|
|
|
|
|
| |
timestamp: 30.11.2009
На днях на 99% закончил "схему управления выключателями". Вчера обдумывал план изложения материала (той информации и размышлений, которые накопились у меня в голове в процессе изучения вопроса)
рисовал схемы.
Речь пойдет об "Общей Схеме Управления": что? как? зачем? Основная схема управления представляет собой набор "исполнительных узлов" ("выключателей", "защелок"),
которые коммутируют (включают или выключают) те или иные устройства в доме (лампочку в зале, ванной или на кухне, электрообогреватель в спальне, компрессор вентиляции комнаты и т.д.)
и схема управления включением/выключением этих "узлов".
|
| |
Исполнительный узел
Исполнительный узел - это небольшой блочек, отвечающий за включение того или иного потребителя.
Т.к. потребители у нас рассчитаны на работу от сети ~220В то такое напряжение опасновато подключать напрямую к управляющему узлу, да и сложно в плане распределения нагрузок (ведь у нас в чулане лампочка на 40 Ватт, а зале 3х100Ватт).
Поэтому такие вещи лучше коммутировать через реле.
Общая схема одного из исполнительных узлов показана ниже.
Схема простая до безобразия реле К1 (любое на напряжение 5..25В, способное коммутировать ~220В),
гасящий конденсатор С1 предназначен "гасит" образование искры в момент замыкания/размыкания реле.
Транзистор VT1 (КТ315Г) в режиме ключа, им управляет (через ограничивающий резистор R1) RS-триггер
DD1.1. Диод VD1 (любой импульсный) шунтирует реле для скорейшего и стабильного срабатывания.
Схема почти хрестоматийная. Разъем А1 подключается в разрыв цепи питания потребителя (вместо выключателя на стене допустим).
В нормальном состоянии на выходе триггера мы имеем -5В, через ограничивающий резистор это напряжение работает "запорным"
для транзистора VT1. После того как мы кратковременно подадим импульс отрицательной полярности (-5В) на вход №1 схемы
(на вход R триггера), триггер переключится, и на выходе триггера получим положительный потенциал (+5В), который и откроет транзистор.
В свою очередь транзистор включит реле К1. Все просто до безобразия! Если мы кратковременно подадим отрицательный импульс (-5В)
на вход схемы №2 (на вход S триггера), тем самым мы переключим триггер, на выходе которого получим отрицательное напряжение, которое
закроет транзистор и тем самым выключит реле. Выход схемы №3 служит для "считывания" состояния схемы. Если на выходе №3 присутствует
отрицательный потенциал (-5В) то схема "выключена", иначе - "включена". Это практически та же схема, которую я использовал в своем
"Первом опыте" умного дома . С тем лишь отличием, что вместо логической микросхемы введен триггер-переключатель.
Добавочный резистор R' вводят для того чтобы стабилизировать момент открытия транзистора (в том случае если положительного импульса,
исходящего из резистора будет не достаточно).
По деталям:
R1 - 1 кОм,
VT1 - КТ315Г,
VD1 - Д226Д,
C1 - 0,5 мкФ*300В,
DD1 - К555ТР2 (запись DD1.1 означает, что взят один из блоков (триггеров) этой микросхемы).
R' (при его необходимости) подбирают опытным путем, подбирая момент открытия транзистора в состоянии триггера "включено".
Микросхема К555ТР2 (она же 533ТР2, она же SN54LS279, она же SN74LS279) состоит из 4 RS-триггеров. Нумерация выводов каждого триггера приведена ниже.
К выводу микросхемы №16 подают напряжение +5В, к выводу №8 -5В.
например, вот ссылка на даташит этой микрухи:
http://kazus.ru/datasheets/34035/pdf-SN54LS279AJ.html
Входы 2-3, 11-12 соединяем попарно и используем как один вход S. В схеме исполнительного узла можно использовать любой из четырех триггеров.
|
| |
Общая схема
Общая схема состоит из 16 "Исполнительных узлов" + схема управления (включения/выключения) этих самых триггеров.
Для начала упрощенная (блок схема) схема.
(Сразу оговорюсь, схема задействована примерно на 20% и подразумевает сильное расширение (наращивание за счет доп. узлов) функционала).
Принцип работы схемы состоит в том, что шину данных LPT порта (8 бит) делим (условно) на две полосы (2 полуслова - 4 бит).
Одно полуслово у нас отвечает за выбор "исполнительного устройства", которому адресовано второе полуслово.
Для простоты понимания - будем именовать одно полуслово (4 проводника) шиной адреса, а второе - шиной данных.
