Например TDA7294

РадиоКот >Схемы >Цифровые устройства >Защита и контроль >

Теги статьи: Добавить тег

Устройство автоматического управления системой отопления 4 в 1

Автор: DeRex
Опубликовано 11.10.2018.
Создано при помощи КотоРед.

Довольно часто возникает необходимость в удаленном контроле и управлении системой отопления на даче или загородном доме. Для решения этой промышленностью «поднебесной» выпускается много готовых решений. Однако, это будет либо дешевый, собранный в подвале дядюшки Лео девайс, зависающий при получении любой рекламной SMS на кириллице от оператора, либо очень дорогой «фирменный» аппарат, не факт, что свободный от указанного недостатка.

С проблемой частого «зависания» устройства управления газовым котлом после получения СМС-сообщения на русском языке, столкнулся и автор. В результате чего было принято решение разработать собственное универсальное устройство управления системой отопления.
Данное устройство представляет собой эдакий "комбайн" для управления отопительными котлами и дополнительными устройствами системы отопления и содержит в себе следующие, объединенные единым программным интерфейсом, устройства:

  1. Недельный программируемый термостат с двумя выходами для управления отопительными котлом и другим оборудованием;
  2. SMS информатор о текущем состоянии системы отопления и состоянии электросети, с возможностью рассылки уведомлений и автоматического дозвона на заранее запрограммированные номера телефонов, при возникновении аварийной или нестандартной ситуации с функциями удаленного SMS управления оборудованием и настройками;
  3. Устройство защиты от опасных напряжений в электросети;
  4. Стабилизатор напряжения для отопительного оборудования.

Устройство идеально для домов и дач где проживание жителей не постоянно, необходимо удаленно контролировать состояние системы отопления, удаленно менять настройки температуры и режимов работы.

 

 

 

Основные возможности и технические характеристики устройства следующие:

- недельный программируемый термостат для отопительного котла и системы отопления с возможностью GSM-управления,
- часы реального времени с резервным питанием до 2099г.,
- цифровая подстройка хода часов,
- автоматический расчет дня недели по текущей дате,
- SMS-информатор о состоянии системы отопления;
- до 9 датчиков комнатной температуры типа DS18B20/DS18S20 с возможностью присвоения индивидуальных имён и нумерации (отображаются на дисплее индикации),
- датчик уличной температуры типа DS18B20/DS18S20,
- возможность подключения дополнительного датчика температуры и влажности типа SHT-21D/HTU-21D,
- возможность изменить надписи на приветственном экране устройства на собственные,
- регулировка яркости и контрастности дисплея через меню,
- встроенное устройство защиты от опасных напряжений в электросети для защиты отопительного оборудования от нештатных ситуаций по линиям электропитания 230 В.,
- встроенный стабилизатор сетевого напряжения с возможностью регулировки порогов переключения и удаленного просмотра напряжения в электросети, посредством SMS.
- буквенно-цифровой ЖКИ индикатор для отображения текущих параметров устройства и настройки режимов,
- интуитивно понятное меню настроек,
- два реле для управления отопительными котлом и дополнительными устройствами (циркуляционным насосом, смесительным контуром и т.п.),
- защита от замерзания и закипания теплоносителя в системе отопления,
- защита от заклинивания насоса во вторичном контуре отопления или ГВС,
- 5 режимов работы (5 программ управления отоплением): недельный, обычный, суточный, летний, всегда вкл.,
- до 12 временных интервалов для текущего дня недели в суточном и недельном режимах (12 программ управления),
- возможность задать отдельную температуру для каждого временного интервала в диапазоне от +10 до +40 градусов с шагом 0,1 градуса,
- возможность задать время действия каждого временного интервала в диапазоне от 1 минуты до 23 часов 59 минут,
- возможность единоразово изменить температуру текущего временного интервала, не затрагивая другие настройки времени и температуры,
- возможность задать температуру текущего интервала и режим работы (программу термостатирования) удаленно посредством SMS-сообщения,
- возможность получить отчёт о текущем режиме работы устройства, температуре и влажности в помещениях, напряжении в электросети и напряжении батареи резервного питания посредством SMS,
- возможность записи до 9 разрешенных "своих" номеров для управления устройством, задаваемых при помощи записи в ячейки 1...9 SIM-карты,
- контроль напряжения батареи резервного питания, напряжения часовой батарейки и напряжения в электросети,
- рассылка тревожных SMS-сообщении и обзвон абонентов из адресной книги SIM-карты при возникновении аварийных ситуаций,
- возможность задать, посредством SMS-сообщения, отсрочку последующей отправки SMS сообщений и обзвона контактов из адресной книги SIM-карты, при не устранении аварийной ситуации в пределах 1...48 часов (по умолчанию 3 часа),
- отправка SMS-сообщения при входящем звонке или получении SMS от контактов из адресной книги SIM-карты,
- возможность сохранения в качестве доверенного контакта в адресной книге SIM-карты коротких номеров сервисов отправки SMS через интернет,
- отображение названия оператора и уровня сигнала GSM-сети на ЖКИ-экране,
- отображение на экране номера абонента при входящем звонке и SMS,
- отображение на ЖКИ всех событий GSM сети, в том числе отправки и прихода SMS, осуществления входящих и исходящих звонков, осуществления USSD-запроса,
- возможность узнать баланс, подключить или отключить услуги оператора, посредством отправки USSD- запроса длиной до 20 символов при помощи SMS от доверенных номеров,
- пересылка результата выполнения USSD-запроса, доверенному номеру из памяти SIM-карты,
- 4 порога контроля напряжений в электросети (два порога мгновенного отключения и два порога замедленного, с задержкой, отключения выходного напряжения),
- возможность раздельной настройки порогов замедленного и мгновенного отключения,
- возможность установки времени задержки для порогов замедленного отключения,
- установка времени отключения отопительного оборудования (нагрузки) при возникновении аварийных ситуаций в электросети,
- электронная калибровка цепей измерения напряжений (вольтметров),
- реле понижения и повышения напряжения от заданных порогов замедленного отключения, для управления 3х ступенчатым стабилизатором напряжения автотрансформаторного типа,
- фиксированный гистерезис для реле снижения и повышения напряжения в электросети (5 Вольт),
- батарея резервного питания с контролем степени заряда и защитой от переразряда для работы устройства при отключении электроэнергии,
- отключаемый прерывистый звуковой сигнал тревоги.

