wiRelay - bezprzewodowa, 12-kanałowa karta przekaźników

Niedziela, 01 Styczeń 2023

Tym razem, zupełnie inaczej, niż miało to miejsce zazwyczaj, pomysł na niniejszy projekt narodził się w głowie…mojego kolegi z redakcji. Zaproponowano mi zaprojektowanie 12-kanałowej, bezprzewodowej karty przekaźników, gdyż, jak się okazuje, tego rodzaju urządzenia dość często znajdują zastosowanie w gospodarstwach domowych, zwłaszcza wtedy, gdy zamieszkujemy domek jednorodzinny. Co prawda w swoim portfolio mam już urządzenie o podobnej funkcjonalności, lecz tym razem postanowiłem zbudować system o większej uniwersalności i lepszych cechach użytkowych.

Podstawowe parametry:

komunikacja z potwierdzaniem poprawności transmisji,
moduł nadawczy zasilany z baterii CR2016 (teoretyczny czas pracy na jednej baterii: 10 lat),
maksymalny prąd obciążenia (tryb uśpienia/nadawanie): 0,2 μA / 22,6 mA,
zasilanie odbiornika: 230 V AC, ok. 2 W,
12 wyjść przekaźnikowych,
maksymalne obciążenie wyjść: 5 A/250 VAC
częstotliwość pracy transceivera: 868 MHz
zasięg w terenie otwartym: ok. 100 m

Kompletny system składa się z nadajnika i odbiornika rozkazów sterujących. Głównym problemem implementacyjnym było znalezienie sprawdzonego i energooszczędnego modułu do bezprzewodowej transmisji danych. Co oczywiste, zależało mi na tym, aby nadajnik tego systemu pracował na zasilaniu bateryjnym i charakteryzował się minimalnym poborem mocy zapewniającym długą pracę urządzenia. Ponieważ w moim poprzednim projekcie energooszczędnego systemu pomiaru temperatury z EP 8/2018 [1] i EP 9/2018 [2] zdobyłem duże doświadczenie w zakresie obsługi bardzo ciekawych modułów RFM12B pracujących w paśmie 433, 868 lub 915 MHz (w zależności od wersji), należących do bogatej oferty modułów radiowych produkowanych przez firmę HopeRF, zdecydowałem się na ich zastosowanie również w tej konstrukcji. Moduły, o których mowa stanowią kompletne rozwiązanie toru radiowego nadawczo-odbiorczego. Dostarczają wygodny interfejs komunikacyjny SPI pozwalający na przeprowadzenie pełnej konfiguracji elementu w ramach dostępnej szerokiej palety ustawień jak i sterowanie komunikacją radiową. Nie będę powtarzał informacji dotyczących specyfikacji i obsługi tych peryferii, gdyż takowe zamieściłem w ramach wspomnianych wcześniej artykułów. Zainteresowanych tymi szczegółami Czytelników odsyłam do wskazanych wcześniej materiałów. Zanim jednak przejdę do schematów urządzenia kilka słów napiszę na temat specyfikacji całego systemu.

Tak, jak wspomniano powyżej, system wiRelay składa się z dwóch modułów komunikacyjnych: nadawczego (pilota), który obsługuje klawiaturę sterującą i odbiorczego (karty przekaźników), który steruje wbudowanymi przekaźnikami dużej mocy. Moduł nadawczy pracuje na zasilaniu bateryjnym w postaci pastylki CR2016 i większość swojego czasu spędza w trybie uśpienia (dla ograniczenia poboru mocy) czekając na zmianę stanu obsługiwanej klawiatury matrycowej. Wspomnianej zmianie stanu towarzyszy wybudzenie układu (mikrokontrolera i modułu RF), wysłanie komunikatu do karty przekaźników, odbiór odpowiedzi i ponowne uśpienie urządzenia. W ten prosty sposób ograniczamy do minimum pobór energii ze źródła zasilania pozwalając na wieloletnią pracę urządzenia.

