Jednoduchý obvod dálkového spínače

Tento příspěvek je první částí série příběhů o tom, jak si můžete relativně snadno vyrobit rádiem řízený přepínač užitečného zatížení vlastníma rukama.
Příspěvek je zaměřen na začátečníky, pro zbytek si myslím, že půjde o „opakování minulosti“.

1. Přepnout hardware

začátek

1. Chtěl bych realizovat dálkové ovládání světla a digestoře.
2. Jsou zde jedno- a dvousekční spínače (světlo a světlo + digestoř).
3. Vypínače se instalují do sádrokartonové stěny.
4. Veškeré zapojení je třívodičové (fáze, nulový vodič, ochranné uzemnění).

Druhý bod obecně předpokládá, že bychom měli vytvořit dva různé obvody (pro jedno- a dvoukanálový přepínač), ale udělejme to jinak – uděláme „dvoukanálový“ modul, ale v případě, že je pouze jeden kanál skutečně požadováno, nebudeme odpájet část součástek na desce (podobný přístup implementujeme v kódu).

Třetí bod – způsobuje určitou flexibilitu při výběru tvarového faktoru spínače (stávající spínač je skutečně odstraněn, montážní krabice je demontována, hotové zařízení je namontováno uvnitř stěny, montážní krabice je vrácena a spínač je namontován zpět) .

Čtvrtý bod – značně usnadňuje hledání zdroje energie (220V je „po ruce“).

Zadání je jasné, můžete pokračovat.

Principy a elementární základ

Chci udělat vypínač multifunkční – tzn. „hmatový“ komponent by měl zůstat (spínač by měl fyzicky zůstat a jeho obvyklá funkce zapnutí/vypnutí zátěže by měla být zachována, ale zároveň by mělo být možné zátěž ovládat rádiovým kanálem.

K tomu nahradíme obvyklé dvoupolohové (zapnuto-vypnuto) spínače bez západkové spínače podobného provedení (tlačítka):

Tyto spínače fungují primitivně jednoduše: při stisku klávesy sepne dvojice kontaktů, při uvolnění klávesy se kontakty rozepnou. Je zřejmé, že se jedná o obvyklé „taktní tlačítko“ (ve skutečnosti to takto zpracujeme).

• vezmeme MK (atmega8, atmega168, atmega328 – používám to, co je „právě teď“), společně s MK přidáme rezistor pro vytažení RESETu na VCC,
• propojíme dvě „tlačítka“ (pro minimalizaci počtu nástavců použijeme pull-up rezistory zabudované v MK), pro spínání zátěže použijeme relé s vhodnými parametry (měl jsem právě 833H-1C-C relé s ovládáním 5V a dostatečným výkonem spínané zátěže – 7A 250V~),
• Přirozeně není možné přímo připojit vinutí relé k výstupu MK (příliš vysoký proud), proto přidejte potřebné „potrubí“ (rezistor, tranzistor a dioda).

Rádiový kanál uspořádáme pomocí nRF24L01+:

Modul, jak víte, je tolerantní k 5V signálům na vstupech, ale pro napájení vyžaduje 3.3V, respektive k němu do obvodu přidáme lineární stabilizátor L78L33 a pár kondenzátorů.

Navíc přidáváme blokovací kondenzátory pro napájení MK.

MK naprogramujeme přes ISP – k tomu zajistíme příslušný konektor na desce modulu.

Vlastně celé schéma popsán, zbývá pouze rozhodnout o závěrech MK, ke kterým připojíme naše „periferie“ (rádiový modul, „tlačítka“ a vybereme piny pro ovládání relé).

• Rádiový modul je připojen na sběrnici SPI (tedy piny bloku od 1 do 8 propojíme na GND, 3V3, D10 (CE), D9 (CSN), D13 (SCK), D11 (MOSI), D12 ( MISO), D2 (IRQ) – v tomto pořadí).
• ISP je standardní věc a zapojuje se následovně: připojte piny konektoru 1 až 6 na D12 (MISO), VCC, D13 (SCK), D11 (MOSI), RESET, GND – resp.

Nyní se musíme rozhodnout, které „případy“ použijeme. V tuto chvíli moje přirozená lenost začíná diktovat pravidla: opravdu mě nebaví vrtat desky plošných spojů – takže zvolíme maximálně “povrchovou montáž” (SMD). Na druhou stranu zdravý rozum velí, že použití SMD ušetří spoustu velikosti PCB.

