Контроллер бытовой: Программируемый логический контроллер для бытовой автоматики часть 1
Программируемый логический контроллер для бытовой автоматики часть 1
В статье рассмотрено построение программируемого логического контроллера для систем бытовой автоматики с элементами профессионального устройства. Контроллер собран на основе микроконтроллера ATmega, имеет модульную расширяемую структуру и подходит для большинства бытовых задач управления. Устройство выполнено в форм-факторе промышленного программируемого логического контроллера с монтажом на DIN-рейку. Отличительная особенность контроллера – для устройства разработаны односторонние платы с размерами дорожек, обеспечивающими возможность их лёгкого изготовления в домашних условиях, все элементы устройства – выводные.
В последнее время интерес к различным устройствам бытовой автоматики неуклонно растёт, и выбор различных “умных” розеток, ламп, выключателей и пр. огромен. У всех этих устройств есть общий недостаток: системы, которые в результате получаются, делают не то, что “хочется”, а то, что они умеют и как они умеют. А это устраивает не всегда. В журналах, Интернете, литературе рассматривается множество устройств, прекрасно решающих локальные задачи, но вопрос интеграции этих устройств в единый комплекс не всегда прозрачен.
Задача бытовой автоматизации на самом деле не такая уж и сложная, и при правильном подходе куда проще (а часто и дешевле) сделать свою систему управления, нежели пытаться настроить существующие компоненты. Но чтобы это было именно так, все компоненты системы должны быть правильно спроектированы, чтобы каждый раз не приходилось изобретать блок управления заново. Такие “универсальные” устройства хорошо известны, они называются программируемыми логическими контроллерами, сокращённо ПЛК. И всегда именно ПЛК являются основой автоматизации: это исполнительная система процесса управления, верхнеуровневые системы меняются, а ПЛК остаются.
Итак, проектируем систему управления и ПЛК для бытовых задач. Рассмотрим несколько уровней дизайна: концептуальный, аппаратный, программный. Если вдумчиво подойти к каждому из уровней, то и результат будет радовать.
Концептуальный дизайн. Прежде всего, ограничим задачу по всем параметрам и сформируем образ будущего устройства. Основной вопрос – применение. В быту типичными задачами являются управление нагрузкой, подключённой к сети 230 В, освещением, локальными исполнительными устройствами. Управляющие сигналы – от различных кнопок (проводных, беспроводных, выключателей, переключателей и пр.) и внешние сигналы “текущего состояния”, например, температура, уровень освещённости, режимы охранных сигнализаций, сигналы от датчиков движения и т. д. Будем для простоты считать, что все соединения проводные. На самом деле, это не такое сильное ограничение, как кажется на первый взгляд.
Исходя из вышесказанного, устройство должно устанавливаться в стандартный силовой коммуникационный щит, иметь силовые ключи, коммутирующие переменное напряжение 230 В, уметь обрабатывать внешние дискретные сигналы и иметь возможность расширения для относительно редких специфических задач. Ну и, конечно, иметь стандартный коммуникационный интерфейс для возможной связи с “головной” системой “умного дома”.
Кроме этого, необходимо помнить, что наше устройство должно быть построено на распространённой элементной базе, быть простым в программировании и настройке, ремонтопригодным (что очень важно, поскольку у вас не будет гарантии с заменой в 24 ч), стойким к внешним разрушающим воздействиям – умеренной влажности, пыли, перепадам температуры и пр.
Аппаратный дизайн. Архитектура ПЛК становится более или менее понятной. Рассмотрим элементы по отдельности. Далее будут появляться различные стандартные специальные термины, предполагается, что читатель самостоятельно посмотрит, что это такое.
Управление нагрузкой – ключевой вопрос для ПЛК. Грубая оценка предельного тока для стандартных плат с толщиной фольги 18 мкм – приблизительно 2 А при ширине дорожки 2 мм.
Качество фольги часто оставляет желать лучшего, поэтому следует перестраховаться. Считая нагрузку (например, по освещению) в среднем 50 Вт на канал, примем оптимальным управление восемью устройствами по одной силовой линии. Принимая во внимание стандартные размеры клеммников (шаг 5,25 мм), можно считать размер в семь-восемь модулей оптимальным – обеспечивается управление восемью устройствами по двум линиям или шестнадцатью по одной. Этот габарит и возьмём за основу.