Uważny Czytelnik dostrzeże pewne ograniczenia i sformułuje związane z nimi zapytania. Otóż bateria CR2016 (3 V) zastosowana w urządzeniu przeznaczona jest do zasilania urządzeń cechujących się bardzo niskim poborem prądu – rzędu ułamków mA, do pojedynczych mA. Nasz układ po wybudzeniu aktywuje nadajnik modułu RFM12B, który w czasie transmisji pobiera prąd rzędu 22,6 mA, co stanowi bardzo duże obciążenie dla niewielkiej baterii zasilającej. Na szczęście transmisja trwa około 20 ms, w związku z czym pobrana energia jest bardzo mała, niemniej jednak takie obciążenie skromnej baterii ma pewne reperkusje. Po pierwsze – z czasem spada jej znamionowa pojemność, napięcie znamionowe oraz wzrasta rezystancja wewnętrzna. Spadek pojemności nie jest jakiś drastycznie wielki, ale można go szacować na 25%, przy spadku napięcia baterii do 2,2 V. Zagadnienie jest naprawdę bardzo ciekawe, w związku z czym zachęcam ambitnych Czytelników do zgłębienia tematu, który został omówiony na stronie [3], gdzie inżynierowie firmy Energizer i Nordic Semiconductor bardzo drobiazgowo wyjaśnili ten interesujący temat w dokumencie o nazwie „High pulse drain impact on CR2032 coin cell battery capacity”. Na szczęście główne podzespoły nadajnika pracują już przy niewielkich napięciach zasilających (moduł RF: 2,2 V, mikrokontroler: 1,8 V) i nawet przy 25% spadku pojemności, tego typu aplikacja powinna zapewnić wieloletnią pracę urządzenia.

Aby ocenić jak długo nadajnik pracował będzie na pojedynczej baterii CR2016 należy zastanowić się z jakich etapów składa się jego praca i jakie są wtedy prądy pobierane ze źródła napięcia zasilającego. Przystępując do obliczeń przyjąłem następujący podział cyklu pracy urządzenia:

etap trybu power-down (uśpienie), który trwa z dużym przybliżeniem 24 h/dobę i podczas którego pobierany jest prąd rzędu 0,2 μA,
etap transmisji modułu RFM12B (po wybudzeniu), który trwa średnio 20 ms i podczas którego pobierany jest prąd rzędu 22,6 mA.

Założono ponadto, iż wybudzanie nadajnika, a więc zmiana stanu podłączonej klawiatury następuje 15 razy na dobę. Przy tych założeniach otrzymano teoretyczny, ponad 62-letni czas pracy na pojedynczej baterii CR2016 (o zredukowanej o 25% pojemności) co wydaje się wartością niespotykaną i grubo przekraczającą czas życia samej baterii, standardowo przyjmowany, jako 10 lat.

Uważny Czytelnik dostrzeże pewną subtelność w opisie sposobu działania nadajnika (pilota) systemu wiRelay. Otóż napisałem, że pilot, oprócz nadania rozkazu, odbiera również odpowiedź wysłaną przez kartę przekaźników. Tak, to prawda. Oba moduły w istocie przeprowadzają dwustronną komunikację wyłącznie po to, aby po stronie pilota sterującego pozyskać informację na temat wykonania rozkazu sterującego (zmiany stanu sterowanego przekaźnika). Do tego rodzaju potwierdzenia służą diody LED zamontowane na obwodzie drukowanym nadajnika (pilota). Oczywiście tego rodzaju rozwiązanie nie daje 100% pewności co do faktu wykonania rozkazu sterującego, gdyż nie trudno wyobrazić sobie sytuację, gdzie rozkaz wysłany przez nadajnik został w istocie wykonany, zaś stosowne potwierdzenie wysłane przez odbiornik nie dotarło do nadajnika przez co zasygnalizował on (zupełnie błędnie) niewykonanie tegoż rozkazu sterującego, lecz moim zdaniem lepsze jest tego rodzaju rozwiązanie, niż brak jakiegokolwiek potwierdzania po stronie nadajnika. Z resztą mechanizm ten jest niezbędny wyłącznie wtedy, gdy naocznie nie jesteśmy w stanie przekonać się o tym, iż sterowany przez nas przekaźnik (a więc podłączony do niego odbiornik) nie zmienił stanu pracy. Sama karta przekaźników pozostaje, co oczywiste, w nasłuchu i po otrzymaniu rozkazu sterującego zmienia stan związanego z nim przekaźnika (w przypadku braku błędów) po czym odsyła potwierdzenie do odbiornika (pilota). Warto również podkreślić, iż transmisja pakietów danych pomiędzy stronami komunikacji opatrzona jest stosowną sumą kontrolną CRC8 minimalizując ryzyko potencjalnych błędów. Tyle w kwestii funkcjonowania systemu.