Pro začátečníky bude povrchová montáž vypadat jako poměrně komplikované téma, ale ve skutečnosti to není tak děsivé (i když, pokud máte více či méně slušnou pájecí stanici s fénem). Na YouTube je spousta videí s lekcemi o SMD – vřele doporučuji se na ně podívat (začal jsem používat SMD před pár měsíci, učil jsem se právě z takových materiálů).

• mikrokontrolér – atmega168 v balení TQFP32 – 1 ks.
• tranzistor – MMBT2222ALT1 v balení SOT23 – 2 ks.
• dioda – 1N4148WS v balení SOD323 – 2 ks.
• stabilizátor – L78L33 v pouzdře SOT89 – 1 ks.
• relé – 833H-1C-C – 2 ks.
• rezistor – 10 kOhm, velikost 0805 – 1 ks. (vytáhněte RESET na VCC)
• rezistor – 1 kOhm, velikost 0805 – 1 ks. (k obvodu báze tranzistoru)
• kondenzátor – 0.1uF, velikost 0805 – 2 ks. (o výživě)
• kondenzátor – 0.33uF, velikost 0805 – 1 ks. (o výživě)
• elektrolytický kondenzátor – 47uF, velikost 0605 – 1 ks. (o výživě)

Tady jsem trochu záludný a nakouknu do svých „skladů“ (jen si vybírám to, co je tam již dostupné). Komponenty si můžete vybrat dle libosti (výběr konkrétních komponent je nad rámec tohoto příspěvku).

Protože je celý obvod již prakticky „zformován“ (alespoň v hlavě), můžeme se pustit do návrhu našeho modulu.

Obecně by bylo hezké nejprve vše sestavit na prkénku (pomocí pouzder s výstupními prvky), ale protože jsem již opakovaně testoval a implementoval všechny výše popsané „uzly“ a implementoval je v jiných projektech, dovolím si přeskočit fázi breadboardingu.

Projektování

K tomu nám slouží báječný program – EAGLE.

Podle mého názoru – velmi jednoduchý, ale zároveň – velmi pohodlný program pro vytváření schémat zapojení a desek plošných spojů na nich. Další „plusy“ v prasátku EAGLE: multiplatformní (musím pracovat na počítačích Win i MAC) a dostupnost bezplatné verze (s některými omezeními, která se pro většinu „domácích“ zdají zcela bezvýznamná).

Nemám v plánu vás v tomto tématu naučit používat EAGLE (na konci článku je odkaz na skvělý a velmi snadno se naučitelný návod na používání EAGLE), jen vám řeknu pár svých “triků” “ při vytváření desky.

Můj algoritmus pro vytvoření obvodu a desky byl přibližně následující (sekvence kláves):

• Vytvoříme nový projekt, do kterého přidáme „schéma“ (prázdný soubor).
• Přidáme MK a potřebný „body kit“ (pull-up rezistor pro RESET, blokovací kondenzátor pro napájení atd.). Při výběru prvků z knihovny dávejte pozor na balíčky (Package).
• „Představujeme“ klíč na tranzistoru, který ovládá relé. Zkopírujeme tuto část schématu (pro uspořádání „druhého kanálu“). Klíčové vstupy – zatímco necháme “viset ve vzduchu.”
• Přidáme ISP konektor a blok pro připojení rádiového modulu do obvodu (provedeme příslušné zapojení v obvodu).
• Pro napájení rádiového modulu přidejte do obvodu stabilizátor (s příslušnými kondenzátory).
• Přidáme „konektory“ pro připojení „tlačítek“ (jeden pin konektoru ihned „uzemníme“, druhý „visí ve vzduchu“).

• Umístím svorkovnice pro připojení výkonové zátěže.
• Vpravo od svorkovnic je relé.
• Ještě více vpravo jsou prvky tranzistorových spínačů.
• Výkonový stabilizátor pro rádiový modul (s odpovídajícími kondenzátory) umístím vedle tranzistorových spínačů (na spodní straně desky).
• Blok pro připojení rádiového modulu umisťuji zprava dole (dáváme pozor na to, v jaké poloze bude samotný rádiový modul při správném připojení k tomuto bloku – dle mé představy by neměl přečnívat přes základní desku ).
• Konektor ISP umístím vedle konektoru rádiového modulu (protože jsou použity stejné „piny“ MK – pro snazší rozmnožování desky).
• Ve zbylém prostoru mám MK (pouzdro je nutné „zkroutit“, aby se určila jeho nejoptimálnější poloha, aby byla zajištěna minimální délka kolejí).
• Blokovací kondenzátory umístíme co nejblíže k odpovídajícím svorkám (MK a rádiový modul).