Что касается управляющих входов, то стандартов весьма много, но исходя из вышесказанного, обычный контакт на замыкание решает 80, если не 95 % задач. С учётом того, что сигнал напряжением, скажем, +24 В легко превращается в “замыкание” оптроном (или даже транзистором) с резистором.
Оставшиеся проценты отражают потребность в специфических сигналах, что тоже надо учесть.
Стандартный промышленный ПЛК, кроме блока ввода/вывода, содержит процессорный блок, определяющий логику работы устройства, индикацию состояния выходов, коммуникационный интерфейс для связи с внешними устройствами и программирования. Это необходимый минимальный набор.
Учитывая, что ПЛК монтируется в бокс, ставить символьные индикаторы не имеет большого смысла, достаточно простого набора светодиодов. И программировать легче, и информативность достаточная. Коммуникационный интерфейс выберем последовательный RS-232. Он, во-первых, является наиболее распространённым, во-вторых, имеется огромное число преобразователей в USB, передачи по силовым линиям, шлюзы RS-232- Ethernet и т. д. Светодиодную индикацию имеет смысл сразу делать “расширяемую”, т. е. выводить её на расширитель или на специализированную микросхему или модуль.
Чтобы обеспечить универсальность, модульность и расширяемость, разделим физически блоки управления и силовых коммутаторов (и прочих “опционных” элементов) и заложим возможность соединять устройства между собой в единый комплекс. Межплатную коммуникацию разумно построить на стандартной шине, как минимум из соображений минимизации соединений. Учитывая два фактора: относительно небольшое требуемое быстродействие (миллисекунды) и доступность различных расширителей и прочих устройств, выберем протокол I2C (другое название TWI), сократив межблочный шлейф до четырёх проводов.
Таким образом, сформировался структурный дизайн ПЛК, который и примем за основу. К описанному добавим системный программно управляемый индикатор, кнопку, функциональность которой определяется программно, внешние интерфейсы SPI и 1 – wire.
В силу распространённости и наличия “на борту” всех необходимых интерфейсов в качестве базового выберем микроконтроллер семейства ATmega168, работающий на частоте 16 МГц. Это не предельные показатели, и объём памяти, и частота могут быть увеличены, но для поставленной задачи этого должно вполне хватить. ПЛК собран на двух платах: управления и исполнительной.
Схема платы управления приведена на рис. 1. Управляющий микроконтроллер DD1 обеспечивает работу шины I2C через стандартный интерфейс. Коммуникационный разъём ХР1 содержит выводы интерфейса SPI, который может быть использован для ISP-программирования, последовательный коммуникационный интерфейс подключён через микросхему преобразователя уровней dD2. Блок индикации собран на регистрах DD3, DD4 с последовательным вводом. Разъёмы XP3 и XS1 предназначены для соединения нескольких устройств друг с другом через контактные пластины.
Рис. 1. Схема платы управления
Модуль управления собран на плате из фольгированного c одной стороны стеклотекстолита размерами 132×50 мм (рис. 2). Индикаторные светодиоды устанавливают на стойки высотой 4 мм, все микросхемы запаяны непосредственно в печатную плату (рис. 3). Разъёмы XP3 и XS1 – USB типа A. Применены светодиоды диаметром 3 мм: HL1 – зелёного, HL2, HL3, HL5 – синего, HL4, HL6-HL21 – красного свечения.
Рис. 2. Чертёж печатной платы
Рис. 3. Индикаторные светодиоды на плате
К контактным площадкам разъёма ХР2 припаивают шлейф для соединения с платой силовых ключей и дополнительных устройств. В зависимости от конфигурации силовой платы могут быть установлены не все индикаторные светодиоды, если устройство работает отдельно или нет необходимости взаимодействия между устройствами, то межмодульные разъёмы XP3 и XS1 и связанные с ними цепи также можно не монтировать.