Budowa i działanie

Pora na zaprezentowanie schematu ideowego nadajnika, który został pokazany na rysunku 1.

Rysunek 1. Schemat ideowy nadajnika systemu wiRelay

Jak widać, zaprojektowano bardzo prosty system mikroprocesorowy, którego sercem jest niewielki mikrokontroler ATtiny2313A (niskonapięciowy) taktowany wewnętrznym oscylatorem RC o częstotliwości 1 MHz sterujący pracą modułu transceivera, dzięki realizacji programowej obsługi interfejsu SPI oraz obsłudze przerwania zewnętrznego Pin Change Interrupt 0 (wyprowadzenie PB1) odpowiedzialnego za mechanizm wysyłania i odbierania danych. Ponadto mikrokontroler obsługuje klawiaturę matrycową utworzoną z przycisków 1…12, której obsługa realizowana jest z użyciem przerwania zewnętrznego Pin Change Interrupt 2 (wyprowadzenia PD0…PD6) inicjującego wybudzanie mikrokontrolera (i modułu RF) oraz obsługuje dwie diody LED (ON i OFF) służące sygnalizacji wykonania wysłanych rozkazów sterujących.

Zgodnie z tym, co napisano wcześniej, nasz nadajnik powinien charakteryzować się minimalnym zapotrzebowaniem na energię elektryczną, jako że jest zasilany niewielką baterią CR2016. W związku z powyższym zastosowano następujące mechanizmy programowo-sprzętowe:

wyłączono wszystkie nieużywane peryferia mikrokontrolera (komparator analogowy, TIMER1, TIMER0, USI, USART),
wprowadzono mikrokontroler w tryb niskiego poboru mocy Power-down, z którego wybudzany jest wyłącznie poprzez zmianę stanu klawiatury matrycowej. Wybudzony
mikrokontroler przeprowadza transmisję danych, po czym przechodzi ponownie w tryb Power-down,
nieużywany transceiver RFM12B wprowadzany jest każdorazowo w tryb niskiego poboru mocy.

Dzięki tym rozwiązaniom otrzymano wspomniane wcześniej wartości zapotrzebowania na energię dla całego urządzenia oraz teoretyczne czasy jego działania. Na koniec kilka słów komentarza należy się implementacji obsługi klawiatury matrycowej realizowanej w funkcji przerwania zewnętrznego Pin Change Interrupt 2 (wyprowadzenia PD0…PD6).

Zacznijmy zatem od pliku nagłówkowego porządkującego ustawienia sprzętowe w tym zakresie, który to pokazano na listingu 1.

Listingi 1. Fragment pliku nagłówkowego związany z obsługą klawiatury matrycowej

//Definicje portu klawiatury
#define KEY_PORT PORTD
#define KEY_PIN PIND
#define KEY_DDR DDRD
#define COL1 (1<<PD6)
#define COL2 (1<<PD3)
#define COL3 (1<<PD0)
#define ROW1 (1<<PD1)
#define ROW2 (1<<PD2)
#define ROW3 (1<<PD4)
#define ROW4 (1<<PD5)

