлением сетевых помех.
11. Обеспечивается кодовая защита от несанкционированного управления светом через оконное стекло путем реагирования только на код определенной клавиши конкретного пульта, записанный вами в память выключателя. Иначе было бы вполне возможно управлять вашим выключателем из соседнего дома, направив мощный пульт или другой источник ИК-излучения в сторону Вашего окна.  
12. Возможность установки в непосредственной близости от аудио- или видеоаппаратуры. Выключатели, реагирующие на нажатие любой кнопки любого пульта, не могут быть установлены рядом с телевизором или другой аппаратурой из-за ложных срабатываний при управлении, к примеру, телевизором или музыкальным центром при помощи пульта.  
13. Включение или выключение света одним нажатием кнопки пульта дистанционного управления. Выключатели, реагирующие на нажатие любой кнопки любого пульта, требуют двух последовательных нажатий кнопки с небольшой паузой, что не слишком-то удобно при эксплуатации. 

 

 

Принципиальная схема сенсорного выключателя с дистанционным управлением от любого пульта

 

 

На схеме не показано подключение разъема для внутрисхемного программирования (для улучшения читаемости схемы), но он имеется на разработанной печатной плате. Схема не нуждается в какой-либо наладке или настройке и начинает работать сразу после корректной сборки из заведомо исправных деталей. Разработка электроники выполнена с применением микроконтроллера PIC16F628-04I/SO. Выбор обусловлен наличием внутренней EEPROM-памяти данных с энергонезависимым хранением информации, низкой ценой, малыми габаритами, низким потреблением тока, встроенной схемой запуска и встроенной системой BOR (BOD), полностью избавляющей устройство от "зависаний" и сбоев в работе программы при помехах по питанию. В качестве приемника ИК-сигнала используется TSOP1736, обладающий высокой чувствительностью, высокой помехозащищенностью и малыми габаритами с учетом его функциональности. В качестве излучателя звука используется малогабаритный пьезоизлучатель HPA-17A, обладающий малыми габаритами, достаточной громкостью и низким потреблением тока. Стабилитрон 1N4734 имеет напряжение стабилизации 5,6V. В схеме может быть использован любой малогабаритный светодиод красного свечения повышенной яркости. Внешний вид и размещение мощного дросселя можно рассмотреть в центре фотографии, размещенной справа.

 

Инструкция по эксплуатации сенсорного выключателя с дистанционным управлением от любого пульта ДУ аудио- или видео-аппаратуры

 

После подачи электроэнергии (примерно через 5 сек.) устройство переходит в рабочий режим и готово принимать команды от пульта дистанционного управления (если предварительно была произведена настойка на конкретную клавишу пульта) или сенсора ручного управления. Переход сопровождается звуковым сигналом. До истечения этого срока нельзя подносить руку к выключателю, так как в это время происходит цифровая настройка сенсора. В противном случае, после перехода в рабочий режим, выключатель может работать нестабильно. Для восстановления нормального режима работы необходимо отключить электроэнергию в квартире и через 5 сек. включить её снова, не поднося руку к выключателю. При монтаже выключателя следует отключить электроэнергию, полностью установить выключатель, установить клавишу и только после этого подать электроэнергию в сеть.

 

Кратковременное касание сенсора позволяет включать и выключать лампы. В случае касания и удержания руки, когда лампы включены, будет происходить увеличение мощности, сопровождающееся звуковыми сигналами, до тех пор, пока не снята рука или пока не будет достигнута максимальная мощность. В случае касания и удержания руки, когда нагрузка выключена, произойдет плавное включение света, а затем будет происходить уменьшение мощности, сопровождающееся звуковыми сигналами, до тех пор, пока не снята рука или не будет достигнута минимальная мощность. Таким образом, если свет включен, уменьшение мощности можно получить, кратковременно коснувшись сенсора, убрав руку (лампа погаснет) и снова коснувшись сенсора (после погасания лампы) и затем удерживая руку. Аналогичным образом происходит управление светом с пульта. Через 12 часов после включения или регулирования мощности ламп, они автоматически выключаются.

 

Выключатель имеет функцию защиты ламп от "перегорания" в момент включения. Эта функция значительно (в несколько раз) продлевает срок эксплуатации ламп. Защита обеспечивается плавным разогревом нитей накала ламп при включении света.