Ещё один нюанс относительно коммуникационного интерфейса. Если предполагается использование головного блока, скажем, на основе Raspberry PI (для них есть корпуса с монтажом на DIN-рейку), логично сделать связь через UART-контакты GPIO разъёма, а не через преобразователь RS-232-USB. В этом случае преобразователь уровней DD2 и конденсаторы C5-C8 не устанавливают, вместо микросхемы запаивают перемычку на входной сигнал (между выводами 8 и 9 микросхемы DD2), на выходной устанавливают делитель из резисторов сопротивлением 1 кОм (в отверстия для выводов 7 и 10 микросхемы DD2) и 2 кОм (между выводами 7 и 15 микросхемы DD2), что обеспечит сдвиг уровня сигнала до совместимого с Raspberry PI уровнем. Аналогично и для других микрокомпьютеров (Orange PI, например) и некоторых шлюзов UART-Ethernet.
Поскольку AVR-ISP-разъём выведен на внешний разъём, микроконтроллер может быть запрограммирован после сборки платы.
Модуль управления имеет большой потенциал по расширению узла индикации добавлением дополнительных регистров или применением специализированной микросхемы TM1637. Но при этом потребуется переделать печатную плату. Как показал личный опыт, шестнадцать каналов на устройство – оптимальный вариант.
Теперь рассмотрим исполнительный модуль, который управляет нагрузкой. Сформулируем задачу так: нужна система управления освещением в доме с встроенным режимом имитации присутствия. Считаем число управляемых светильников равным восьми. Из дополнительных устройств для решения поставленной задачи нужны ПЗУ для хранения программ “присутствия” и часы реального времени (ЧРВ). Оба устройства есть в виде стандартных микросхем с интерфейсом I2C: ПЗУ серии 24LC*** и вариации микросхемы DS1307. Их и используем. Управлять нагрузкой будем через симисторные ключи, питание сделаем от сети 230 В, чтобы не вводить внешний источник питания.
Пример схемы исполнительной платы, отвечающей вышеприведённым параметрам, показан на рис. 4. В качестве расширителей применены микросхемы PCF8574R предусмотрены двенадцать входов для выключателей освещения (В1-В12) и три внешних слаботочных выхода для управления внешними устройствами, два выхода собраны по схеме с открытым коллектором (ОС1, ОС2), один – с опторазвязкой (ОО1). Например, при включении освещения в прихожей можно подать команду на голосовое приветствие.
Рис. 4. Пример схемы исполнительной платы
Силовые ключи выполнены по стандартной схеме с оптосимисторами, выходы с открытым коллектором (VT2, VT4) включены через дополнительные транзисторы (VT1, VT3) структуры p-n-p в связи с тем, что ключи имеют выход с “рабочим” низким уровнем, и транзистор выполняет функцию инвертора. Входы минимально защищены от наводок RC-цепочкой (R61C11 и т.д.) и резистором, подключённым к линии питания +5 В. По опыту такой защиты в бытовой сети вполне достаточно при прокладке сигнальных проводов от выключателей в одном шлейфе с силовыми. Если этого кажется недостаточным, параллельно конденсатору можно подключить стабилитрон с напряжением стабилизации 4,7 В, а резистор заменить на термистор с положительным температурным коэффициентом (PTC) номиналом 100 Ом.
Исполнительный модуль собран на отдельной плате из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита размерами 132×83 мм, чертёж которой приведён на рис. 5. Монтаж платы особенностей не имеет, кварцевый резонатор ЧРВ ZQ1 необходимо вать перемычкой из неизолированного провода, которую впаивают в предназначенные для этого отверстия на плате. В авторском варианте на месте резисторов R17-R20, R21-R24 и R25- R28 применены резисторные сборки из четырёх резисторов. Но можно использовать и обычные выводные, одни выводы резисторов впаивают в соответст-вующие отверстия в плате, вторые выводы резисторов соединяют и подключают к линии +5 В – это крайние левые отверстия, имеющие квадратные площадки. Симисторы можно применить практически любые требуемой мощности на напряжение 600 В, расширители могут быть использованы с суффиксом A, но следует учесть, что у них код устройства свой, отличный от PCF8574. Резисторы желательно использовать мощностью рассеяния 0,125 Вт, кроме резисторов в цепях обвязки оптосимис-торов, там мощность должна быть не менее 0,25 Вт. Разъём XP1 на управляющей плате – BH-10, XP1 на исполнительной плате – XH-4M, для них продаются готовые четырёхпроводные шлейфы с разъёмом XH-4F.