Nyní se již můžete rozhodnout o zapojení kláves a tlačítek (podívám se, které piny jsou blíže k odpovídajícím obvodům a které bude snazší zapojit na desce), proto je dobré mít před očima následující obrázek:

• Tranzistorové klíče připojíme na piny D3, D4.
• Tlačítka – na A1, A0.

Pozorný čtenář uvidí, že na schématu níže se objevuje atmega8, v popisu je zmíněn atmega168 a na obrázku s čipem amega328. Nenechte se zmást – čipy mají stejný vývod a (konkrétně pro tento projekt) jsou zaměnitelné a liší se pouze množstvím paměti „na desce“. Vybíráme si, co se nám líbí / máme (později jsem do desky připájel 168 „kamínků“: je tam více paměti než amega8 – bude možné implementovat více logiky, ale o tom ve druhém díle).

Ve skutečnosti v této fázi získá obvod svou konečnou podobu (provedeme příslušné změny na schématu – „připojíme“ klávesy a tlačítka k vybraným kolíkům):

Poté dokončím poslední zapojení v projektu PCB, „nahodím“ polygony GND (protože laserová tiskárna špatně tiskne plné polygony, udělám z toho „síťovku“), přidám pár prokovů (VIA) z jedné vrstvy desky na jiný a zkontrolujte, zda nezůstal jediný nepřerušený řetěz.

Dostala jsem šátek o rozměrech 56x35mm.

Voila, můžete začít výrobní tištěný spoj.

Výroba DPS

Platbu provádím metodou LUT (Laser-Iron Technology). Na konci příspěvku je odkaz na materiály, které mi hodně pomohly.

• Tisknu na papír Lomond 130 (lesklý) na spodní stranu desky.
• Tisknu na stejný papír horní stranu desky (zrcadlo!).
• Výsledné výtisky skládám s obrázky dovnitř a spojuji je světlem (je velmi důležité dosáhnout maximální přesnosti).
• Poté listy papíru připevním sešívačkou (neustále kontrolujem, zda není zarovnání narušeno) na třech stranách – vznikne „obálka“.
• Vystřihl jsem kousek oboustranného sklolaminátu vhodné velikosti (nožkami na kov nebo pilkou na železo).
• Sklolaminát je potřeba ošetřit velmi jemným brusným papírem (odstraníme oxidy) a odmastit (já to dělám acetonem).
• Výsledný obrobek (opatrně, za okraje, aniž by se dotýkal čištěných ploch) se vloží do výsledné “obálky”.
• Žehličku zahřeji „naplno“ a obrobek opatrně vyžehlím z obou stran.
• Nechám desku vychladnout (5 minut), poté můžete papír namočit pod tekoucí vodou a odstranit.

Dále se deska leptá v roztoku chloridu železitého (aby se zabránilo podleptání a přeleptání).

Smyjte toner acetonem.

Rada: při výrobě malých desek vytvořte polotovar pro požadovaný počet desek jednoduše umístěním obrázků horní a spodní části desky v několika kopiích – a již „narolujte“ tento „kombinovaný“ obrázek na polotovar ze skelných vláken. Po leptání bude stačit obrobek rozřezat na samostatné desky.
Pouze nutně zkontrolujte rozměry desek při zadávání na papíře: některé programy rády při výstupu „mírně“ upravují velikost obrázku, což je nepřípustné.

Kontrola kvality

Poté provádím vizuální kontrolu (vyžaduje se dobré osvětlení a lupa). Pokud existuje podezření, že existuje „lepivost“ – tester kontroluje „podezřelá“ místa.

Pro sebeuspokojení – kontrola testeru vše sousední vodiče (vhodné je použít režim „vytáčení“, kdy tester při „zkratu“ pípne).

Pokud se přesto někde najde zbytečný kontakt, opravím to ostrým nožem. Navíc si dávám pozor na možné „mikrotrhliny“ (zatím je jen opravuji – opravím je ve fázi pocínování desky).

