Керований по радіо вимикач своїми руками

У попередніх постах ми спроектували, зробили і всебічно протестували блок двоканального радіокерованого вимикача.

Але до сих пір це була «бездушна залізяка», яка незважаючи на всю свою потенційну міць, закладену в МК, - нічого не вміє.

В общем-то, наше основне пристрій (якщо не розглядати підключення радиомодуля) - анітрохи не складніше звичайнісінькою Ардуінкі, до якої підключено дві кнопки і пара світлодіодів (в результуючому пристрої - світлодіоди замінені на транзисторні ключі, керуючі релюшкой, але суть це не міняє ).

Виготовлений модуль радіовиключатель не надто налаштовує на те, щоб прямо на ньому проводити розробку і налагодження:

немає можливості отримати діагностичні повідомлення в «моніторі порту»,
відсутня візуальне підтвердження, яке з реле і в якому стані знаходиться і т.п.

Але, як я раніше вже помітив, для «оживлення» нашого модуля все-то потрібно написати скетч, який би відпрацьовував різні натискання (дві кнопки) і міг би на нашу алгоритму вмикати / вимикати два навантаження (в макеті це буде пара світлодіодів). Природно, це «базовий функціонал», після того, як розберемося з ним - додамо і «радіоканальні» функції.

Взагалі, звичайно, з «макетке» правильніше було б почати, але в даному випадку - так вийшло, що прототип робився пізніше, ніж результуючий пристрій.

Отже, щоб отримати «зручну» середовище для підготовки нашого скетчу, візьмемо беспаечное макетке, будь-яку Ардуіно-сумісну плату (в моєму випадку це cArduino Nano), дві тактові кнопки, два світлодіоди (з струмообмежувальні резистори) і кілька перемичок:

Збираємо макет, згідно принципової схеми з першого поста.

Кнопку для першого каналу підключаємо між піном A1 і «землею» (GND),
Кнопку другого каналу - A0 і GND.
Світлодіоди (індикатори роботи відповідних транзисторних ключів і реле в радіовиключатель) підключаємо до D3 і D4, відповідно.

Власне, такий макет дозволить нам написати й налагодити основний функціонал.

Надалі потрібно буде цей скетч завантажити за допомогою програматора в фінальне пристрій без переробок.

Перед початком розробки слід зафіксувати базові функції, які хотілося б реалізувати.

бажаний функціонал

Природно, цей список «хотелок» знаходиться в голові ще перед початком роботи над проектом, зараз просто сформулюю.

базові функції

Двоканальний вимикач буде використовуватися для управління світлом і вентиляцією в санвузлі, тому список можливостей вийшов такий:

За короткому натискання вмикати / вимикати відповідний канал навантаження (канал 1 - світло, канал 2 - вентиляція).
По довгому натисненню (більше 2 секунд) - фіксувати факт такого натискання ( «зводити прапор»), але поки нічого не робити додатково.
Якщо світло увімкнено більш, ніж 1,5 хвилини - автоматично включити витяжку (наприклад, хтось пішов в душ і забув включити вентиляцію).
Якщо були включені обидва канали та перший канал вимикається, автоматично вимкнути другий канал через 10 хвилин.
У разі, якщо будь-яке навантаження включили, але забули вимкнути - автоматично вимкнути (у кожного каналу - свого часу автоматичного вимкнення: 60 і 10 хвилин відповідно).

При формуванні списку функцій - активно спілкуйтеся з домашніми. Наприклад, мені розумно підказали, що час, після якого має відбуватися автоматичне включення вентиляції занадто мало і будуть непотрібні спрацьовування і взагалі, всі тимчасові параметри треба мати можливість в ході експлуатації коригувати.

радіоуправління

Ці функції будуть реалізовуватися трохи пізніше, але їх відразу варто тримати в голові (менше доведеться переписувати):

Команди включення / вимикання, що надійшли по радіоканалу повинні відпрацьовуватися так, як якщо б фізично натискалися кнопки вимикача (тобто повне збереження базової логіки).
Через радіоканал потрібно мати можливість змінювати всі тимчасові параметри роботи вимикача.
Тимчасові параметри роботи вимикача повинні зберігатися в енергонезалежній пам'яті (щоб після кожного вимкнення електрики не доводилося «переучувати» модуль).
Всі параметри (поточний стан, прапори «довгого натискання», тимчасові) повинні бути доступні по радіоканалу як за запитом (відповідь на запит), так і на регулярній основі (раз в 15 секунд - «флуд» в ефір з поточними значеннями параметрів).

програмування

В ході створення ПО для реалізації базових функцій будемо враховувати наступне:

Зараз каналів два, але в подальшому їх може бути більше / менше і код повинен бути таким, щоб це можна було просто коригувати (без істотного переписування).
Пристрій вбудовується і в разі будь-якого збою діставати його зі стіни вкрай проблематично.

Перша вимога призводить до використання масиву структур для зберігання параметрів роботи модуля, а друге - диктує використання сторожового таймера (watchdog).

Для зберігання параметрів каналу я створив таку структуру:

Тепер уже можна написати нескладний скетч.

У функції setup () проводимо всю необхідну ініціалізацію і зводимо «сторожового собаку».