Элемент питания G1 – CR2032 установлен в держатель KLS5-CR2032-04. Терморезистор RK1 – NTC 10D-7. Клеммники силовые – винтовые с шагом 5,08 мм, например МВ312-508Ь02, сигнальные – серии DG141R с шагом 2,54 мм. Собранная плата показана на рис. 6.
Рис. 5. Чертёж печатной платы исполнительного модуля
Рис. 6. Собранная плата
Обратите внимание, что номера одноимённых контактов разъёмов ХР2 на плате управления и ХР1 на исполнительной плате различаются.
Устройство рассчитано на монтаж в корпус CK104S (http://korpusa.biz/ catalog/item/263/), в котором вырезают отверстия для светодиодов на лицевой и боковых панелях. Корпус выполнен так, что допускает наклейку декоративных пластиковых шильдов на лицевую сторону и панели входов/выходов. Наклейки могут, кроме прочего, маскировать отверстия под неиспользуемые индикаторные светодиоды. Расположение плат в корпусе показано на рис. 7, а собранное устройство – на рис. 8.
Рис. 7. Расположение плат в корпусе
Рис. 8. Внешний вид устройства
Исходя из простейшего варианта, что программирование будет вестись в рамках логики работы микроконтроллера AVR, у разработчика имеется богатый арсенал ресурсов: 16 Кбайт программной flash-пямяти, 2048×8 бит внутренней оперативной памяти (SRAM), 512 байт памяти EEPROM, два таймера 8 и 8/16 разрядов, внутренние и внешние прерывания, watchdog-таймер, внутрисхемное программирование (AVR-ISP-порт), доступ к памяти загрузчика (bootloader).
На лицевой стороне устройства расположен и многофункциональный разъём ХР1, назначение выводов которого показано на рис. 1. К разъёму можно подключать внешние устройства с суммарным током потребления до 500 мА.
Продолжение следует
Автор: И. Решетников, г. Видное Московской обл.
Ошибка 404: страница не найдена
– Воспользуйтесь главным меню или поиском;
– Нажмите «Назад» в браузере и попробуйте снова;
– Может вам понравится что-то ниже:
Новинка
Заканчивается
0
Новинка
Заканчивается
0
Новинка
Заканчивается
0
Новинка
0
Амортизатор Indesit, 120 N, длина 180 мм, втулка 13×23 мм (низ), 8×29 мм (верх), со штырем под диагональное отверстие
в наличии
Код товара: Амортизатор Indesit, 120 N, длина 180 мм, втулка 13×23 мм (низ),
Новинка
Заканчивается
0
LED подсветка 50″ DOFFLER, Kivi, Haier 50DF49-T2 LE50A7100A LS50AL88A72, 50D6A-01 PN:30350006212 E466169
в наличии
Код товара: LED подсветка 50″ DOFFLER, Kivi, Haier 50DF49-T2 LE50A7100A LS50
3 000 р
Новинка
Заканчивается
0
Новинка
Заканчивается
0
Шлейф Samsung Galaxy S9 Plus, SM G965f, Премиум, с разъемом зарядки и микрофоном
в наличии
Код товара: Шлейф Samsung Galaxy S9 Plus, SM G965f, Премиум, с разъемом заря
Новинка
Заканчивается
0
Новинка
Заканчивается
0
2SJ6920A Транзистор NPN Макс. напряжение (Uкэ), 800В, Макс. ток (Iк), 20А
в наличии
Код товара: 2SJ6920A Транзистор NPN Макс. напряжение (Uкэ), 800В, Макс. то
Новинка
Датчики домашней автоматизации | Smart Home Sensors
Narrow By
87 Products
$197.95$0.00
Product Type
- Access Control
- Accessories
- Alarms
- Alerts
- Automation
Compatibility
- 2GIG (345 MHz)
- Amazon Alexa
- Apple HomeKit
- EnOcean (902 МГц)
- GE/Interlogix (319,5 МГц)
Manufacturer
- 2GIG
- Aeotec
- BRK Brands
- Ecolink
- Elk Products
Product Line
- Enforcer
- Firewolf
- First Alert
- Gemini
- Household Alert
Installation
- Крепления
- Потолочное
- Потолочное крепление
- Дверное крепление
- Утопленное крепление
Цвет
- Черный
- Коричневый
- Белый
Размер
- 2-проводной
- Стандартный
Создание умного дома начинается с датчиков домашней автоматизации. Датчики автоматизации — это глаза и уши вашего дома, информирующие вас и другие умные устройства об изменениях состояния 24/7. Датчики автоматизации берут на себя управление освещением и бытовой техникой, поэтому вы можете настроить, как и когда управлять устройствами в вашем доме. Оборудуйте свой дом датчиками домашней автоматизации и датчиками умного дома, чтобы отслеживать активность, реагировать на изменения окружающей среды и автоматически включать/выключать свет и бытовую технику в зависимости от времени суток или запрограммированных событий.