 

Схемотехнически устройство представляет из себя ряд независимых блоков, которые можно заменять и исключать в зависимости от требуемой конфигурации устройства.
Блок-схема устройства изображена на рисунке 2.

 

 

Принципиальная электрическая схема микропроцессорного блока устройства изображена на рисунке 3.

 

 

Схемотехнически устройство реализовано на базе недорого микроконтроллера AVR ATmega32A (DD1), который берет на себя все функции управления периферийными устройствами: GSM-модулем, на основе SIM800 - SIM900, клавиатурой, дисплеем, исполнительными реле и другой периферией. Управление периферийными устройствами осуществляется при помощи микропрограммы, файлы которой прилагаются в архиве в конце статьи. В архиве так же находится файл прошивки eeprom микроконтроллера, который необходимо обязательно запрограммировать. Файл прошивки eeprom микроконтроллера размещен в двоичном бинарном формате, что позволяет редактировать его содержимое при помощи любого текстового редактора.
Путем редактирования прошивки eeprom можно изменить наименования датчиков ("Дома", "На улице", "Датчик 3" и т.д.) на любые русские и английские осознанные названия. Аналогичным образом можно заменить и приветственную надпись при включении устройства (рисунок 4, 16).

 

Красной рамкой на рисунке обведена область памяти eeprom, в которой содержатся название датчиков, отображаемое на экране. Некоторые названия датчиков обведены рамкой для наглядности. Показанные на рисунке знаки точки после названий – это символы конца строки (0x00 в шестнадцатеричном виде). Заменять их на любые другие символы запрещено, для исключения сбоев в отображении информации на экране.
Синим и зеленым цветом обведены приветственные фразы, отображаемые на экране, при включении устройства. При необходимости их так же можно заменить на свои, помня о символе конца строки.

 

 

Как должны быть установлены fuse-биты микроконтроллера для среды программирования PonyProg и ряда других, изображено на рисунке 5 ниже. Красной рамкой обведено значение битов в шестнадцатеричном формате, что может быть полезно при использовании других программ прошивки микроконтроллера.

 

 