Cínování, vrtání

Desku před vrtáním raději pocínuji – měkká pájka tak trochu usnadní vrtání a vrták na “výjezdu” z desky méně “trhá” měděné vodiče.

Vyrobenou desku plošných spojů je nutné nejprve odmastit (acetonem nebo alkoholem), můžete ji „projít“ gumou, abyste odstranili případné oxidy. Poté – desku potřu obyčejným glycerinem a poté páječkou (teplota někde kolem 300 stupňů) s malým množstvím pájky “projíždím” po kolejích – pájka leží rovnoměrně a krásně (leskne se). Musíte to pocínovat dostatečně rychle, aby stopy nespadly.

Když je vše připraveno, desku umyji obyčejným tekutým mýdlem.

Poté již můžete desku vrtat.
S otvory o průměru větším než 1 mm je vše docela jednoduché (prostě vyvrtám a je to – stačí se pokusit udržet svislost, pak vývod zapadne na místo, které je mu přiděleno).

Ale s prokovy (vyrábím je vrtákem 0,6 mm) je to trochu složitější – výstupní otvor se zpravidla trochu „roztrhne“ a to může vést k nežádoucímu přerušení vodiče.
Zde lze doporučit udělat každou díru ve dvou průchodech: vrtat nejprve na jedné straně (ale tak, aby vrták nevycházel na druhé straně desky), a pak obdobně na druhé straně. Při tomto přístupu dojde k „spojení“ otvorů v tloušťce desky (a mírné vyosení nebude problém).

Montážní prvky

Nejprve se připájejí mezivrstvové propojky.
Tam, kde jsou to jen prokovy, jednoduše vložím kus měděného drátu a připájem ho na obou stranách.
Pokud se „přechod“ provádí jedním z otvorů pro výstupní prvky (konektory, relé atd.): Lanko rozpustím na tenké drátky a kousky tohoto drátu opatrně připájím na obou stranách do těch otvorů, kde je nutný přechod, při minimálním zabírání místa uvnitř otvoru. To umožňuje realizaci přechodu a otvory zůstávají dostatečně volné, aby odpovídající konektory správně zapadly na místo a byly připájeny.

Zde bychom se opět měli vrátit do fáze „kontroly kvality“ – testeru nazývám všechna dříve podezřelá a nová místa získaná při cínování / vrtání / vytváření přechodů.
Kontroluji, že dříve objevené mikrotrhlinky jsou eliminovány pájkou (nebo je eliminuji připájením tenkého vodiče přes prasklinu, pokud prasklina zůstane po cínování).

Všechny “lepivé” vyřazuji, pokud se přesto v procesu cínování objevily. Tento mnohem jednodušší udělat nyní než v procesu ladění již plně sestavené desky.

Nyní můžete přistoupit přímo k instalaci prvků.

Můj princip je „zdola nahoru“ (nejprve odpájem nejméně vysoké součástky, pak ty, které jsou „vyšší“ a ty, které jsou „vysoké“). Tento přístup umožňuje umístit všechny prvky na desku s menším nepohodlím.

SMD součástky se tedy nejprve nepájí (začínám těmi prvky, které mají „více nohou“ – MK, tranzistory, diody, rezistory, kondenzátory), pak přichází na řadu výstupní součástky – konektory, relé atd.

Dostáváme tak hotovou platbu.

PS Modul „dvoukanálový“ lze použít k nahrazení „průchozích“ spínačů (obvykle umístěných na začátku a konci schodiště mezi patry apod.).

PPS Pokud se použijí plošší tlačítka, lze s malou úpravou vyrobit desky, které se vejdou do stávajících montážních krabic (tedy nejen pro umístění do sádrokartonových výklenků).

Tento článek se bude zabývat třemi schématy vzdálených spínačů, lze je použít k ovládání téměř jakéhokoli elektrického spotřebiče, protože jako spínač se používá relé. Spínací obvody jsou poměrně jednoduché a opakovatelné.

Dálkový spínač ovládaný dálkovým ovladačem

Jedná se o jednoduchý obvod pro dálkové zapínání a vypínání jakéhokoli elektrického zařízení pomocí konvenčního dálkového ovládání (RC).