//Definicje portu led
#define LED_PORT PORTB
#define LED_DDR DDRB
#define LED_RED PB3
#define LED_GREEN PB4
#define LED_RED_ON
LED_PORT |= (1<<LED_RED)
#define LED_GREEN_ON
LED_PORT |= (1<<LED_GREEN)
#define LED_BOTH_ON
LED_PORT |= ((1<<LED_GREEN)|
(1<<LED_RED))
#define LED_BOTH_OFF
LED_PORT &= ~((1<<LED_GREEN)|
(1<<LED_RED))

//Definicje rozkazów sterujących
#define RELAY_UNDEFINED 0x00
#define RELAY_ON 0b11110101
#define RELAY_OFF 0b10101111

//Timeout – ms
#define TIMEOUT 100

Dalej, na listingu 2 pokazano fragment funkcji main w zakresie podstawowej konfiguracji obsługi klawiatury matrycowej.

Listing 2. Fragment funkcji main w zakresie konfiguracji obsługi klawiatury matrycowej

//Podciągnięcie wierszy klawiatury pod VCC
KEY_PORT |= ROW1|ROW2|ROW3|ROW4;
//Kolumny klawiatury jako wyjścia
//ze stanem 0 – przygotowanie do przerwania
KEY_DDR |= COL1|COL2|COL3;
//Konfiguracja i uruchomienie
//przerwania zewnętrznego obsługi klawiatury
//Zmiana stanu na wierszach klawiatury
//powoduje przerwanie
PCMSK2 = ROW1|ROW2|ROW3|ROW4;
GIMSK |= (1<<PCIE2);

I na koniec funkcja obsługi przerwania odpowiedzialna za obsługę klawiatury matrycowej, której ciało pokazano na listingu 3 (wraz z deklaracją niezbędnych zmiennych globalnych upraszczających ciało funkcji). Funkcja ta ustawia stosowne wartości zmiennej dataTosend[], które transmitowane są do karty przekaźników.

Listing 3. Funkcja obsługi przerwania odpowiedzialna za obsługę klawiatury matrycowej

//Dane przeznaczone do wysyłki: Rozkaz i numer przekaźnika
volatile char dataTosend[2];
//Tablica kolumn
const uint8_t Cols[3] = {COL1, COL2, COL3};
//Tablica wierszy
const uint8_t Rows[4] = {ROW1, ROW2, ROW3, ROW4};

ISR(PCINT2_vect){
//Wyłączenie przerwania klawiatury
GIMSK &= ~(1<<PCIE2);
//Wszystkie kolumny ustawiamy
//na początek jako wejścia
KEY_DDR &= ~(COL1|COL2|COL3);

//Ustalamy numer wciśniętego klawisza
for(uint8_t Col=0; Col<3; Col++){
//Wybraną kolumnę ustawiamy,
//jako wyjściową ze stanem 0
KEY_DDR |= Cols[Col];
//Szukamy czy nie zwarto jej
//do wybranego wiersza
for(uint8_t Row=0; Row<4; Row++){
if(!(KEY_PIN & Rows[Row]))
dataTosend[1] = Col + (Row*3);
}
//Wybraną kolumnę ustawiamy,
//jako wejściową
KEY_DDR &= ~Cols[Col];
}

//Wszystkie kolumny ustawiamy ponownie,
//jako wyjścia ze stanem 0 – przygotowanie do przerwania
KEY_DDR |= COL1|COL2|COL3;

//Opóźnienie by ocenić czy krótkie,
//czy długie naciśnięcie klawisza
_delay_ms(300);
//Sprawdzamy czy klawisz nadal jest naciśnięty
if(!(KEY_PIN & ROW1) || !(KEY_PIN & ROW2) ||
!(KEY_PIN & ROW3) || !(KEY_PIN & ROW4))
dataTosend[0] = RELAY_ON;
else dataTosend[0] = RELAY_OFF;
}

Za samą transmisję danych do karty przekaźników, jak i odbiór i sygnalizację potwierdzenia odpowiedzialny jest fragment funkcji main pokazany na listingu 4.