На данной схеме у нас всего лишь 3 исполнительных коммутатора которые коммутируют те самые 2^4 = 16 исполнительных узлов.
Один исполнительный коммутатор К1 (в его роли дешифратор-демультиплексор К155ИД3) отвечает за включение того или иного "исполнительного узла".
Второй коммутатор К2 (тот же К155ИД3) отвечает за выключение узлов. Третий коммутатор К3 (в его роли мультиплексор К155КП1) отвечает за опрос состояния узлов (проверка включено/выключено).
За выбор того или иного коммутатора отвечает адресный дешифратор К0 (К155ИД3).
На шину адреса мы посылаем соответственно 0, 1 или 2 (0000, 0001, или 0010) для выбора одного из исполнительных коммутаторов.
Адресный дешифратор К0 согласно полученных данных включает К1, К2 или К3.
Причем при выборе первого (К1) или второго (К2) коммутатора также активизируется третий (К3) - для контроля над выполнением операции включения/выключения.
Третий же можно также включать независимо для проверки состояния того или иного исполнительного узла.
Я остановился на 16 "защелках" т.к. в среднестатистическом доме сложно представить, что найдется больше чем 16 выключателей, требующих автоматизации...
(Если есть необходимость подключить еще 16 "исполнительных узлов" то можно доукомплектовать схему по аналогии еще 3 исполнительными коммутаторами и исполнительными узлами
заняв еще 3 линии "адресного дешифратора", и таких расширений можно добавлять, пока не закончатся свободные выходы дешифратора адреса, а при необходимости задействовать доп. выходы LPT порта).
Общая более развернутая принципиальная схема выглядит следующим образом:
Справа внизу в углу отделено - это схема "Блока Питания" с раздельным питание для реле на "исполнительных узлах" и отдельно для питания управляющих микросхем.
При правильной сборке - схема работает сразу и в наладке не нуждается.
В качестве основных исполнительных элементов я взял микросхемы К155ИД3 - дешифратор/демультиплексор 4:16.
Это значит, что у этой микросхемы есть 4 линии входа (линии А1-A2-A4-А8, нумерация по степеням двойки 2^0 - 2^1 - 2^2 - 2^3) и 16 линий выходов (D0-D15). На входы подаем в двоичном виде код (от 0х0 до 0хF), а микросхема, на соответствующему этому коду выводе, "засветит" потенциал -5В.
Например, 0000 = 0х0 = вывод D0 (первая ножка микросхемы) или 1011 = 0хB = D11 (ножка №13).
Питание на микросхему подается на ножку №12 "-5В" на ножку №24 "+5В". Кому интересно более подробно - Вы знаете что делать - гугл ждет, кому лень - можем посмотреть хотя бы здесь:
http://www.chipinfo.ru/dsheets/ic/155/id3.html
Входы W0,W1 микросхемы (обычно соединяют вместе) разрешают "выход": если на этих выходах отсутствует потенциал "-5В", то не зависимо от состояния входов А1..А8 - не один из выходов D0-D15 не будет включен.
Такие выводы обычно присутствуют у всех сложных цифровых микросхем и на этом принципе построена схема управления, первичный "дешифратор адреса" (DD2) выбирает - какую из микросхем включить.
Роль "опрашивателя" состояния исполнительных узлов (мы же хотим знать включен ли узел) выполняет микросхема, задачи которой обратные, нежели у К155ИД3.
Это микросхема мультиплексор, в её роли К155КП1.
У этой микросхемы 16 входов состояния C0-C15, 4 адресных входа A1..A8, вход разрешающий работу микросхемы Е и один выход Q, индицирующий состояние той или иной линии С0-С15.
На адресные входы А0..А8 подается номер входа в двоичном виде (от 0х0 (0000) до 0хF (1111)), а микросхема согласно этому коду опрашивает один из входов С0...С15 и на выходе устанавливает (или сбрасывает) потенциал "-5В".
Диоды VD1-VD2 установлены в цепь выбора микросхемы DD5 для того чтобы при выборе DD2 или DD3 также включалась и DD5 - это позволит параллельно переключению того или иного "управляющего узла" отслеживать его состояние ("включился/выключился").
Так как микросхемы DD2-DD5 очень мощные (они могут запросто сжечь LPT порт) то для защиты порта введена буферная микросхема DD1, которая, кстати, привносит свой функционал в схему.
В качества буферной я взял К1533АП6, но подойдет любая другая буферная или двунаправленный регистр (что почти одно и тоже :)) ) или даже набор инверторов (например парочка-другая К155ЛН1). У этой микросхемы есть "входы" А0-А7 и "выходы" В0-В7.