На плате микропроцессорного модуля располагаются микроконтроллер, с зашитой программой управления, 4 кнопки управления, ЖКИ-дисплей, транзисторные ключи для управления яркостью подсветки дисплея и исполнительными нагрузками. Управление яркостью подсветки реализовано на транзисторе VT1, а управление исполнительными устройствами на транзисторной сборке UNL2803. При помощи 4-х расположенных на плате светодиодов осуществляется индикация текущего состояния выходов устройства.
Батарейка резервного питания используется для обеспечения хода энергонезависимых часов на базе микросхемы PCF2129T. Особенностью данной микросхемы является довольно высокая точность хода в широком диапазоне температур и встроенный кварцевый генератор. Программа устройства периодически обращается к часовой микросхеме с целью определения степени заряда батареи резервного питания. Если при работе устройства будет обнаружен низкий заряд батарейки часов, то на дисплее устройства вместо текущего дня неделе отобразится надпись "BAT LOW", сигнализирующая о необходимости её замены.
Поскольку данная микросхема широко используется в автомобильной технике и не слишком распространена, её можно (при соответствующей коррекции принципиальной схемы) заменить на PCF2129 и PCA2129 с любыми буквенными индексами. Следует лишь помнить о том, что число выводов и их расположение могут отличаться и учесть это при разработке печатной платы.
В случае, если не удастся найти и эти часовые микросхемы, автором разработана прошивка микроконтроллера с которой возможна замена микросхем серии 2129 от NXP на широко распространенные RTC серии DS1307. Схема подобной замены фрагментарно изображена на рисунке 3 в области обведенной штриховой линией. Дополнительно придётся установить внешний низкочастотный кварцевый резонатор ZQ1 (рисунок 3) и попрощаться с некоторым функционалом устройства. В частности, станет недоступна индикация разряда часовой батарейки и цифровая коррекция хода. Резисторы R31 и R32 при питании микропроцессора DD1 напряжением 3,3 В. обязательно необходимо устанавливать во избежание сквозных токов через выводы шины I2C микроконтроллера ATmega32A.
Схему можно несколько упростить, исключив из нее стабилизатор напряжения на 3,3V, и обеспечив единое питание 5V для всех компонентов, но при этом в обязательном порядке понадобится заменить часовую микросхему PCF2129 на DS1307, а в качестве датчика влажности использовать только 5-ти вольтовые версии плат с датчиком HTU21, со встроенным стабилизатором напряжения на 3,3 В. и преобразователем уровней. Резисторы R31 и R32 при этом можно и не устанавливать, а заменить перемычками.
В место батарейки резервного питания часов GB1 (рисунок 3) можно использовать ионистор C26, собрав схему его заряда, которую подключить к стабилизатору напряжения 3,3 В. В этом случае установка DA2 обязательна.
Схема модуля измерения напряжений приведена на рисунке 6.

 

Сетевое напряжение измеряется при помощи трансформатора и выпрямителя на базе диодного моста.
Рекомендуется использовать высококачественный трансформатор, способный длительное время выдерживать перенапряжение в электросети. Автор использовал трансформатор с рабочим напряжением первичной обмотки 380В. Возможен вариант использования трансформаторно-резистивного делителя напряжений, как изображено на рисунке 7.

 

 

В этом случае необходимо произвести расчет делителей напряжения для конкретного трансформатора и правильно выбрать рассеиваемую мощность резисторов R5-R7 (рисунок 7). Для обеспечения наивысшей точности измерений необходимо, что бы действующее значение напряжение на вторичной обмотке трансформатора было не менее 12 В.
Вторичный делитель напряжения на резисторах R1R2 (рисунок 6) подбирают исходя из условий, что бы напряжение на входе ADC микроконтроллера находилось в пределах 2,2...3,0 В., при номинальном напряжении в электросети. Не следует увеличивать или уменьшать ёмкость конденсатора C5 и в значительных пределах изменять номинал резистора R2 (рисунок 6), так как это негативно повлияет на точность измерений и быстродействие схемы защиты. Для компенсации падения напряжения на диодах схемы введена программная калибровка вольтметра по 2-м точкам.
На резисторах R3 и R4 собран делитель напряжения АКБ для измерения микроконтроллером текущей степени заряда.
Элементы R1 и VD1 на блок-схеме устройства (рисунок 2) служат для снижения тока заряда аккумуляторной батареи при ее использовании в составе устройства.
АКБ можно применять как литий-ионную на 3-4 ячейки, так и другие типы (никель-кадмиевую, свинцово-кислотную). Возможно даже применение не перезаряжаемых элементов (батареек), однако в этом случае необходимо исключить из схемы (не устанавливать) резистор R1, ограничивающий ток заряда во избежание проблем с зарядом батареек. В любом случае необходимо своевременно их заменять.
При использовании литий-ионной батареи необходимо позаботиться о наличии в ней контроллера заряда-разряда, и желательно схемы балансировки элементов (банок) АКБ (рисунок 2).
При использовании иных типов АКБ необходимо подобрать выходное напряжение источника питания таким образом, чтобы при нормальной работе устройства, напряжение на батарее и ток через АКБ в режиме хранения не превышал допустимых для нее значений.
Не стоит объединять источник питания (на рисунке 2) устройства и схему измерения сетевого напряжения (рисунок 6), даже используя отдельную обмотку трансформатор, чем грешат многие аналогичные устройства защиты и измерения напряжения в электросети [1].
Попытка использовать измерительный трансформатор для питания устройства с неравномерным током потребления (срабатывания реле, периодический заряд АКБ, ШИМ регулировка яркости подсветки ЖКИ и периодические изменения токопотребления со стороны GSM модуля) приводят к значительным (до 30%) колебаниям напряжения измерительной обмотке трансформатора и ложным срабатываниям устройства.
Прежде чем использовать встроенные в устройство стабилизатор напряжения и устройство защиты от перенапряжений (рисунок 2), необходимо правильно откалибровать вольтметры.
Калибровка выполняется при помощи коррекции коэффициентов в меню устройства. Для входа в режим калибровки вольтметров необходимо одновременно нажать кнопки "+" и "-" устройства, при этом экран примет вид, как изображено на рисунке 8.