Dosah dálkového spínače je cca 10 metrů. Senzor je 3pinový IR přijímač (TSOP 1738 nebo ekvivalent) pracující na frekvenci 38 kHz. Při detekci IR záření se na výstupu snímače objeví signál log.0, který je naopak zesílen tranzistorem VT1.

Z výstupu tranzistoru VT1 spouští zesílený signál čekající multivibrátor na časovači NE555. Impuls z výstupu (3) časovače o délce 1 sekundy sepne klopný obvod JK, jehož výstup (1) přes tranzistor (VT2) ovládá elektromagnetické relé. S každým novým signálem z NE555 se výstup klopného obvodu JK změní do opačného stavu.

LED HL1 slouží k zobrazení stavu koncového stupně během provozu zařízení. Obvod je napájen regulátorem napětí 7805. Kondenzátor C2 a rezistor R4 jsou navrženy tak, aby zabránily falešnému spuštění časovače NE555.

Bavlněný dálkový vypínač

Možnost 1

Tento obvod dálkového akustického spínače je navržen pro dálkové zapínání / vypínání světla nebo změnu rychlosti podlahového ventilátoru. Zvláštností tohoto dálkového spínače je, že zátěž je ovládána zvukovým signálem (tleskáním). Také tento obvod může být z bezpečnostních důvodů požadován pro bezkontaktní zapínání a vypínání elektrických spotřebičů v místnostech s vysokou vlhkostí.

Zařízení má tři ovládací kanály, z nichž každý je vybaven LED indikátorem. Obvod akustického spínače je založen na dvou mikroobvodech: časovač NE555 a desítkový dělič K561IE8 (podobně jako CD4017)

Čip NE555 je v tomto případě připojen v pohotovostním režimu multivibrátoru. Když se změní signál na vstupu 2 časovače NE555, objeví se na jeho výstupu 3 jediný impuls, po kterém se čekající multivibrátor vrátí do původního stavu. Pomocí níže uvedeného vzorce můžete určit dobu trvání výstupního impulsu:

Když někdo tleská rukama, zvukový signál se pomocí kondenzátorového mikrofonu přemění na elektrický signál. Poté tento signál jde do báze tranzistoru VT1, který zase spustí čekající multivibrátor na NE555.

Signál z výstupu 3 časovače NE555 je přiváděn na čítací vstup (pin 14) mikroobvodu K561IE8. Po přijetí hodinového signálu začne počítání od nuly. S každým novým vstupním signálem (tleskáním) se na výstupech K561IE8 postupně objeví signál vysoké úrovně. (Podrobný popis K561IE8.)

Protože obvod má tři kanály pro ovládání, další výstup (pin 10) je připojen k pinu resetu čítače (pin 15), a když se na pinu 10 objeví log.1, čítač je resetován, v důsledku čehož všechny tři kanály se vynulují a počítání začne znovu.

Při prvním zaklapnutí bude výstup 2 log.1 – rozsvítí se LED HL1 a sepne relé K1, s dalším klepnutím se již na výstupu 1 objeví log.4 – rozsvítí se LED HL2 a relé K2 sepne, zatímco výstup 2 bude mít log.0 a LED HL1 zhasne (relé K1 se vypne) a tak dále.

Možnost 2

Zvukový signál přijímaný mikrofonem je zesílen mikrofonním zesilovačem u operačního zesilovače 741. Z výstupu operačního zesilovače je signál přiváděn na vstup dekadického čítače K561IE8, jehož činnost byla popsána v předchozí diagram.

Pomocí rezistoru R3 upravte citlivost operačního zesilovače 741. Rezistor R1 nastavuje citlivost mikrofonu. Rezistor R4 je navržen tak, aby zabránil falešným pozitivním výsledkům čítače K561IE8. Rozsvícení LED HL1 indikuje vypnutý stav zátěže.

Dálkový spínač na bázi laseru

Tento jednoduchý obvod dálkového spínače je založen na časovači NE555. Jako ovládací prvek je použito laserové ukazovátko. Toto schéma bylo testováno v provozu ze vzdálenosti 50 metrů a ukázalo se dobré výsledky. Dosah obecně závisí na výkonu a kvalitě samotného laseru. Elektrické schéma dálkového spínače:

Když je laserový paprsek namířen na fotorezistor U1, zátěž se sepne přes elektromagnetické relé, a když je laserový paprsek zaměřen na fotoodpor U2, dojde k jeho vypnutí.