Здравствуйте друзья! Сегодня я хочу рассказать вам об одной интересной разработке системы дистанционного управления освещением.
Современный дом состоит из огромного количества проводов; чтобы как-то сократить и систематизировать их количество, на помощь приходит радио.
На самом деле такая система не нова, но с учетом ограниченного бюджета полностью себя оправдала.
Забегая вперед, хотелось бы сразу показать функциональную схему системы управления.
Рис.
1 Кому интересно, смотрите кат. Логичный вопрос: зачем все это нужно? Использование беспроводной системы управления светом дает:
- Уменьшение количества проводов, идущих от каждого выключателя к распределительной коробке в помещении.
- Возможность реализации проходных выключателей.
- Гибкость управления любой нагрузкой от любого выключателя, а также использование нормально замкнутых и нормально разомкнутых кнопок.
- Возможность реализации любых задержек на включение/выключение.
Дело в том, что в двухэтажном коттедже площадью 208 квадратных метров необходимо управлять включением/выключением внутреннего освещения, система должна быть запитана напряжением 220В и включать 21-23 штуки.
нагрузки (лампы) мощностью не более 200Вт. На момент первого осмотра объекта все выглядело так 
Рис.
2. Основная часть коммуникаций прокладывается в полу, затем все заливается бетонной стяжкой.
Рис.
3. Место для установки распределительного шкафа на втором этаже.
Настоятельная рекомендация заключалась в том, чтобы использовать как можно меньше проводов.
В идеале только те, которые уже установлены в полу, стенах и потолке, идут от места расположения распределительного щита к каждой лампочке.
Из-за электромагнитной совместимости всех устройств в доме не рекомендовалось использовать обычный wi-fi, т.к.
таких устройств бесчисленное множество и у заказчика в голове пунктик на этот счет: что устройства в доме начнут жить собственная жизнь и включенная мультиварка повлияет на свет в ванной или туалете.
Первое, что я сделал, это набросал блок-схему того, как я представляю себе решение этой проблемы.
Этот вариант показан на Рис_4. 
Рис.
4. Функциональная схема управления освещением.
За основу был взят радиомодуль CC2530 от Texas Instruments, который поддерживает технологию ZiegBee и достаточно легко программируется на C++ с помощью IAR-studio 5.5. Прямое переключение нагрузок осуществляется с помощью релейных модулей WB-MR6 (wirenboard).
Я выбрал этот элемент потому, что в компактном корпусе на DIN-рейке установлены шесть реле с независимыми каналами управления на 16А, учтены все особенности коммутации силовых нагрузок общего назначения, в том числе ч.
с высокими пусковыми токами: управление светодиодными лампами, лампами накаливания, импульсными источниками питания.
Плюс каждый контакт реле защищен от перенапряжения варистором.
Потребовалось установить шесть таких модулей, чтобы легко управлять заданным количеством нагрузок.
Все WB-MR6 подключены через интерфейс ModBus в единую сеть.
Каждый релейный модуль имеет адрес, соответствующий схеме подключения, и вся эта система с входными блоками, предохранителями и автоматическими выключателями достаточно плотно смонтирована в двух распределительных шкафах ЩМП2-1 500х400х150. Для компактного размещения 46 входных кабелей 3х1,5 (одножильные медные) пришлось изменить традиционное положение дин-рейки на вертикальное.
Рис.
5. Распределительный щит с размещением приборов управления освещением.
Следует отметить, что невероятно полезной особенностью WB-MR6 была возможность управлять релейными выходами путем простого подключения нормально разомкнутых кнопок к нижней клеммной колодке; для схемы временного подключения это то, что нужно.
Т.
К.
Управление ModBus появилось примерно через пять месяцев, после сборки и установки распределительных щитов.
За это время все кабели, идущие к каждой нагрузке, были полностью проверены и пронумерованы.
И была составлена подробная схема включения, с логикой управления выключателем - лампочкой на Рис_6. 
Рис.
6. Схема управления освещением и размещением нагрузок и модулей опроса.
По поводу обзорных модулей могу сказать следующее: функциональная схема, представленная на рис.
7, оказалась вполне работоспособной.
Переделывать практически ничего не пришлось; Радиочастотный модуль CC2530 позволяет назначать любые входы любым выходам.
Единственное исключение - UART (pin20-Tx, pin21-Rx).
Большую часть списка элементов купил на Али.
Печатные платы были заказаны в Резоните.
Я спаял все двадцать штук вручную, но это было тяжело, ушла неделя, не сразу все получилось, надо.
Зато я получил бесценный опыт установки SMD компонентов.
Рис.
7. Функциональная схема модуля опроса кнопок Процесс отладки системы и приведения ее в полностью работоспособное состояние занял чуть больше трех месяцев.
Первыми шагами после сборки платы Pic_8, проверки питания и подключения к программатору было написание программы опроса кнопок и формирования команд управления релейными модулями WB-MR6 по шине ModBus. 