Измерив образцовым вольтметром напряжение на аккумуляторной батарее, необходимо кнопками "+" и "-" установить, как можно более близкое значение напряжения на экране устройства.
При удержании кнопок "+" и "-" более 3-х секунд, скорость изменения настраиваемого параметра ускоряется в 10 раз в любом пункте меню. Это сделано для удобства ввода настроек устройства. Настраиваемый параметр во всех пунктах меню устройства мигает.
После того как напряжение АКБ выставлено, необходимо кратковременно нажать кнопку "Menu/OK". Устройство перейдет к калибровке схемы измерения напряжения электросети, а экран индикации примет вид, изображённый на рисунке 9.

В нижней строке ЖКИ мигающим параметром отображается устанавливаемое напряжение в электросети, а в верхней строке текущее напряжение, измеренное в единицах АЦП микроконтроллера.
Для калибровки вольтметров сетевого напряжения рекомендуется собрать схему, позволяющую подать на вход измерительной трансформатора устройства, пониженное сетевое напряжение в диапазоне 70...130 В. В качестве такового может выступать понижающий трансформатор (в том числе тот, что запланирован для реализации стабилизатора напряжения на базе данного устройства) или простейший делитель напряжения на резисторах.
Подав пониженное напряжение на измерительный трансформатор кнопками "+" и "-" необходимо установить на экране действующее значение напряжения, максимально близкое к измеренному образцовым среднеквадратичным вольтметром. Далее, нажатием кнопки "Menu/OK", перейти к следующему пункту настройки. Теперь на вход микроконтроллера необходимо подать реальное сетевое напряжение или же напряжение выше сетевого, но так, что бы напряжение на входе АЦП микроконтроллера не превышало 3,2 В. Необходимо вновь установить на экране измеренное образцовым вольтметром напряжение и сохранить настройки нажатием кнопки "Menu/OK".
Программа микроконтроллера после нажатия кнопки подтверждения ввода настроек самостоятельно рассчитает калибровочные коэффициенты и сохранит из в энергонезависимой памяти. Возврат к предыдущему пункту меню или настройкам производится кнопкой "Cancel".
Описанная выше процедура калибровки вольтметра сетевого напряжения довольно сложная, но она позволяет получить высокую точность измерений при минимальной простоте электрической схемы измерительной части устройства. Калибровка по 2-м точкам необходима для компенсации нелинейности падения напряжения на диодах выпрямительного моста. Наивысшая точность калибровки достигается при максимальной возможной разности значений напряжений в точках калибровки. Поэтому рекомендуется, что бы напряжение сети на первом этапе калибровки было как можно меньше, но при этом, необходимо следить, что бы на выходе диодного моста схемы измерений было напряжение не менее 1 В. В то же время на втором этапе калибровки желательно обеспечить максимально возможное напряжение в электросети, не превысив при этом значения 3,2 В. на измерительном входе микроконтроллера. При использовании трансформатора 230/15 В. и указанных на схеме номиналах, при калибровке вольтметра устройства напряжениями 70 и 230 В. обеспечивается точность измерения в диапазоне +/-1,5 В. Процедуру калибровки можно было бы значительно упростить если бы в схеме использовался активный выпрямитель постоянного тока на базе операционного усилителя с двуполярным питанием, однако это существенно усложнило бы схемотехнику устройства и увеличило его стоимость.
Вход в меню настроек устройства осуществляется кнопкой "Menu/OK" (рисунок 10). Перемещение по пунктам меню и изменение параметров, соответственно, кнопками "+" и "-". Удержание кнопок, как уже писалось выше, приводит к ускорению шага изменения настраиваемого параметра.


В главном меню нажатие кнопок "+" и "-" приводит к изменению установленной температуры текущего интервала (рисунок 17). Данное значение сохранится до конца интервала, если по окончании изменения температуры будет нажата кнопка "Menu/OK". Нажатие кнопки "Cancel" приведет к отмене сохранения нового значения температуры для текущего интервала. Измеренное значение температуры действует только до конца текущего интервала времени или суток (если выбран обычный или экономичный режим).


В рабочем режиме на экран периодически выводится такая же информация, как и при изменении температуры текущего интервала (рисунок 17): режим термостатирования, температура текущего интервала, номер текущего интервала и время его окончания.
Изменить температуру текущего интервала можно и при помощи SMS-сообщения. Для этого необходимо отправить с разрешённого номера сообщение с текстом:

Temperature=ХХ.Х

где ХХ - цифры, задающие температуру интервала.
Для установки температуры текущего интервала 12,3 градуса необходимо отправить SMS с текстом

Temperature=12,3

или

Temperature=12.3

или

Temperature=12 3С.

