Sterownik oswietlenia z licznikiem osob, ogólna elektronika, Projekty na NE555

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Sterownik oświetlenia z licznikiem osób
P R O J E K T Y
Sterownik oświetlenia
z licznikiem osób
AVT−863
W†artykule przedstawiamy
opis konstrukcji sterownika
oúwietlenia, ktÛry zlicza osoby
wchodz¹ce do
lub†wychodz¹ce
z†pomieszczenia
i†automatycznie zapala lub
gasi w†nim úwiat³o.
Proponujemy do wykonania
sterownik w jednej z†dwÛch
wersji - w jednej na
wyúwietlaczu jest wskazywana
liczba osÛb znajduj¹cych siÍ
aktualnie w†obs³ugiwanym
przez sterownik
pomieszczeniu.
Sterownik przedstawiony w†ar-
tykule pozwala zautomatyzowaÊ
w³¹czanie i wy³¹czanie oúwietle-
nia w†dowolnym pomieszczeniu,
co z†jednej strony u³atwia i†uprzy-
jemnia jego eksploatacjÍ, a†z†dru-
giej - pozwala oszczÍdziÊ nieco
cennej energii.
Program steruj¹cy prac¹ mikro-
kontrolera powsta³ w†oparciu
o†znany naszym Czytelnikom gra-
ficzny kompilator ST6-Realizer.
Na p³ycie CD-EP4/2000 oraz w†In-
ternecie dostÍpne s¹ ürÛd³owe
wersje dwÛch programÛw przygo-
towanych z†myúl¹ o†prezentowa-
nym sterowniku.
jedynymi moøliwymi do zastoso-
wania aktywnymi czujnikami
podczerwieni. Zamiast nich moø-
na wykorzystaÊ dowolne inne
bariery z†wyjúciami przekaüniko-
wymi lub OC.
Na g³Ûwnej p³ytce sterownika
znajduje siÍ mikrokontroler, syg-
nalizator akustyczny, przekaünik
PK1 za³¹czaj¹cy obwody oúwiet-
leniowe, diody LED sygnalizuj¹ce
jego stan pracy oraz zasilacz,
ktÛry dostarcza niezbÍdnych na-
piÍÊ do funkcjonowania ca³ego
systemu. Sygnalizator akustyczny
wykonano przy uøyciu popularnej
kostki NE555 pracuj¹cej jako ge-
nerator astabilny.
Maksymalny pr¹d pobierany
przez ca³y uk³ad wynosi oko³o
40mA. Zasilacz jest oparty na
standardowym stabilizatorze sca-
lonym typu 7805. WartoúÊ pr¹du
pobieranego przez uk³ad zaleøy
w†g³Ûwnej mierze od uøytego prze-
kaünika, nadajnika podczerwieni
oraz wyúwietlacza LED.
G³Ûwnym zadaniem mikrokon-
trolera zastosowanego w†sterowni-
ku jest liczenie osÛb wchodz¹cych
i†wychodz¹cych. Jednoczeúnie od-
bywa siÍ sterowanie oúwietleniem
Opis uk³adu
Sterownik sk³ada siÍ z†piÍciu
(lub szeúciu - w†zaleønoúci od
wybranej opcji) podstawowych
blokÛw (
rys. 1
):
- odbiornika podczerwieni,
- nadajnika podczerwieni,
- bloku sterowania,
- wyúwietlacza (opcjonalnie),
- zasilacza,
- sygnalizatora akustycznego.
Modu³y odbiornika i†nadajnika
podczerwieni, zastosowane w†eg-
zemplarzu modelowym, nie s¹
Elektronika Praktyczna 4/2000
57
Sterownik oświetlenia z licznikiem osób
Opcjonalnie
przekaünik. Uøyty w†modelu prze-
kaünik moøe prze³¹czaÊ pr¹dy
o†wartoúci do 8A. Jeøeli uk³ad ma
prze³¹czaÊ tak duøe pr¹dy, to
úcieøki na p³ytce drukowanej po-
winny byÊ odpowiednio szerokie
oraz naleøy zastosowaÊ z³¹cza
zaciskowe na odpowiedni pr¹d.
Innym rozwi¹zaniem przy duøych
pr¹dach lub napiÍciach jest ste-
rowanie poúrednie, ktÛre polega
na tym, øe przekaünik na p³ytce
drukowanej o†niewielkiej obci¹-
øalnoúci stykÛw steruje przekaü-
nikiem ze stykami o†wiÍkszej ob-
ci¹øalnoúci.
Przycisk P1 ON/OFF spe³nia
rolÍ programowo obs³ugiwanego
w³¹cznika, ktÛry wprowadza pro-
cesor w stan normalnej pracy lub
j¹ blokuje. Przycisk P2 odpowiada
za zerowanie programowego licz-
nika osÛb.
Po w³¹czeniu zasilania na
wyprowadzeniu RESET proceso-
ra znajduje siÍ stan niski, ktÛry
umoøliwia inicjacjÍ pracy mikro-
kontrolera, czyli wykonanie re-
startu. Odpowiedzialny jest za to
obwÛd z³oøony z†rezystora R5
i†kondensatora C5 pod³¹czony do
wejúcia RESET procesora. Po
restarcie mikrokontroler przecho-
dzi w†stan czuwania (w prost-
szej wersji dioda D7 miga krÛt-
kimi impulsami). Naleøy wtedy
przycisn¹Ê przycisk ON/OFF, co
jest sygna³em rozpoczÍcia pracy
uk³adu.