Listing 4. Fragment funkcji main odpowiedzialny za transmisję danych do karty przekaźników, jak i odbiór i sygnalizację potwierdzenia

//Wychodzimy z trybu powerDown modułu RFM12b
RFM12bPowerUp();

//Uruchomienie przerwania odpowiedzialnego
// za nadawanie i odbieranie
GIFR |= (1<<PCIF0);
GIMSK |= (1<<PCIE0);

//Wysyłamy ramkę danych do odbiornika – 11ms
RFM12bStartTx((char*) dataTosend, 2, 0xFF);
//Czekamy na zakończenie transmisji
while(RFM12B.Status != PACKET_SENT);
_delay_us(100);

//Przygotowujemy się na odbiór potwierdzenia
RFM12bStartRx();

Timeout = 0;
while(1){
//Odebrano poprawną ramkę danych:
//Size|Rozkaz|CRC8
if(RFM12B.Status == NEW_PACKET){
//Sprawdzamy, czy odebrane potwierdzenie
//jest takie samo, jak wysłany rozkaz
if(RFM12B.Buffer[1] == dataTosend[0])
blinkLED(dataTosend[0]);
else blinkLED(RELAY_UNDEFINED);
break;
//Odebrano błędną ramkę danych: sygnalizujemy błąd
} else if(RFM12B.Status == FAULTY_PACKET){
blinkLED(RELAY_UNDEFINED);
break;
}
//Sprawdzamy czy upłynął maksymalny czas
//na odbiór potwierdzenia
if(++Timeout > TIMEOUT){
blinkLED(RELAY_UNDEFINED);
break;
}
_delay_ms(1);
}

//Wyłączenie przerwania odpowiedzialnego
//za nadawanie i odbieranie
GIMSK &= ~(1<<PCIE0);

//Wprowadzamy moduł RFM12B
//w tryb powerDown
RFM12bPowerDown();

Z kolei za sygnalizację potwierdzenia wysłanego przez kartę przekaźników odpowiada prosta funkcja pokazana na listingu 5.

Listing 5. Funkcja odpowiedzialna za sygnalizację potwierdzenia wysłanego przez kartę przekaźników

void blinkLED(uint8_t Led){
switch(Led){
case RELAY_ON: LED_RED_ON; break;
case RELAY_OFF: LED_GREEN_ON; break;
case RELAY_UNDEFINED: LED_BOTH_ON; break;
}
_delay_ms(200);
LED_BOTH_OFF;
}

Tyle w kwestii nadajnika, przejdźmy zatem do schematu ideowego karty przekaźników, który pokazano na rysunku 2.

Rysunek 2. Schemat ideowy karty przekaźników systemu wiRelay

Tak jak poprzednio, zaprojektowano bardzo prosty system mikroprocesorowy, którego sercem jest niewielki mikrokontroler ATtiny2313A (niskonapięciowy) taktowany wewnętrznym oscylatorem RC o częstotliwości 1 MHz sterujący pracą modułu transceivera dzięki realizacji programowej obsługi interfejsu SPI oraz obsłudze przerwania zewnętrznego Pin Change Interrupt 2 (wyprowadzenie PD6) odpowiedzialnego za mechanizm odbierania i wysyłania danych. Ponadto mikrokontroler ten steruje pracą 12 przekaźników dużej mocy a dokonuje tego dzięki zastosowaniu scalonych sterowników pod postacią układów ULN2803 (U3, U4). W odróżnieniu jednak od układu nadajnika, w ramach aplikacji odbiornika zaprojektowano niewielki, kompletny układ zasilający przeznaczony do podłączenia do sieci 230 VAC. Było to niezbędne z uwagi na fakt, iż moduł odbiornika steruje pracą przekaźników, z których każdy w czasie załączenia pobiera prąd rzędu 10 mA. Pomimo tego sumaryczny pobór mocy urządzenia w przypadku załączenia wszystkich przekaźników nie przekracza 2 W.

Przejdźmy zatem to szczegółów implementacyjnych, jeśli chodzi o program obsługi aplikacji. Prawdę mówiąc nie ma tego zbyt wiele, gdyż wspomniany program jest niezmiernie prosty. Na początek fragment funkcji main odpowiedzialny za odbiór rozkazu sterującego i odesłanie odpowiedzi pokazany na listingu 6.