Знак разделителя между цифрами целой и дробной части может быть любым. Знак градусов в виде латинской буквы C не обязателен. При отправке двузначного значения температуры, например

Temperature=18

температура будет установлена равной 18 градусам Цельсия. Обязательным условием корректной установки температуры посредством SMS является отсутствие кириллицы в сообщении! Возможный диапазон указания температуры 10...40 градусов Цельсия. Значения вне данного диапазона игнорируются. Попытка задать трёхзначные значения температуры, например

Temperature=123C

приведет к установке температуры на основе только первых 2х цифр (12 градусов Цельсия в данном случае).
Для смены текущей программы термостатирования (режима термостатирования) необходимо кратковременно нажать кнопку "Cancel". Экран устройства покажет текущий выбранный режим. Кнопками "+" и "-" можно выбрать другую программу. Для подтверждения выбора необходимо нажать кнопку "Menu/OK", а для отмены выбора "Cancel".
Изменить режим (программу) термостатирования можно и при помощи SMS сообщения. Текст сообщения в этом случает должен содержать лишь латинские символы и слово

Rejim=

После знака “=” необходимо указать требуемый режим работы:

Sutochn - для суточного режима,
Nedeln - для недельного,
Econom - для экономичного,
Letnii - для летнего режима работы,
Normal - для обычной стандартной программы поддержания температуры,
All_On - для постоянного включения системы отопления.

Например, отправка в SMS сообщении команды

Rejim=Letnii

приведет к установке "Летней" программы работы устройства, то есть отключению функции отопления. Однако в данном режиме работы, как и в других, остаётся активной функция антизамерзание, при которой отопление будет включено при снижении температуры датчика N2 (имеющего название "Дом") при назначении датчиков, ниже +5 градусов Цельсия.
Возможно комбинирование в одном SMS сообщении команд смены режима и установки температуры текущего интервала термостатирования с другими командами, однако следует помнить, что программа установки режима работы, должна предшествовать команде установки температуры интервала для корректной установки нового значения температуры. Например, для удаленного включения отопления на даче перед приездом, достаточно отправить команду

Regim=Normal, Temperature=22

что бы включить отопление с температурой 22 градуса и заранее прогреть помещения.
Нажатие кнопки "Menu/OK" в нормальном режиме работы устройства приведет к входу в системное меню, в котором производится настройка устройства и программ термостатирования. В меню "Настр. программ" производится предварительная настройка программ термостатирования. Для настройки конкретной программы необходимо выбрать ее войти в меню настроек конкретной программы нажатием кнопки "Menu/OK".
В обычном режиме работы производится постоянное поддержание заданной температуры независимо от времени суток и дня недели, поэтому возможна настройка только одной температуры.
В экономичном режиме так же производится настройка значения только одной температуры.
В суточном режиме можно настроить температуру любого из 12 временных интервалов и установить время действия данного интервала. Начало первого временного интервала в 0 часов 00 минут каждых суток. Время окончания каждого временного интервала можно задать в пределах 0.01... 23.59 часов. При этом настройки интервалов времени в которых время начала и конца равны, устройством игнорируются. Поэтому если вам необходимо задать менее 12 суточных интервалов термостатирования, просто оставьте при настройке лишних временных интервалов время конца интервала равным времени его начала. Обязательным к настройке является только время первого и последнего 12-го интервала времени. Последний интервал времени действует с установленного времени до 0.00 часов каждых суток. Диапазон установки времени от 0.01 до 23.59 часов. Если задать время начала последнего интервала 23.59, то действовать он будет с указанного времени до полуночи, т.е. всего одну минуту.
Температуру текущего интервала можно задать в пределах от 10 до 40 градусов Цельсия.
В недельном режиме настройка интервалов аналогично суточному, однако предварительно нужно выбрать настраиваемый день недели. Выбор дней недели возможен между воскресеньем, субботой, пятницей и остальными днями недели (понедельник-четверг).
В пункте меню "Настройка индикации" производится настройка времени смены информации на экране в основном режиме, а также настраивается яркость подсветки и контрастность дисплея.
В пункте меню "Защита сети" производится настройка порогов напряжений при которых производится мгновенное отключения реле подачи напряжения на отопительное оборудование (параметры UL и UH, соответственно, для нижнего верхнего порога мгновенного отключения) и порогов напряжений замедленного отключения (Ul и Uh, соответственно, для нижнего и верхнего порогов замедленного отключения). После ввода и сохранения настроек порогов, в этом же пункте меню производится настройка времени, в течение которого допускается нахождение напряжения вне порогов замедленного отключения, а также времени на которое будет отключена нагрузка после устранения аварийной ситуации в электросети.
При выходе напряжения за пределы порогов быстрого отключения производится почти мгновенное отключение реле защиты. Быстродействие схемы отключения не превышает 100 мс., при указанных на схеме номиналах.
В устройстве имеются выходы для подключения электромагнитных реле, которые срабатывают при выходе напряжения за установленные пороги напряжений замедленного отключения. Используя схему, изображенную на рисунке ниже, можно реализовать стабилизатор сетевого напряжения. В авторском варианте для этих целей использовался стандартный трансформатор мощностью 120 Вт., рассчитанный на напряжения 230/36/36 В., включенный по схеме автотрансформатора. Возможно использование и стандартного автотрансформатора от вышедшего из строя стабилизатора напряжения. В этом случае настройки порогов срабатывания реле Ul и Uh необходимо установить в зависимости от напряжений, на которые рассчитаны отводы обмоток. Возможно в процессе предварительной настройки потребуется подбор порогов переключения для конкретного, имеющегося в распоряжении, автотрансформатора.