Sensative Strips Guard 700 Door/Window Sensor, with Magnet
SV1101022
Add to compare
$40.00
Sensative Strips Drip 700 Water Leak & Temperature Sensor, with Magnet
SV11040221
Add to compare
$40.00
Полоски Sensative Strips Comfort 700 Датчик температуры, влажности и освещенности, с магнитом
SV11020221
Добавить к сравнению
47,00 $
Датчик движения Aeotec Zigbee
AEGPAEOMSSUS
Add to compare
$45. 95
Aeotec Zigbee Multipurpose Sensor
AEGPAEOMPSUS
Add to compare
$35.95
Aeotec Zigbee Water Leak Sensor
AEGPAEOWLSUS
Add to compare
$38.95
Aeotec Zigbee Кнопка для Smart Home Hub
AEGPAEOBTNUS
Добавить к сравнению
31,95 $
HomeSeer Z-Wave Plus Floodlight Sensor
HSFLS100G2
ADD TO COMPARE
$ 49,00
2GIG ESERIES ENHANDED COE DETECTOR
LN2GIGCO8E345
ADD TO COMPARE
$ 106.00
ADD TO COMPARE
$ 106.00
Add To Compare
$ 106.00
Add to Compare
$ 106.00
Дирец.
JA52249
Добавить в сравнение
$ 42,95
Ecolink Zigbee Door/Window Sensor
ECDWZB1ECO
add в Compare
$ 38.95
ECOLINKE SENSERINKE.0106
ECFLZB1ECO
Add to compare
$40. 95
Ecolink ZigBee PIR Sensor
ECPIRZB1ECO
Add to compare
$52.95
Ecolink ZigBee Firefighter Module
ECFFZB1ECO
Add to compare
$43.95
Ecolink Z- Датчик движения Wave Plus PIR, защита от домашних животных, Gen5
ECPIRZWAVE25ECO
Добавить к сравнению
39,00 $
Датчик двери/окна Ecolink Z-Wave Plus, Gen5
ECDWZWAVE25ECO
Add to compare
$32.95
Ecolink Z-Wave Plus Garage Door Tilt Sensor, Gen5
ECTILTZWAVE5ECO
Add to compare
$35.95
Open Box
Ecolink Z-Wave Plus Garage Door Tilt Sensor , Gen5 (открытая коробка)
ECTILTZWAVE5ECO_OB
Добавить к сравнению
23,30 $ 29,00 $
Ecolink Z-Wave Plus FireFighter Датчик дыма/угарного газа, Gen5
ECFFZWAVE5ECO
ADD TO COMPARE
$ 40,95
ECOLINK Z-WAVE PLUS PLUS DENSOR/FROWZE с зондом, Gen5
ECISZW7ECO
Добавить к сравнению
71,95 $
Только у дилера
Ecolink Automation Action Button, 319,5 МГц
ECTXE121
909003 Добавить к сравнению0103 $ Дилер2GIG 345 МГц Сенсор наклона
LN2GIGTILT1345
Добавить в сравнение
$ 37,00
AEOTEC AORQ Z-WAVE PLUS PLUS TEMPROW & SUENTION и SOUTY SENSOR, GEN7
AEOTEC3 AORQ Z-Wave Plus V2. Us For Advice
Нужна помощь в поиске подходящего датчика домашней автоматизации? Home Controls предлагает бесплатную поддержку, чтобы помочь вам с советами по датчикам умного дома и дизайном системы. Мы можем помочь вам найти продукты, отвечающие вашим потребностям.
Позвоните нам по телефону 858-693-8887 (с 7:00 до 17:00 по тихоокеанскому времени, с понедельника по пятницу)
SmartMaxx™ Контроллер горячей воды на солнечных батареях для горячего водоснабжения и отопления помещений с 3 реле
Как правильно проложить кабель/провод Зажимы?Прежде чем начать делать это самостоятельно, пожалуйста, прочтите 3 простых шага, которые могут помочь понять это.
