AVT5361.pdf

(1210 KB) Pobierz

PROJEKTY

4dimmer

4-kanałowy regulator oświetlenia

XXI wiek to wiek

mikrokontrolerów! To śmiała

teza, lecz trudno jej zaprzeczyć,

ponieważ mikrokontrolery

znajdują się dzisiaj prawie

wszędzie. Od prostych urządzeń

AGD, po skomplikowane

systemy stosowane w wojsku,

medycynie czy nauce. Dzięki

nim rośnie funkcjonalność

urządzeń, a jednocześnie maleje

cena. Cóż, świat zmienia się

i to, co kiedyś dostępne było

dla nielicznych, dzisiaj staje

się niemalże powszechne.

Biorąc pod uwagę stały

spadek cen mikrokontrolerów

i towarzyszący mu wzrost

ich możliwości celowe wydaje

się ich wykorzystywanie

nawet w urządzeniach, które

to można byłoby zbudować

bez ich udziału. Zyskuje się

w ten sposób zwiększoną

funkcjonalność. Przykładem

tego typu zastosowań jest

opisany w niniejszym artykule

4-kanałowy ściemniacz

oświetlenia sieciowego, który

dzięki wyposażeniu go

w popularny mikrokontroler

zyskał dodatkową funkcjonalność

oraz ergonomię obsługi.

Rekomendacje:

ściemniacz

przyda się w każdym domu

czy to do poprawienia komfortu

życia, czy do aranżacji wnętrza.

Schemat układu

4dimmer

pokazano

rysunku 1

rysunku 2.

Jak widać, jest

to system z mikrokontrolerem, którego ser-

cem jest popularny i tani mikrokontroler

ATmega8. Jego głównym zadaniem jest

odbiór i dekodowanie rozkazów interfejsu

podczerwieni standardu RC5, sterowanie ja-

snością żarówek 230 V przeznaczonych do

podłączenia do każdego z 4 kanałów urzą-

dzenia oraz obsługa wyświetlacza LED (2 wy-

świetlacze 7-segmentowe i 4 diody LED) sta-

nowiącego element interfejsu użytkownika.

AVT

5361

Pierwsze z zadań (dekodowanie sygna-

łów standardu RC5) zrealizowano wyko-

rzystując minimum zasobów sprzętowych

mikrokontrolera, czyli układ czasowo – licz-

nikowy Timer1 oraz dwa generowane przez

niego przerwania: od przechwycenia zawar-

tości licznika Timer1 wyzwalane dynamicz-

nie zmienianym zboczem sygnału na wejściu

ICP mikrokontrolera, a odpowiedzialne za

pomiar czasu trwania tzw. półbitów przebie-

gu Manchester (czyli de facto dekodujące ten

standard) oraz przerwanie od przepełnienia

zawartości licznika Timer1 zabezpieczające

procedurę dekodującą przed niepełnymi lub

błędnymi ramkami danych.

W ciekawy, acz dość standardowy sposób

rozwiązano zagadnienie drugie, czyli stero-

wanie jasnością żarówek 230 V zaprzęgając

do tego celu nieco więcej zasobów układu.

Zastosowano tzw. sterowanie fazowe, któ-

re polega na ograniczeniu prądu płynącego

przez odbiornik zasilany napięciem siecio-

wym 230 V (w naszym przypadku żarówkę)

poprzez „wycięcie” części przebiegu napięcia

zasilającego w każdym okresie takiego prze-

biegu (podobnie jak to ma miejsce przy ste-

rowaniu PWM tyle, że tutaj regulujemy wy-

pełnienie sinusoidy napięcia zasilającego).

To wypełnienie regulujemy poprzez zmianę

czasu upływającego od przejścia przebiegu

napięcia zasilającego przez 0 do czasu załą-

czenia triaka wykonawczego (im większe jest

to opóźnienie tym mniejsza średnia moc do-

starczana do odbiornika). Aby tego dokonać

niezbędny jest dokładny układ synchronizu-

jący nasz algorytm z przebiegiem napięcia

W ofercie AVT *

AVT-5361 A

AVT-5361 B

AVT-5361 UK

Podstawowe informacje:

• Napięcie zasilania: 230 V AC.

• Moc pobierana z sieci: 2 W.

• Liczba kanałów regulacji: 4.