 

Для исключения частых переключений реле стабилизатора напряжения и продления срока их службы введен программный гистерезис, равный 5 В. Таким образом при установленном нижнем пороге, к примеру, в 200 В., срабатывание реле снижения напряжения произойдет при падении уровня измеренного напряжения ниже 200 В., а вот обратное переключение при напряжении 200 + 5 = 205 В. Для реле повышения напряжения отпускание якоря произойдет лишь при снижении напряжения ниже, чем задано в настройках устройства на 5 В.
В пункте меню "Поиск датчиков" производится поиск датчиков температуры типа DS18x20 и сопоставление их физических 64-битных номеров, логическим, отображаемых на экране устройства. Для облегчения назначения датчиков и поиска нужного, на экран выводится текущая температура выбранного датчика, номер и название логического датчика в устройстве.
Если при поиске будет найден всего один датчик температуры, то единственным возможным его начением будет «В доме:» (название по умолчанию) - датчик по которому осуществляется термостатирование. Он же назначается и как аварийный датчик перегрева.
При наличии 2х датчиков температуры, становится возможным любой из них назначить как датчик температуры дома и уличной температуры. Датчик выбранный как «Дом» при сопоставлении номеров в данном случае работает и как аварийный.
Датчик уличной температуры не используется в работе устройства и введен для удобства. Вы можете его переименовать, редактируя файл eeprom микроконтроллера, в любое осознанное название, в зависимости от выполняемой функции.
При наличии 3-х и более датчиков температуры, датчик с виртуальным номером 3 является датчиком защиты от перегрева. Его можно использовать для контроля температуры подающего трубопровода или температуры конструкций, расположенных вблизи дымохода. При поиске и назначении датчиков он имеет название «Защита». При отображении температур во время работы устройства его название по умолчанию «Датч.№03:» и может быть изменено, как описано выше.
При нагреве свыше 95 градусов Цельсия реле термостата отключаются независимо от текущей температуры датчика №1, за исключением случаев срабатывания защиты от замерзания (когда температура датчика №1 «Дом» менее 5 градусов Цельсия).
Если же датчиков более 3-х, но не более 10, то температура и название каждого, отображается на экране устройства через заданные в меню «Настройка индикации» интервалы времени. Данные датчики не участвуют в процессе термостатирования.
При подключении к устройству датчика влажности типа SHT-21D или HTU-21, с данного датчика будет считана информация о текущей влажности и температуре и выведена на экран (рисунок 15).

 

При отправке SMS о статусе устройства влажность и температура с датчика так же будут присутствовать в SMS (рисунок 11).

 


Подключение данного датчика не является обязательным для работы устройства.
Поскольку в схеме присутствует стабилизаторы напряжения как 5 В. (для питания ЖКИ 1602), так и 3,3 В., для микропроцессорной части схемы, возможно подключать готовые платы датчиков SHT-21D и HTU-21 с обоими вариантами напряжений питания, а также с наличием преобразователя уровней для интерфейса I2C.
Питание ЖКИ индикаторов напряжением 3,3 В. не позволят получить необходимый контраст и скорость обновления изображения. Индикаторы, рассчитанные на работу с напряжением питания 5 В. наиболее распространены и дешевы.
Датчики температуры типа DS18x20 (DS18B20, DS18S20, DS1820) так же питаются от напряжения 3,3 В. При номинале подтягивающего резистора R10, указанном на схеме, и применении экранированного провода для передачи данных, легко достигается длина линии до 200 м. и выше.
В качестве GSM модуля может использоваться практически любой современный модуль, поскольку АТ команды, за счёт которых производится управление, стандартизированы.

 


Фактически работа устройства проверялась с модулями SIM800(L, H), SIM900(A), SIM868. Приобретаемый GSM-модуль должен иметь возможность работать при напряжении питания 10-16 В., в противном случае, необходимо позаботиться об стабилизаторе напряжения, желательно импульсного типа, для снижения нагрева и продления срока работы устройства от батареи резервного питания. Обязательно так же наличие в модуле сотовой связи транзисторного ключа, замыкающего кнопку включения питания модуля (PWR). В случае отсутствия такового, необходимо установить его на переходную плату или разместить навесным монтажом на плате GSM-модуля. Так же желательно наличие на плате транзисторного ключа, закорачивающего вывод RESET модуля на общий провод, так как это ускоряет перезапуск устройства и позволяет избежать "жёсткой" перезагрузки модуля путем отключения питания.