Рис.
8. Модуль опроса кнопок Это оказалось довольно быстро и легко.
Один модуль опроса кнопок подключен к одному релейному модулю через RS485 без сетевого интерфейса.
Мы сразу смогли применить успех, достигнутый на объекте Рис_9; Заранее проложили витую пару UTP от кнопок, расположенных в спальне.
Я не стал слишком заморачиваться с подключением модулей; очень помогают самоклеящиеся подушечки и пластиковые зажимы.
Рис.
9. Крепление модулей опроса кнопок.
Далее я программно добавил к каждому модулю адрес, который задавался с помощью DIP-переключателя, и соответствующую карту для переключения режима работы master/slave и передачи команд по радио.
Шаг вперед был серьёзным и поэтому было много сложностей при отладке.
Самое серьезное – это передача информации о нажатой кнопке на мастер-модуль, подключенный к шине Modbus; как только был активирован протокол передачи данных zig-bee, все оказалось гораздо сложнее.
Для тех, кто дочитал до этого места, могу сказать, что проблема была в том, что таймеры в ядре процессора работали непредсказуемо; точнее, в компиляторе IAR нужно постоянно указывать его настройки при вызове процедуры отсчета времени.
Чтобы найти способ решения этой проблемы, были добавлены функции мониторинга и контроля данных, передаваемых по радио.
Управление нажатием кнопки в сервисном режиме мгновенно отображалось в гипертерминале компьютера, подключенного через переходник RS485-USB к модулю опроса.
Еще одной серьезной проблемой при организации сети управления освещением была недостаточная дальность действия радиоинтерфейса.
Более-менее уверенно все переключалось только в пределах стола, на котором собирался макет. Это следствие особенности энергосберегающего режима CC2530; по умолчанию у него включена функция снижения мощности излучения после формирования ссылки, не знаю зачем это сделано, но это выяснилось через jtag в режиме пошаговой отладки.
После отключения этого режима сеть стала работать только в пределах одного этажа коттеджа; фактически команды на включение/выключение света обрабатывались сервером только с модулей опроса, расположенных в радиусе 12-14 м.
При условии, что не будет стен.
Для решения этой проблемы мы выбрали путь замены модуля CC2530 с планарной антенной на модуль с внешней антенной (с разъемом IPEX), тем более что нам очень удачно удалось купить три модуля в составе E18-MSI-IPX. версия плюс антенна и кабель в одном из питерских интернет-магазинов.
Все это было быстро спаяно, изготовлены уголки для крепления антенн и прикручены к пластинам-переходникам Рис_10. 
Рис.
10. Использование внешней антенны Результат этого апгрейда меня весьма озадачил – ведь дальность совершенно не изменилась, я бы даже сказал, что немного уменьшилась.
Я начал искать выход из этой ситуации в оптимизации алгоритмов программы; первоначальные настройки CC2530 пришлось перечитать целую кучу даташитов и форумов на эту тему.
Целью было заставить каждый модуль в сети работать как репитер, тем более что эта функция включена по умолчанию и поддерживается любым устройством, работающим по протоколу Zig-Bee. Но в моем случае это было не очевидно.
В итоге я решил ввести в систему дополнительный модуль, который бы имел уникальную прошивку, активируемую поднятием только pin_6 на дип-переключателе.
Он должен был находиться на потолке первого этажа и просто транслировать полученные команды, т.е.
быть усилителем сигнала.
Скажу сразу, это было тупиковое направление.
Но в ходе реализации этой идеи я чисто случайно измерил параметры «черной» антенны, которая продавалась мне в интернет-магазине вместе с CC2530 и кабелем.
Сетевой анализатор показал КСВ 1,9 на частоте 2,4 ГГц - комментарии не нужны, антенну надо делать свою.
Запрос в поисковик сразу возвращает правильный ответ, антенну «Клевер» и подробную инструкцию по изготовлению.
Рис.
11. Антенна и устройство для ее изготовления.
Буквально вечером я сделал три таких антенны и проверил их КСВ не хуже 1,2. По остальным характеристикам, диаграмме направленности и усилению ничего сказать не могу.
Но дело в том, что дальность уверенного приема и отправки команд увеличилась вдвое.
Рис_12 
Рис.
12.Измерение параметров антенны В результате нам удалось добиться нормального приема сигнала сервера на всех 12 модулях опроса, установленных в коттедже.
Что.
Требования технического задания были полностью выполнены в срок; Я почти уложился в сроки.
Заказчик доволен.
Теги: #Умный дом #управление освещением #приложение ZigBee
-
Пратьекабудда
19 Oct, 24 -
Барий
19 Oct, 24 -
Гуджараты
19 Oct, 24 -
Пишем Автотесты Эффективно - Подкожные Тесты
19 Oct, 24 -
Как Я Искал Работу Во Время Карантина
19 Oct, 24 -
Тишина
19 Oct, 24