Listing 6. Fragment funkcji main odpowiedzialny za odbiór rozkazu sterującego i odesłanie odpowiedzi

//Uruchomienie i konfiguracja RFM12B,
//w tym interfejsu SPI oraz przerwania nadawania/odbioru
RFM12bInit(0xFF);
//Przygotowujemy moduł na odbiór danych
RFM12bStartRx();

sei();
while(1){
//Odebrano poprawną ramkę danych:
//Size|Rozkaz|Przekaźnik|CRC8
if(RFM12B.Status == NEW_PACKET){
//Sterujemy przekaźnikiem
ctrlRelay(RFM12B.Buffer[1], RFM12B.Buffer[2]);
//Odsyłamy potwierdzenie
//w postaci odebranego rozkazu
Ack = RFM12B.Buffer[1];

_delay_ms(1);
//Wysyłamy potwierdzenie
//do odbiornika – 10ms
RFM12bStartTx(&Ack, 1, 0xFF);
//Czekamy na zakończenie transmisji
while(RFM12B.Status != PACKET_SENT);
_delay_ms(1);
//Przygotowujemy moduł
//na kolejny odbiór danych
RFM12bStartRx();
}
//Odebrano błędną ramkę danych:
//restartujemy procedurę odbiorczą,
//bo inaczej nastąpiłaby blokada odbioru
else if(RFM12B.Status == FAULTY_PACKET)
RFM12bStartRx();
}

I na sam koniec funkcja odpowiedzialna za sterowanie przekaźnikami, której ciało pokazano na listingu 7. Tyle w kwestiach implementacyjnych dotyczących obu układów.

Listing 7. Funkcja odpowiedzialna za sterowanie przekaźnikami

void ctrlRelay(uint8_t Command, uint8_t Relay){
//0...7
if(Relay < 8){
if(Command == RELAY_ON)
PORTB |= (1<<(7-Relay));
else PORTB &= ~(1<<(7-Relay));
//8, 9
}else if(Relay < 10){
if(Command == RELAY_ON)
PORTD |= (1<<(Relay-8));
else PORTD &= ~(1<<(Relay-8));
//10, 11
}else{
if(Command == RELAY_ON)
PORTA |= (1<<(11-Relay));
else PORTA &= ~(1<<(11-Relay));
}
}

Montaż i uruchomienie

Przejdźmy zatem do schematu montażowego nadajnika, który pokazano na rysunku 3.

Rysunek 3. Schemat płytki PCB nadajnika systemu wiRelay

Jak widać zaprojektowano bardzo niewielki obwód drukowany z wyłącznym montażem elementów SMD po obu stronach laminatu. Projektując nadajnik systemu wiRelay, jak i jego obwód drukowany chciałem, aby docelowe urządzenie wyposażone było w gustowną i niewielką obudowę, przez co etapem wyjściowym w procesie projektowania było znalezienie atrakcyjnej wizualnie i łatwo dostępnej obudowy. Zdecydowałem się na zastosowanie smukłej, plastikowej obudowy do pilota typu 13120.44 firmy TEKO w wersji bez żadnych przycisków sterujących, gdyż zakładałem zastosowanie dedykowanych switchy i nawiercenie stosownych otworów (na osie switchy i diody LED) w płycie czołowej (górnej) obudowy. W związku z powyższym cały projekt laminatu podporządkowany został wymiarom zastosowanej obudowy. Co więcej, z uwagi na fakt, iż zastosowany typ obudowy umożliwia zamontowanie w nim płytki z elementami o maksymalnej, sumarycznej grubości ok. 7,2 mm musiałem zdecydować się na zastosowanie bardzo niskich switchy SMD oraz wyjątkowo niskiego koszyczka baterii zasilającej.

Poniekąd z tego tytułu wynikła konieczność zastosowania cienkiej baterii CR2016, zamiast zdecydowanie bardziej popularnej CR2032 (o ponad 2 krotnie większej pojemności).