 

 

При установке GSM-модуля за пределами корпуса устройства, как в авторском варианте (для обеспечения устойчивой связи в условиях неуверенного приема, модуль связи вынесен на чердак жилого дома в отдельном корпусе), желательно что бы модуль имел встроенный UART-RS232 преобразователь уровней (как преобразователь уровней на ИМС DA1 на рисунке 3). При его отсутствии и необходимости разнесения платы микропроцессора и GSM-модуля далее 20 см. друг от друга следует использовать внешние конвертеры уровней UART-RS232. В любом случае, при длине линии связи между блоками устройства более 20 см., настоятельно рекомендуется использовать экранированный провод.
При возникновении ошибок связи микропроцессоров блока управления и GSM-модуля, ведётся подсчет неудачных попыток отправить SMS, позвонить по номеру или получить служебную информацию. Если число ошибок превысит разумный предел (он зависит от выполняемого действия), то микроконтроллер попытается перезагрузить GSM модуль подав сигнал сброса, а затем заново включить питание модуля и проинициализировать его. Подобный сброс называется "мягким". В случае если данное действие не приведет к успеху, например, не подключен вывод сброса или контроллер GSM модуля завис "намертво", то будет произведен "жёсткий" сброс модуля, путем отключения питающего напряжения на 3 секунды. Отключение питающего напряжения производится при помощи реле (реле управления питанием GSM на рисунке 2), подключенного к микропроцессорному модулю управления.
В принципе, возможна замена реле на транзисторный ключ или иной элемент коммутации, но понадобится доработка схемотехнического решения.
При звонке на устройство с номеров, которые сохранены в первых 9-ти ячейках SIM-карты, вызов будет сброшен после нескольких гудков и отправлена SMS, содержащая информацию о текущем состоянии устройства (рисунок 11).

Где:

06/06/18 0-38-28 – дата и время, установленные на устройстве,

Status=ALARM – текущее состояние устройства (статус). Может принимать значения «OK» (все в норме) и «ALARM» (состояние тревоги).

Ot=OFF – включены ли в текущий момент реле управления отопительным оборудованием (котлом и т.п.).

Rej=Normal – текущий режим термостатирования (описание режимов приведено выше).

Tin=20,0C – температура текущего временного интервала (поддерживаемая в текущий момент времени температура).

T01= 26,6C – температура датчика DS18x20 №1. «01» перед знаком «=» – это номер датчика. Отображается температура всех подключенных датчиков типа DS18x20.

BAT=13,56V – текущее напряжение батареи резервного питания.

POW= 73,1V – текущее напряжение в электросети.

T= 26,68C – текущая температура датчика влажности (если подключен).

H=97,6% – текущая относительная влажность (если подключен датчик влажности).

Точно такая же SMS будет выслана и при получении любого входящего сообщения, кроме сообщения с командой удаленного управления с USSD запросом, от первых 9-ти номеров, сохраненных на SIM-карте.
Номера на телефоне следует сохранять в международном формате. Если на SIM карте сохранен номер короче 13 символов, то при получении SMS с данного номер, ответная SMS будет отправлена на номер, записанный в ячейке №1 SIM-карты. Это позволяет отправлять SMS с запросами о состоянии устройства и удаленно управлять им при помощи сервисов рассылки SMS через интернет. Для этого необходимо лишь правильно сохранить номер с которого придёт SMS на SIM-карте (например «+1230» для МТС). По этой причине не следует сохранять короткие номера на SIM-карте, если вы хотите получать на них SMS с информацией о состоянии устройства. Категорически не рекомендуется записывать номер не в международном формате, состоящий менее чем из 13 цифр в ячейку памяти №1 на SIM-карте.
Любое событие, связанное с получением и отправкой SMS, отправкой USSD запроса или входящими и исходящими вызовами, установление и потеря связи отображается на экране устройства (рисунки 12, 13). События связанные с SMS и звонками так же приводят к включению на 15-30 секунд индикаторного светодиода HL2 (рисунок 3) и появлению напряжения на выводах 9, 10 (EVENT) разъёма X7 (рисунок 3).


Команды SMS-управления устройством для установки температуры и режима работы описывались выше. Кроме них, посредством SMS, возможно отправить устройству и другие команды:

Restart - немедленная перезагрузка устройства.

На экране устройства после получения SMS с командой отображается "Перезагрузка", после чего устройство в течение нескольки секунд перезагружается по сторожевому таймеру микроконтроллера, заново инициализируются все модули, в том числе и GSM. Не рекомендуется отправлять данную команду в SMS вместе с другими, так как они будут проигнорированы. Используйте команду «Restart» только в экстренных случаях, например, когда в результате повреждения провода или одного из датчиков температуры, показания остальных DS18x20 не могут быть прочитаны.

Otsrochka=24 - отсрочка в часах для тревожных сообщений и звонков.

Работает с момента получения SMS с командой до истечения установленного командой времени. Далее снова отсрочка по умолчанию (3 часа). Цифрами после знака «=» необходимо задавать число часов без десятичных после точки, например: «1» или «01» или «24». Диапазон допустимых значений от 1 до 24 часов.