• Maksymalny prąd (na kanał): 12 A (zależny od

triaka i sposobu chłodzenia)

• Liczba obsługiwanych rozkazów RC5: 10

• Liczba kroków regulacji: 100

• Ustawienia ważniejszych FUSE BIT’ów:

CKSEL3..0: 1111

SUT1..0: 11

EESAVE: 0

Dodatkowe materiały na CD/FTP:

ftp://ep.com.pl,

user:

17081

, pass:

3074cxog

• wzory płytek PCB

• karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów

oznaczonych w Wykazie elementów kolorem

czerwonym

Projekty pokrewne na CD/FTP:

(wymienione artykuły są w całości dostępne na CD)

AVT-1613 Regulator obrotów wentylatora 230 V

z silnikiem indukcyjnym (EP 4/2011)

AVT-1007 Regulator obrotów silnika elektrycznego

(EP 8/1994)

AVT-2210 Najprostszy regulator mocy 230 V

(EdW 3/1997)

AVT-422 Regulator obrotów silnika 230 V

(EP 5/1998)

* Uwaga:

Zestawy AVT mogą występować w następujących wersjach:

AVT xxxx UK to zaprogramowany układ. Tylko i wyłącznie. Bez

elementów dodatkowych.

AVT xxxx A

płytka drukowana PCB (lub płytki drukowane, jeśli

w opisie wyraźnie zaznaczono), bez elementów dodat-

kowych.

AVT xxxx A+ płytka drukowana i zaprogramowany układ (czyli

połączenie wersji A i wersji UK) bez elementów dodat-

kowych.

AVT xxxx B

płytka drukowana (lub płytki) oraz komplet elementów

wymieniony w załączniku pdf

AVT xxxx C

to nic innego jak zmontowany zestaw B, czyli ele-

menty wlutowane w PCB. Należy mieć na uwadze, że

o ile nie zaznaczono wyraźnie w opisie, zestaw ten

nie ma obudowy ani elementów dodatkowych, które

nie zostały wymienione w załączniku pdf

AVT xxxx CD oprogramowanie (nieczęsto spotykana wersja, lecz

jeśli występuje, to niezbędne oprogramowanie można

ściągnąć, klikając w link umieszczony w opisie kitu)

Nie każdy zestaw AVT występuje we wszystkich wersjach! Każda

wersja ma załączony ten sam plik pdf! Podczas składania zamówienia

upewnij się, którą wersję zamawiasz! (UK, A, A+, B lub C)

http://sklep.avt.pl

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 9/2012

4-kanałowy regulator oświetlenia

sieciowego. Do tego celu wykorzystano po-

pularny optoizolator PC814, który w swojej

strukturze integruje dwie diody LED połą-

czone przeciwsobnie i fototranzystor wyj-

rejestru OCR2). Przerwanie OC2 realizuje

natomiast obsługę zaimplementowanych, 4

kanałów regulacji fazowej poprzez cykliczne

załączanie odpowiednich triaków w chwili

zależnej od wartości zmiennych globalnych

definiujących ustawienia żądanej jasności

(Phase(0)… Phase(3)). Na

rysunku 3

poka-

zano zrzut ekranu oscyloskopu (złożenie 2

ekranów pomiarowych) ukazujący rzeczy-

wiste przebiegi: napięcia na wyjściu układu

detekcji przejścia napięcia sieciowego przez

zero (przebieg „1”), napięcia sterującego

pierwszym kanałem regulacji (końcówka

PC3 mikrokontrolera, przebieg „2”) oraz na-

pięcia na wyjściu BULB1 urządzenia (zasi-

lającego żarówkę 230 V, przebieg „3”). Reje-

strację sporządzono dla ustawionej wartości

jasności rzędu 30%.

Dla każdego z kanałów przewidziano

100 kroków regulacyjnych, których war-

tość zadawana jest przy pomocy zmien-

nych globalnych w głównej pętli programu

obsługi (jako rezultat wykonania rozkazów

przesłanych przy pomocy podczerwieni)

i synchronizowana z odpowiadającymi

im zmiennymi w przerwaniu INT0. Jako,

że regulacja taka niesie za sobą niedogod-

ność w postaci silnych zniekształceń prą-

du płynącego przez odbiornik, a co za tym

idzie – powstanie harmonicznych wyższe-

go rzędu powodujących za-

kłócenia

radioelektryczne

(zwłaszcza w zakresie fal

długich i średnich) zastoso-

wano prosty układ gasika na

wyjściu (C7…C10/R14…R17)

każdego z kanałów zmniej-

szający wspomniane zakłóce-

nia. W celu skrócenia czasu

wykonania wspomnianych

ściowy. Dzięki temu na wyjściu tego

elementu (kolektor wbudowanego

fototranzystora) otrzymujemy bardzo

wąską szpilkę dla każdego przejścia

przez 0 przebiegu napięcia sieciowe-

go (dokładnie, na chwile przed przej-

ściem napięcia sieciowego przez 0).