Далі все просто: в основному циклі програми (loop ()) будемо послідовно робити наступні кроки:

Працюємо з кнопками (функція button_read ()).
Відпрацьовуємо автовимкнення (autoOff ()).
Реалізуємо додаткову логіку роботи (chkLogic ()).
Скидаємо сторожовий таймер (wdt_reset ()).

Якщо додаткова логіка роботи не потрібна (в моєму випадку це автоматичне включення і виключення вентиляції в залежності від стану світла) - функцію chkLogic () можна просто видалити.

У мене вийшов ось такий скетч

Базові функції працюють рівно так, як хотілося.
Короткі натискання кнопок включають відповідні світлодіоди, доп.логіка спрацьовує. По довгому натисненню будь-яку кнопку - на одну секунду запалюється вбудований світлодіод (D13) на Ардуіно.

Тепер можна реалізовувати і бездротові функції.

Для цього звернемося до одного з моїх ранніх постів: Бездротові комунікації «розумного будинку».

Основні принципи, які я там описував - витримали перевірку часом і зазнали дуже незначні зміни.

Для роботи з параметрами підійде структура:

Для переданих даних буду використовувати наступну структуру:

Згідно вищесказаного, мій модуль буде описуватися наступним чином:

Видно, що всі ключові параметри, що описують поточний стан і тимчасові параметри, присутні.

Ще трохи програмування і код готовий.

Власне, тепер залишилося прошити наш модуль.

Прошив, перевірив роботу - все ок, але виявилося, що в «чистому» МК все байти EEPROM встановлені в 255, що дає відповідні затримки.

За кодом, який наведено вище, видно, що установка всіх часових параметрів проводиться тільки через радіоканал. Але про «керуючий модуль» я ще нічого не написав - тому треба якось «ізольовано» вирішити цю проблему.

Для цього можна скористатися прикладами з бібліотеки EEPROM і прямо з них прописати первинні (більш актуальні) значення у відповідні комірки незалежній пам'яті.

Подальша перевірка показала, що тепер все працює як раз так, як хотілося.

Ще раз повторю свій основний принцип пристроїв мого «розумного будинку»: кожне створене пристрій зроблено для досягнення якоїсь певної мети і воно повинно працювати самостійно.

Тепер пристрій самодостатньо і готовий виконувати свою основну функцію (навіть без радіоканалу). Можна монтувати.

установка модуля

Керований по радіо модуль буде монтуватися всередину стіни з гіпсокартону - тому декілька найбільш прийнятних корпус (щоб в нього вліз власне модуль і блок живлення для нього і щоб цей корпус можна було без проблем пропхати в отвір для установки монтажної коробки).

Плату блоку живлення взяв там же, де і минулого разу - розпиляв блок живлення для iPhone. В принципі, можна зробити конденсаторний блок живлення або пошукати вже готові варіанти (наприклад, тут).

Вийшло якось так (тут вже все підключено - проводив останні тести перед монтажем в стіну):

Корпус виявився дещо завеликий, але наявний в господарстві дрібніший - не підійшов.

Правильніше було б, звичайно, спочатку вибрати конкретний корпус і робити під нього, але у мене не було особливих обмежень на розмір, тому «як вийшло».

Тепер можна зайнятися безпосередньо «встраиванием» модуля в стіну (на жаль, захопився процесом і забув фотографувати, тому тільки текстовий опис):

Знеструмлюємо відповідну ланцюг освітлення.
Демонтуємо наявний вимикач (не забуваємо промаркувати, які пари йдуть на світло, а які - на витяжку).
Знімаємо монтажну коробку
Підключаємо радіовимикач до відповідних проводам (попутно позбуваючись від «скруток», які залишили «добрі будівельники»).
Акуратно заштовхуємо всі дроти і радіовимикач в проміжок між листами гіпсокартону (я вирішив розташувати модуль вище вимикача, щоб його було простіше дістати при необхідності).
Виводимо проводу, до яких будемо підключати кнопковий вимикач в отвір для установки монтажної коробки (спеціально взяв принципово відрізняється від решти проводки кабель - МГТФ, щоб в разі чого електрику було зрозуміло, що тут «щось дивне» і з цим треба спочатку розібратися) .
Тепер можна встановити монтажну коробку і підключити кнопковий вимикач.

Все готово. Включаємо електрику і перевіряємо, що все працює так, як хотілося.

Створене пристрій успішно змонтовано і відмінно замінило «тупий» вимикач, додавши до нього трішки «розуму» (економію електроенергії у випадках «забудькуватості» господарів, автоматичне включення / вимикання витяжки тощо).

P.S. В обговоренні першого поста були питання з приводу використання іншої елементної бази, в тому числі і для досягнення більш компактних розмірів.

Нещодавно в руки мені потрапив ось такий звір:

Це звичайне реле (дуже тихе) з двома групами комутованих контактів. Може вмикати / вимикати ланцюга на 220В (потужність невелика, але для світлодіодних ламп - цілком підійде). Управляється 5В, можна підключати безпосередньо до висновку МК (без транзистора).

Це я до того, що не варто до всього ставитися як до догми (повторювати всі проекти «один в один») - шукайте, підбирайте найбільш адекватні (для кожного конкретного завдання) рішення, змінюйте!