 

Запоминание (в памяти выключателя) нового кода управляющей клавиши пульта производится следующим образом. Используя сенсор ручного управления, необходимо убавить яркость ламп до минимального значения, затем следует продолжать удерживать руку на сенсоре еще в течение 12 секунд до появления длинного прерывистого звукового сигнала. После этого можно отойти на 1-2 метра от выключателя и, направив пульт на выключатель, нажать нужную клавишу пульта на 2 секунды. После этого, в случае успешной записи, будет слышен один короткий звуковой сигнал, и выключатель перейдет в нормальный режим работы. Если клавиша на пульте не будет нажата в течение 10 секунд, появится длинный прерывистый звуковой сигнал, выключатель перейдет в нормальный режим работы, и будет продолжено использование ранее запомненного кода.

 

Информация для производителя сенсорного выключателя: программирование микроконтроллера, служебные настройки

 

Никаких изменений внешнего вида выключателя, при установке в него управляющей схемы, не происходит. Сохраняется пластмассовое основание с распорками для крепления выключателя в стене. Выключатель имеет возможность внутрисхемного программирования и изменения статуса устройства (разрешение или запрещение на регулировку мощности). Информация записывается в EEPROM память контроллера и может быть изменена впоследствии. В этой же памяти хранится и некоторая служебная информация. Для записи и чтения этих данных можно использовать любой стандартный программатор. Ниже (в таблице) показано распределение памяти:

 

00h: DEVICE_STATUS - Регистр имеет битовую конфигурацию. Установка D0 разрешает регулировку мощности. Сброс D0 — запрещает. Остальные биты D1-D7 зарезервированы и могут находиться в любом состоянии.

 

01h: POWER_STATUS - При программировании должен быть сброшен в 00h или установлен в FFh. Другие значения недопустимы и приведут к некорректной работе устройства. Используется контроллером для запоминания включения или выключения нагрузки. Включенная нагрузка — FFH, выключенная — 00H. Другие значения недопустимы.

 

02h: POWER_DEFAULT - При программировании должен быть сброшен в 00H. Используется контроллером для запоминания текущей мощности нагрузки.

 

03h-07h: Зарезервировано

 

08h-5Ch: KEY_CODE_ARRAY - Запись кода клавиши пульта ДУ. При программировании, если есть необходимость, можно сразу заносить в эту область код нужной клавиши пульта ДУ, предварительно считав его с работающего выключателя.

 

При программировании допустимо все указанные в таблице байты оставить чистыми (без изменения). В этом случае они будут иметь значение FFh.

 

Функциональные особенности устройства «Cенсорный выключатель с дистанционным управлением от любого пульта ДУ»

 

1. Запоминаются команды от клавиш пультов дистанционного управления, осуществляющих передачу команд по IR-каналу (инфракрасный спектр излучения). Коды некоторых типов пультов отдельных производителей не могут быть прочитаны и запомнены выключателем, но такая ситуация возникает довольно редко. Если, к примеру, прочитать инструкцию на универсальный пульт Philips SBC880RU/00, то в ней можно также встретить разъяснение о том, что коды некоторых типов пультов не могут быть скопированы.
2. Имеется возможность внутрисхемного программирования управляющего микроконтроллера PIC16F628 для загрузки программы после сборки выключателя и для обновления версии программы в случае необходимости. Микроконтроллер имеет аппаратную защиту от считывания кода программы.
3. Устройство может встраиваться в корпус стандартного выключателя для скрытой проводки без изменения внешнего вида выключателя.

 

Файлы проекта, которые можно приобрести для организации серийного или штучного производства этих выключателей

 

Принципиальная схема устройства в формате PCAD 2001 (2002). Файл печатной платы (PCB) в формате PCAD 2001 (2002) под выключатель VI-KO. Файл программного кода для микроконтроллера и файл исходного текста программы на ассемблере. Описание, инструкция по эксплуатации и перечень используемых деталей (спецификация).

 

Проект N13. Разработка электронных устройств (универсальных сенсорных выключателей освещения) выполнена Александром Петровичем Протопоповым (г. Москва). Сайт разработчика: https://razrabotka.pro.