Звонок с 64 мелодиями v3

Автор: Олег Гализин
Опубликовано 01.08.2017
Создано при помощи КотоРед.

 Относительно недавно на радиокоте появилась статья о реинжениринге старого звонка с 64 мелодиями на микроконтроллере. Она мне очень понравилась и я ее "повторил". Правда не оригинальную, а без дополнительной флеш памяти, только с использованием контроллера atmega8. Повторил в кавычках, потому что реального устройства я не собирал, а это было сделано участником форума с ником kotneko. Я только основательно переработал исходники, добавив к функциональности удержание высокого уровня на одной из ножек контроллера в течение минуты после нажатия на кнопку.

Но для установки в моей квартире такой звонок не подходил. У меня нет поблизости с звонком розетки для его постоянной подпитки. А это является необходимым условием функционирования обеих оригинальных схем. Отдельная подпитка обеспечивает прежде всего доигрывание мелодии до конца, даже в случае короткого нажатия на кнопку, ну и запоминание проигранной мелодии для обеспечения проигрывания мелодий по кругу. Делать дополнительную проводку не хотелось.

И тут родилась идея использования тиристорного эффекта для питания звонка. Тиристор включается подачей напряжения на управляющий электрод. Потом начинает играть мелодия, звонок потребляет ток, тиристор находится в состоянии удержания. Как только мелодия проигралась, ток потребления схемы уменьшится, тиристор отпустится, схема выключится до следующего нажатия на кнопку. Тиристор при этом прячется в корпус кнопки.

Но от применения тиристора пришлось отказаться, поскольку звонок питается от переменного напряжения. Это значит, что уже через 10 миллисекунд ток через него упадет до 0 и он прекратит удержание, не дожидаясь спада тока потребления звонка. В качестве управляющего элемента было решено использовать полевой транзистор (рис 1). На его затвор нужно подать напряжение 10-15 вольт для его полного открытия. Напряжение в первоначальный момент подается с микровыключателя кнопки, а потом поддерживается преобразователем, использующим падение напряжения на 2 дополнительных диодах, включенных последовательно с транзистором. Преобразователь можно сделать примерно такой как для питания светодиодов от одного элемента.

Рис. 1. Упрощенная схема кнопки

Работает эта схема следующим образом. При нажатии на кнопку звонка B1 напряжение подается на затвор транзистора и заряжает C1. Полевой транзистор приоткрывается и через него начинает течь ток. Этот ток вызывает падение напряжения на 2 диодах и R2. Напряжение преобразуется до 12 вольт и поддерживает транзистор в открытом состоянии. При снижении тока через транзистор ниже порогового, падения напряжения на R2 оказывается недостаточно для работы преобразователя, и он перестает работать. Это вызывает разряд C1 через резистор R1. Через некоторое время напряжение на затворе упадет и транзистор закроется.

Все это ставится в диагональ выпрямительного моста, что бы схема работала от переменного тока. Время разряда C1 выбирается несколько периодов, для исключения влияния перехода тока через 0. Вся схема (выпрямитель преобразователь, транзистор) прячется в кнопку и находится вне квартиры.

Внутри квартиры ставится звонок с микроконтроллерным управлением. Контроллер сохраняет предыдущую мелодию в собственной eeprom для проигрывания мелодий по кругу.  Кроме того в паузе мелодии подключается дополнительная нагрузка в виде резистора, что бы ток потребления не падал ниже порогового во время паузы мелодии. За счет этого мелодия доигрывает до конца даже при наличии пауз.

При макетировании такой схемы меня ожидало фиаско. Оказалось я забыл учесть ток холостого хода трансформатора. В результате ток потребления от сети изменялся примерно с 20 до 15 миллиампер при проигрывании мелодии и ее окончании. Такое изменение нельзя использовать для надежного определения окончания мелодии, так как такого же изменение тока может быть вызвано колебаниями питающего напряжения. Кроме того напряжение отключения преобразователя также может несколько гулять с  температурой. Поэтому считать такую величину падения тока при окончании мелодии надежным критерием отключения было нельзя.

В результате перед трансформатором был добавлен еще один выключатель, управляемый контроллером через оптопару, для получения работоспособного варианта (Рис. 2).

Рис.2 Схема.

В отличие от оригинальных схем она может быть использована без изменения проводки в квартире. Кроме того я изменил контроллер с atmel на stm8. По функциональности stm8s003X3 примерно эквивалентен atmega8. Правда в самом малоногом корпусе линий ввода-вывода поменьше, но для звонка этого вполне достаточно.