Слова "входы" и "выходы" взяты в кавычки, т.к. эта микросхема двунаправленная, и, в зависимости от входа Е, определяется, в каком направлении будет происходить передача данных:
если на выходе Е отсутствует потенциал "-5В" то "информация" (состояние линий) будет передаваться от А0...А7 к В0...В7 соответственно. Если же на входе Е присутствует "-5В" то "информация" будет передаваться от В0..В7 к А0..А7 соответственно.
Если на входе С микросхемы отсутствует "-5В" то входы А.. и В.. изолированы и информация не будет передаваться, не зависимо от состояния входа Е.
Алгоритм работы схемы следующий: в порт LPT по смещению управляющих выводов (базовый адрес + 2) записываем значение равное 0 (0000), это активирует сигнал "-5В" на выходе порта №1.
Что разрешит передачу данных с линий данных LPT порта D0-D7 через микросхему с линий А0-А7 к выходам В0-В7 и далее на входы адресного дешифратора и в зависимости от состояния адресного дешифратора на вход
одной из микросхем DD3-DD5. В зависимости от поданного на эти микросхемы кода будет включен или выключен или опрошен тот или иной исполнительный узел. При опросе узла, его состояние следует считывать из "регистра состояния" LPT порта по первому смещению (базовый адрес + 1).
Состояние выбранного исполнительного узла будет соответствовать состоянию бита №3 (линии 0-1 зарезервированы, линия 2 - программный флаг прерывания,3 - линия error) в слове считанном из регистра состояния LPT порта.
Более подробно об алгоритме работы со схемой и программном коде в соответствующей статье.
Линии 18-15 порта соединяются вместе и подключаются к минусовому проводнику питания схемы.
В блоке питания применен трансформатор с двумя независимыми выходными обмотками на напряжение питания от 7 до 12 В. В принципе это значение весьма условно.
Напряжение питания микросхем (после диодного моста) выпрямляет КРЕН5, на выводе которой всегда +5В. Рекомендованное напряжение для работы этой микросхемы 9..12В.
Далее высокочастотные помехи фильтруются конденсатором С1, который соответствует 0,5 мкФ, а более низкочастотные скачки сглаживает фильтрующий конденсатор С2 номиналом в 1000-2000 мкФ (чем больше, тем лучше, но 2000 мкФ вполне достаточно).
Конденсаторы Са..Cn предназначены сглаживать скачки (помехи) возникающие в процессе переключения микросхем DD1-DD9. Эти конденсаторы номиналом в 22nF размещают равномерно по всей поверхности платы между "плюсовым" и "минусовым" проводником питания микросхем.
На такое количество микросхем желательно 2-3 конденсатора, при увеличении числа микросхем - число конденсаторов увеличивается.
Напряжение второй обмотки и зависит в первую очередь от рабочего напряжения реле. Так, например, если применять реле, засчитанные на работу от 5В, то напряжение обмотки должно соответствовать примерно 7В (+/- 1В, т.к. часть этого значения "съест" диодный мост).
Если же рабочее напряжение реле 12 вольт, то на выходе обмотки должно быть не меньше 14-15В. Высокочастотные помехи фильтрует С4 в 0,5 мкФ, а низкочастотные перепады С3 в 2000 мкФ.
Минусовые "проводники" обоих "линий питания" соединяются между собой (также к ним подключаются "общие" выводы LPT порта: 18-25) для осуществления гальванической связи.
|
| |
З.Ы.
На момент написания статьи приведенная выше схема была собрана в двух кусках - отдельно плата с немного не полным "набором" модулей исполнительных узлов (12 шт., М0..М11), и отдельно плата управления (микросхемы DD1-DD5). Плата с модулями исполнительных узлов успешно прошла "искусственную" проверку ("вручную" подавались сигналы на R/S входы триггеров), плата управления была подключена к LPT порту и также успешно прошла тестовую проверку (в качестве проверочных "инструментов" светодиод и китайский тестер :)) ). Схема блока питания также была собрана на отдельной платы и также успешно прошла апробацию тестером, как без нагрузки, так и с (с подключенной платой модулей исполнительных узлов). На момент написания статьи активно осуществляется поиск подходящего корпуса для размещения всех трех плат, с возможностью размещения в этом же корпусе (в будущем) дополнительных узлов автоматизации, а также с учетом эргономики, простоты использования (подключения исполнительных проводов) и обслуживания в будущем... О практической реализации описанной теории и дальнейшем практическом применения собранных узлов автоматизации в соответствующих статьях блога.
|
|
|
вы не можете добавлять комментарии к этому топику |
|
 |
сегодня просмотров:129
всего просмотров:27459 |
 |
|