Narastające zbocze tej szpilki wyzwala

przerwanie zewnętrzne INT0, którego

procedura obsługi odpowiedzialna jest

za synchronizację regulacji fazowej

wszystkich kanałów. W tej procedu-

rze jest uruchamiany układ czasowo-

-licznikowy Timer2 w trybie CTC,

dla którego parametry pracy dobrano

w taki sposób by w czasie jednej po-

łówki przebiegu napięcia zasilającego

(pomniejszonej o połowę szerokości

„szpilki” wyzwalającej) nastąpiło 100

przerwań OC2 Timera2 (od porów-

nania zawartości licznika z wartością

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 9/2012

Rysunek 1. Schemat ideowy układu 4dimmer – moduł główny

PROJEKTY

Rysunek 4. Schemat montażowy układu

4dimmer – moduł główny

Montaż

Rysunek 2. Schemat ideowy układu 4dimmer – moduł wyświetlacza

procedur obsługi przerwań INT0 i OC2 sto-

sowne algorytmy obsługi napisano w asem-

blerze. Treść obu procedur obsługi przedsta-

wiono na

listingu 1

i listingu 2.

Ostatnim

zadaniem

realizowanym

przez mikrokontroler jest wizualizacja sta-

nu pracy urządzenia za pomocą dwóch

7-segmentowych wyświetlaczy LED po-

kazujących informacje o stanie regulacji

oraz o statusie pracy urządzenia (w try-

bie

Setup)

oraz 4 diod LED informujących

o aktywnym kanale regulacji. Sterowanie

pracą tego modułu odbywa się w sposób

tradycyjny z wykorzystaniem multiplekso-

wania realizowanego dzięki wykorzystaniu

układu czasowo-licznikowego Timer0 oraz

przerwania generowanego po przepełnie-

niu tego licznika (w naszym wypadku 180

razy na sekundę). Katody obu wyświetlaczy

jak i katody grupy diod LED połączone są

odpowiednio razem i sterowane z portu

PORTD mikrokontrolera. Cykliczne, ko-

lejne załączanie poszczególnych wyświe-

tlaczy możliwe jest dzięki wykorzystaniu

tranzystorów sterujących (T5…T7) wspól-

nymi anodami wspomnianych elementów

i portu PORTB mikrokontrolera (końcówki

PB3…PB5).

Schematy

montażowe

ściemniacza

4dimmer

pokazano na

rysunku 4

rysun-

ku 5.

Montaż urządzenia rozpoczynamy od

wlutowania wszystkich elementów bier-

Rysunek 5. Schemat montażowy układu

4dimmer – moduł wyświetlacza

Listing 1. Procedura obsługi przerwania INT0 (synchronizacja z przebiegiem napięcia

sieciowego).

‚Przerwanie wyzwalane rosnącym zboczem sygnału

‚na wejściu INT0 (z detektora przejścia przez zero

‚sieci 230 V)

Zero_detector:

$asm

push

r24

‚R24 na stos

in r24, SREG

‚Ładujemy do R24 rejestr SREG

push

r24

‚R24 na stos czyli de facto SREG na stos

‚Zatrzymujemy Timer2, gdyż bity preskalera równe 0,

‚a ustawiony tylko bit WGM21 trybu CTC

LDI R24, 8

Out Tccr2 , R24

‚Wygaszenie kolejnych żarówek - zanim napięcie

‚sieciowe faktycznie przejdzie przez zero

Cbi Portc , 0

CBI Portc , 1

CBI Portc , 2

CBI Portc , 3

Ldi R24 , 100 ‚Wpisanie do zmiennej globalnej Steps liczby kroków=100

STS {Steps}, R24

‚Synchronizacja zmiennych globalnych sterujących jasnością

‚każdego z kanałów z odpowiadającymi im zmiennymi procedur ISR

Lds R24 , {Phase(0)}

‘Phaseisr(0) = Phase(0)

STS {Phaseisr(0)},R24

Lds R24 , {Phase(1)}

‘Phaseisr(1) = Phase(1)

STS {Phaseisr(1)},R24

Lds R24 , {Phase(2)}

‘Phaseisr(2) = Phase(2)

STS {Phaseisr(2)},R24

Lds R24 , {Phase(3)}

‘Phaseisr(3) = Phase(3)

STS {Phaseisr(3)},R24

Ldi R24 , 0

Out Tcnt2 , R24

‚Wyzerowanie licznika Timer2

‚Uruchomienie Timer2 -> tryb CTC, Preskaler=8,

‚OCR2 = 93 (ustawiony na początku programu obsługi)

Ldi R24 , 10

Out Tccr2 , R24

‚Odtworzenie SREG i R24

pop r24

Out Sreg , R24

pop r24

$end Asm

Return

Rysunek 3. Charakterystyczne, rzeczywi-

ste przebiegi napięć sterujących regulacji

fazowej

ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 9/2012

4-kanałowy regulator oświetlenia

Tabela 1. Lista komunikatów układu 4dimmer wraz z ich znaczeniem dla pracy

urządzenia

Komunikat

0 99

Znaczenie

Bieżący poziom jasności wybranego kanału regulacji

Maksymalny poziom jasności wybranego kanału regulacji