Osoby, które nie planują zastosowania obudowy, o której mowa powyżej, mogą nie zważać na poniższe ograniczenia.

Uwaga! Na płytce modułu karty przekaźników zamontowano kompletny zasilacz łącznie z transformatorem zasilanym napięciem sieciowym 230 V AC oraz zamontowano elementy będące na potencjale tego napięcia. Istnieje niebezpieczeństwo porażenia prądem elektrycznym, co może stanowić zagrożenie dla życia i zdrowia użytkowników. W związku z tym, montaż układu oraz jego uruchomienie należy wykonywać pod nadzorem osoby z odpowiednimi uprawnieniami lub mającej niezbędną wiedzę i doświadczenie. Natomiast gotowe urządzenie musi być właściwie zabezpieczone – np. umieszczone w nieprzewodzącej obudowie.

Przejdźmy zatem do szczegółów montażowych dotyczących nadajnika. Montaż obwodu drukowanego nadajnika rozpoczynamy od warstwy BOTTOM, na której przylutowujemy mikrokontroler, następnie lutujemy moduł RFM12B, dalej elementy bierne a na końcu koszyczek baterii zasilającej. Następnie przechodzimy na warstwę TOP, gdzie w pierwszej kolejności przylutowujemy elementy bierne i diody LED a na końcu switche SMD. Jeśli chodzi o typ zastosowanych diod LED i kwestie obudowy to zakładam dwie możliwości rozwiązania tego problemu. Pierwsza to zastosowanie diod LED SMD (tak, jak przewidziano na płytce nadajnika) i umieszczenie w wywierconych otworach w obudowie samych główek zwykłych diod LED o średnicy 3 mm podświetlanych niejako przez wlutowane pod spodem diody SMD, zaś drugie rozwiązanie to wlutowanie w miejsce diod SMD typowych diod LED o średnicy 3 mm z odpowiednio przyciętymi i wygiętymi końcówkami. Na koniec, do tak przygotowanej płytki przylutowujemy antenę nadawczą (punkt lutowniczy po stronie BOTTOM) w postaci kawałka przewodu o długości około 17 cm (może być odpowiednio zwinięty). Wygląd zmontowanego nadajnika zarówno od strony warstwy TOP jak i strony warstwy BOTTOM pokazano na fotografii 1.

Fotografia 1. Wygląd zmontowanego nadajnika systemu wiRelay od strony TOP i BOTTOM

Na koniec kilka słów na temat przygotowania wybranej obudowy. Jak można się domyślić patrząc na obwód drukowany nadajnika, w górnej części jego obudowy (tzn. tej bez otworu na śrubę montażową) należy wywiercić 14 otworów o średnicy 3 mm: 12 otworów dla osi zastosowanych switchy oraz dwa otwory na diody LED. Aby usprawnić proces trasowania otworów przygotowano specjalny szablon, który pokazano na rysunku 4.

Rysunek 4. Szablon ułatwiający wykonanie otworów w obudowie nadajnika

Zanim jednak skorzystamy z szablonu, o którym mowa powyżej z wnętrza górnej części obudowy (tzn. tej bez otworu montażowego pod śrubę) należy usunąć (przy pomocy ostrego nożyka) wszystkie nadlewki pokazane na fotografii 2 po to, aby ułatwić umieszczenie szablonu wewnątrz obudowy w celu dokładnego trasowania otworów, oraz aby zwolnić dodatkowe miejsce na obwód drukowany wraz z elementami.

Fotografia 2. Wygląd wnętrza górnej części obudowy z zaznaczeniem nadlewek przeznaczonych do usunięcia

Po wykonaniu wspomnianych czynności szablon umieszczamy od środka górnej części obudowy, następnie trasujemy przy jego pomocy miejsca otworów, a na końcu wiercimy je wiertłem do metalu o średnicy 3 mm. Z kolei we wnętrzu dolnej części obudowy (tzn. tej z otworem montażowym pod śrubę) musimy również dokonać pewnych modyfikacji, które mają na celu zwiększenie miejsca na obwód drukowany wraz z elementami. W tym przypadku, podobnie jak poprzednio, usuwamy nadlewki pokazane na fotografii 3, które to stanowią podporę zintegrowanych plastikowych tulejek dystansowych uniemożliwiając głębsze osadzenie obwodu drukowanego.