Шаг 1 – Вставьте отвертку в верхнее отверстие. Сдвиньте зажим замка внутрь вниз. Держите отвертку в этом положении.
Шаг 2. Вставьте провод/кабель в нижнее отверстие.
Шаг 3. Снимите отвертку. Зажим зафиксирует кабель.
Изучение этого предотвратит повреждение формы и неправильное подключение проводов/кабелей к контроллеру.
В контроллере есть пять возможных слотов (от S1 до S5), куда можно подключить датчик температуры. Каждый слот может использоваться для одного датчика температуры, и обычно S1 используется для блока солнечного коллектора. Кроме того, есть возможность подключить датчики VFS, которые обычно устанавливаются на салазках для бытового водоснабжения и на салазках для солнечных насосов. Эти датчики измеряют температуру воды и скорость потока. Рабочее значение напряжения составляет 12 В переменного/постоянного тока и подходит для всех этих подключений в солнечном контроллере..
Как можно собирать данные с солнечного контроллера? Есть возможность докупить дополнительный аксессуар, например DataLogger, который собирает наиболее важные данные во время работы контроллера. Это полезный аксессуар, который может помочь оптимизировать всю систему. Помните, что вам необходимо купить USB Power для DataLogger, который не входит в комплект поставки, для получения более подробной информации свяжитесь с командой инженеров.
SunMaxx подберет насосную станцию в соответствии с вашими потребностями. Не нужно заниматься математикой!!!
Как я могу подключить воздушный компрессор к моей насосной станции для проверки герметичности моей солнечной тепловой системы?Заправочный клапан нашей насосной станции имеет резьбу для шланга GHT снаружи. Вы можете легко сделать переходник, используя следующие три фитинга, которые можно приобрести в местном хозяйственном магазине или в магазине сантехники.
- Клапан Шредера x ¼” наружная резьба NPT
- Переходная втулка, наружная резьба ½” NPT x внутренняя резьба ¼” NPT
- Шланговый фитинг, наружная резьба ½” NPT x внутренняя резьба ¾” GHT
Используйте тефлоновую ленту на резьбе NPT клапана Шредера и втулке при сборке адаптера. При подсоединении адаптера к насосной станции обязательно используйте два инструмента: один для удержания заливного клапана на месте, а другой для затягивания адаптера. Таким образом, вы не создадите протечек в самой насосной станции во время испытаний.
Сделайте глубокий вдох и выпустите весь воздух… из вашей солнечной тепловой системы Одной из самых больших проблем при успешном вводе в эксплуатацию является удаление воздуха. Любое время, которое вы проведете с этой деталью, будет потрачено с пользой. Воздушные карманы увлекаются вашим HTF и любят находить места, где можно спрятаться. Воздушные карманы могут образовываться между вашим HTF и внутренней стенкой трубопровода (особенно с гибким трубопроводом), и их можно удалить только благодаря настойчивости и времени. Вот несколько вещей, которые вы можете сделать, чтобы помочь этому процессу. Во-первых, убедитесь, что ваш воздухоочиститель расположен на верхней и горячей стороне вашей серии коллекторов.

Для проверки датчика температуры можно использовать цифровой мультиметр и проверить сопротивление датчика.
Простые шаги, позволяющие проверить датчик температуры:
- Отключить систему (электричество) – безопасность важнее всего
- Откройте коробку контроллера
- Проверьте, не ослаблено ли соединение
- Если соединение ослаблено, зафиксируйте его, вставив провод датчика внутрь клеммы 9.0013
- Закройте коробку контроллера и проверьте, устранена ли проблема
- Проверьте мультиметром сопротивление провода датчика (переведите переключатель мультиметра в положение измерения сопротивления) – показание должно быть около 1,101 кОм при комнатной температуре и около 1,250 кОм при горячей воде
- Если показания отличаются, может потребоваться замена датчика
Этот краткий совет должен помочь вам решить проблему.
Является ли датчик контроллера SmartMaxx™ термопарой или термистором? Контроллеры SmartMaxx™ работают аналогично термисторам, но есть небольшая разница в способе измерения температуры.