USSD="#100#" - USSD запрос к оператору.

В кавычках после знака «=» задаётся номер для отправки USSD-сообщения оператору. В ответ на данное SMS устройство отправит ответное SMS с полученным от оператора на USSD-запрос ответом. Если в течение 1 минуты ответ получен не был, то устройство отправит стандартное SMS со своим текущим состоянием. При помощи USSD-запроса можно не только узнавать баланс на счету, но и подключать и отключать дополнительные услуги оператора. Если в ответ на запрос баланса приходит набор не читаемых символов, то необходимо обратится к оператору и уточнить как получать информацию на транслитерации или английском языке. Часто для этого требуется отправлять другой USSD-запрос, например, «#100#» вместо стандартного запроса «*100#» или другой USSD-командой выбрать транслитерацию при отображении баланса (рисунок 12).

Все указанные выше команды, отправляемые устройству посредством SMS, могут объединятся в одну с учетом описанных ранее исключений.
При возникновении аварийной ситуации (пропадании питания, критическом разряде батареи резервного питания, выходе напряжения в электросети за допустимые пределы) будет осуществлен автоматический дозвон на номера (кроме коротких), записанные в памяти SIM-карты. По окончании дозвона на все доступные номера будет произведена рассылка SMS о состоянии устройства. По умолчанию рассылка и звонки будут повторятся каждые 3 часа, если аварийная ситуация не была устранена за данное время. Посредством отправки SMS с командой «Otsrochka=XX» можно отложить повторную отправку SMS и автодозвон на срок от 1 до 24 часов, как описано выше.
Так же при возникновении аварийной ситуации начнет мигать с частотой 0,5 Гц. светодиод HL4, а на выходе ALARM разъёма Х7 микропроцессорного модуля (рисунок 3) с такой же частотой появятся прямоугольные импульсы напряжения. Рекомендуется подключать к данному разъёму звуковой (бузер) или светозвуковой сигнализатор неисправности (рисунок 2), рассчитанный на рабочее напряжение 12-15 В.
Отключить светозвуковой сигнал для текущей аварийной ситуации можно удержанием около 3-х секунд кнопки «Cancel». При возникновении новой аварийной ситуации сигнал неисправности появится вновь.


Перед установкой SIM-карты в устройство рекомендуется предварительно удалить с нее все имеющиеся SMS-сообщения и записать необходимые доверенные номера телефонов в ячейки телефонного справочника SIM-карты. Так же полезным будет отключить все возможные подписки и рассылки, чтобы не тратить процессорное время на обработку "SMS-спама».

Поскольку уже фиксировались неоднократные попытки поставить на "поток" производство данных устройств со стороны недобросовестных "бизнесменов", не уведомляя об этом автора, введена активация прошивки каждого изготовленного устройства.
Для активации прошивки необходимо подключить GSM модуль, который в дальнейшем будет использоваться совместно с устройством, и настроить время близкое к полуночи или дождаться наступления полночи.
Как только на часах будет полночь, на экране устройства появится запрос кода активации прошивки. В верхней строке ЖКИ отобразится сгенерированный на основе типа, версии прошивки и IMEI GSM модуля, а также текущего напряжения на входах АЦП микроконтроллера, индивидуальный и уникальный серийный номер устройства, а в нижней строке - поле для ввода ключа активации. Работа устройства при этом будет заблокирована. Термостат и стабилизатор напряжения и цепи защиты продолжат работать, но без возможности внести изменения в настройки или выбрать режим работы.
Показанный на экране серийный номер (рисунок 14) устройства необходимо отослать автору на email DeRex.Evo{пёсик}ya.ru. В ответном письме будет выслан код активации устройства, который необходимо ввести в нижнее мигающее поле ЖКИ. Обязательными условиями для получения кода является фото устройства, регистрация на радиокоте и постоянное участие в жизни форума "Радиокот".
Ввод кода активации производится при помощи кнопок "+" и "-", а перемещение между полями ввода цифр кнопками "MENU" и "CANCEL". Если будет введено правильное значение кода, то устройство будет разблокировано и продолжит работу, не требуя в дальнейшем активации.


При отсутствии GSM модуля устройство так же будет работать, не требуя активации прошивки, но с ограниченным функционалом (без GSM контроля и управления).
Процедура активации устройства абсолютно бесплатна при условии: один ключ в одни руки.
Файлы рисунков печатной платы устройства и файлы прошивки flash и eeprom микроконтроллера доступны для скачивания по ссылке внизу статьи.

 

Список использованных источников:

1. http://2zv.ru/article/5400-relejnyj-stabilizator-so-srednekvadratichnym-volitmetrom

 

 


Файлы:
EEPROM в формате bin

Прошивка v.1.27_DS1307
Прошивка v.1.28.zip
Прошивка v.1.28_DS1307


Все вопросы в Форум.




Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

31 4 0
1 0 0