Fotografia 3. Wygląd wnętrza dolnej części obudowy z zaznaczeniem nadlewek przeznaczonych do usunięcia

Po takich modyfikacjach obudowa nasza jest gotowa do umieszczenia w niej zmontowanego obwodu drukowanego nadajnika systemu wiRelay. Co prawda po takich zabiegach osie zastosowanych mikroprzełączników będą wystawać ponad płaszczyznę obudowy w sposób minimalny, jednak jest to jak najbardziej pożądane, gdyż ograniczy to możliwość przypadkowego wciśnięcia przycisku sterującego. Można jednak nieco ułatwić ich obsługę poprzez nawiercenie stosownych otworów montażowych nieznacznie większym wiertłem, na przykład o średnicy 4 mm.

Ustawienia Fuse-bitów obu modułów:
CKSEL3...0: 0100
SUT1...0: 10
CKDIV8: 0
CKOUT: 1

Przechodzimy do schematu montażowego karty przekaźników, który pokazano na rysunku 5. Tym razem zaprojektowano dużo większy obwód drukowany, który integruje w sobie kompletny, transformatorowy zasilacz sieciowy i zbudowany jest w zdecydowanej większości z elementów przewlekanych.

Rysunek 5. Schemat płytki PCB karty przekaźników systemu wiRelay

Montaż obwodu drukowanego karty przekaźników rozpoczynamy od przylutowania modułu RFM12B, następnie lutujemy pozostałe elementy półprzewodnikowe, dalej elementy bierne, zaś na samym końcu elementy mechaniczne oraz transformator do druku. Diody LED możemy umieścić na stosownej długości tulejach dystansowych by ich główki wystawały ponad płaszczyznę obudowy przekaźników. Do tak przygotowanej płytki przylutowujemy antenę odbiorczą w postaci kawałka przewodu o długości około 17 cm (może być odpowiednio zwinięty).

Wygląd zmontowanej karty przekaźników od strony warstwy TOP pokazano na fotografii 4.

Fotografia 4. Wygląd zmontowanej karty przekaźników systemu wiRelay od strony warstwy TOP

Obsługa urządzenia

Sposób obsługi systemu wiRelay tak, jak można by tego oczekiwać, jest niezmiernie prosty. Włączeniu pilota systemu wiRelay towarzyszy krótkie (1 s) załączenie obu diod LED, które ma na celu sprawdzenie tych elementów sygnalizacyjnych. Dalej, krótkie naciśnięcie wybranego switcha umieszczonego na nadajniku powoduje wyłączenie powiązanego z nim przekaźnika (na karcie przekaźników), co powinno zostać potwierdzone poprzez chwilowe zapalenie się diody OFF (zielonej). Długie naciśnięcie wybranego switcha umieszczonego na nadajniku powoduje z kolei włączenie powiązanego z nim przekaźnika (na karcie przekaźników), co powinno zostać potwierdzone poprzez chwilowe zapalenie się diody ON (czerwonej). Nieodebranie potwierdzenia ze strony karty przekaźników (w maksymalnym czasie 100 ms) powoduje chwilowe zapalenie się obu diod LED. W takim wypadku nie mamy pewności, co do stanu sterowanego przekaźnika, chyba że możemy wzrokowo ocenić stan karty przekaźników korzystając z zamontowanych tam diod LED, których świecenie jest równoznaczne z załączeniem odpowiedniego przekaźnika lub zwyczajnie mamy możliwość wzrokowej oceny faktu załączenia do pracy sterowanego urządzenia.

Robert Wołgajew, EP

Odnośniki:

Wykaz elementów: Karta przekaźników

Rezystory: (miniaturowe 1/8 W, raster 0,2”)