В правой стороне нарисована схема кнопки. Она соответствует упрощенной схеме кнопки, описанной выше. При включении электричества в квартире напряжение через звонок подается на кнопку. Транзистор кнопки VT5 удерживается закрытым благодаря резистору R8.

При нажатии кнопки транзистор VT5 открывается до падения напряжения на нем в районе нескольких вольт, через него и нагрузку в виде звонка начинает течь ток. Это вызывает появление пиков напряжения на диодах VD20-VD21, запуск преобразователя напряжения для подзарядки C7 и полное отрывание транзистора. В дальнейшем пиков тока в 15 миллиампер вполне достаточно для поддержания кнопки во включенном состоянии. При уменьшении тока примерно до 1 миллиампера преобразователь перестанет запускаться из-за нехватки напряжения. Это приведет к снижению напряжения на затворе транзистора и его полному выключению через некоторое время. Полное отключение означает отключение всей схемы от сети с потреблением, определяемым утечками полевого транзистора.

Питание на трансформатор звонка подается через выключатель на полевом транзисторе VT1. Как я уже писал этот выключатель нужен для снижения тока потребления схемы до значения менее миллиампера. Транзистор включается через VD2, R1, R2 сразу же при поступлении питания на звонок. Таким образом питание поступает на трансформатор, который начинает запитывать низким напряжением 9 вольт основную схему звонка. Напряжение после выпрямления фильтруется конденсатором C8 и через стабилизатор DA2 начинает питать микроконтроллер.

Микроконтроллер сразу же начинает проигрывать мелодию, подавая PWM сигнал на транзистор VT2. Кроме того контроллер формирует второй PWM сигнал для регулировки напряжения питания динамика. Это напряжение фильтруется конденсатором C10 и поддерживается на заданном уровне с помощью стабилизатора DA3. При этом происходит добавка 1,2 вольта к напряжению на C10. Отдельной кнопкой (Volume) может производится регулировка громкости. Нажатие на кнопку ведет к изменению уровня громкости, долгое нажатие - к изменению направления изменения.

После того как мелодия проиграна, контроллер подает примерно на полсекунды ток на излучатель транзисторной оптопары. В результате  C1 быстро разряжается и транзистор VT1 выключается. Это снижает ток, потребляемый звонком до уровня менее 1 миллиампера, что в свою очередь приводит к отключению кнопки и всего звонка в целом.

VD9, VD12, R5, R9 отвечают за фиксирование долгого нажатия кнопки. В случае, если мелодия закончилась, а кнопка еще нажата, то по истечении полсекунды включится входной ключ, и на трансформаторе снова появится напряжение. Контроллер зафиксирует пики напряжения на своем выводе и включит следующую мелодию. Также этот вывод может использоваться для применения прошивки в схеме без выключения, подобной оригинальной. Тогда подача сигнала на PB4 приведет к включению проигрывания мелодии.

Устройство собрано на 2 печатных платах. Одна из них в кнопке около двери квартиры, вторая в коробке в квартире. Кнопка и звонок подключаются в стандартную сетевую проводку согласно схеме на рис 2. Трансформатор L1 намотан на гантельке примерно 5x8. Выдрал из энергосберегайки. Оставил  100 витков и  намотал вторую обмотку 30 витков тем же проводом, что там был.

Прошивка и схема имеет возможность выбора случайной мелодии на измерениях помех, ловимых на антенну. Для этого нужно подключить собственно антенну - кусок провода с полметра.  Я проверил вообще без антенны - случайность у меня получилась не очень. Поэтому можно считать перемычку случайного выбора мелодии и антенну зарезервированными для будущего использования.

Схема оказалась весьма чувствительна к утечкам через микровыключатель кнопки. Поэтому ее не рекомендуется использовать на улице. Если же все же такое планируется, то лучше использовать все 3 контакта микровыключателя, присоединив третий контакт к эмитеру VT3.

Исходники и прошивка приаттачены к статье, а также выложены на гитхаб.

Файлы:
Исходники и прошивка

Все вопросы в Форум.

Эти статьи вам тоже могут пригодиться:

Дверной звонок на ОУ.

Новая жизнь советского дверного звонка

Говорящий звонок.

Музыкальный звонок на microSD

Дверной звонок "Патриот"

Дверной звонок на Attiny2313.

Музыкальный звонок с 64 мелодиями на МК

Звонок с MMC/SD картой памяти.

Многтональный звонок.