LED D1 D2
SYGNALIZATOR
AKUSTYCZNY
PIEZO
+12V
ODBIORNIK
PODCZERWIENI
LICZNIK WEJή
Mikroprocesor
ST62T10/20
lub
opcjonalnie
ST62T15/25
Opcjonalnie
wskaŸnik LED
ODBIORNIK
PODCZERWIENI
LICZNIK WYJή.
PK1
NADAJNIK
PODCZERWIENI
ON
RESET
LICZNIKA
Rys. 1. Schemat blokowy włącznika.
w†pomieszczeniu oraz alarmowa-
nie, jeøeli zostanie w nim prze-
kroczona ustalona liczba osÛb.
Schematy ideowe sterownikÛw
w†obydwu wersjach s¹ przedsta-
wione na
rys. 2
i†
3
. Na rys. 2
przedstawiono schemat uk³adu
z†wykorzystaniem mikrokontrolera
ST6215/25 oraz wyúwietlacza sied-
miosegmentowego LED ze wspÛl-
n¹ katod¹. Na rys. 3†przedstawio-
no schemat uk³adu w†wersji
oszczÍdniejszej, wykonanej przy
uøyciu mikrokontrolera ST62T10/
20. W†tym przypadku sygnalizacja
pracy uk³adu jest moøliwa dziÍki
trzem diodom LED D5, D6, D7.
Podstawowe rÛønice pomiÍdzy
obydwoma uk³adami, poza typem
zastosowanego procesora oraz syg-
nalizacji optycznej, to po³¹czenia
poszczegÛlnych blokÛw z†portami
mikrokontrolera.
Wyúwietlacz siedmiosegmento-
wy jest do³¹czony do wyprowa-
dzeÒ PA0..PA6 procesora
ST62T15/25, skonfigurowanych ja-
ko wyjúcia
push-pull
. Diody LED
D5..D7 s¹ natomiast do³¹czone do
wyprowadzeÒ PA0..PA2 mikrokon-
trolera ST62T10/20 skonfigurowa-
nych takøe jako wyjúcia
push-
pull
.
Odbiornik podczerwieni zlicza-
j¹c osoby wchodz¹ce pod³¹czono
do wyprowadzenia 8†(PC5/PB7)
procesora. Wyprowadzenie to jest
skonfigurowane jako
wejúcie
no pull up
.
Odbiornik podczer-
wieni zliczaj¹cy oso-
by wychodz¹ce pod-
³¹czono do wypro-
wadzenia 9 (PC4/
PB6) mikrokontrole-
ra.
wieni zrealizowano poprzez por-
ty PB0 i†PB5 (wyjúcia
push-
pull
). Uk³ad US2 generuje ci¹g
impulsÛw prostok¹tnych w†mo-
mencie pojawienia siÍ stanu wy-
sokiego na wejúciu
reset
4
time-
ra US2. Prac¹ generatora steruje
procesor dla obydwu wersji po-
przez wyjúcie PB6 (
push-pull
).
W†obydwu wersjach sterowni-
ka wyjúcia PB4 mikrokontrolerÛw
steruj¹ prac¹ tranzystora T1, ktÛry
wprowadzony w†stan przewodze-
nia powoduje za³¹czenie przekaü-
nika PK1. Wyjúcia PB4 s¹ skon-
figurowane jako wyjúcie
push-
pull
. Przekaünik PK1 typu RM94P-
12-S jest elementem wykonaw-
czym, za³¹czaj¹cym oúwietlenie
w†pomieszczeniu, do ktÛrego
wchodzimy. DoúÊ waønym para-
metrem jest maksymalny pr¹d,
jaki bÍdzie prze³¹czany przez
Sterowanie na-
dajnikiem podczer-
Rys. 2. Schemat elektryczny włącznika z licznikiem liczby osób.
58
Elektronika Praktyczna 4/2000
Sterownik oświetlenia z licznikiem osób
Rys. 3. Schemat elektryczny sterownika w prostszej wersji.
W†uk³adach obydwu wersji na
wyjúciu PB2 (PB5) pojawi¹ siÍ
impulsy, ktÛre poprzez rezystor
R6 steruj¹ tranzystorem T4.
W†efekcie diody nadawcze D1
i†D2 úwiec¹ úwiat³em impulso-
wym. Diody s¹ zasilane poprzez
rezystor R8 z†linii zasilaj¹cej
+12V. Sygna³ impulsowy steruj¹cy
prac¹ tranzystora ma niewielk¹
czÍstotliwoúÊ (ok. 50Hz). Zmienne
natÍøenie promieniowania pod-
czerwonego oúwietla dwie rÛwno-
legle po³¹czone pary diod odbior-
czych (D3, D4 i†D9, D10), ktÛre
polaryzuj¹ bazy tranzystorÛw T2,
T3. RÛwnoleg³e po³¹czenie diod
odbiorczych ma na celu zwiÍksze-
nie k¹ta odbioru promieniowania
podczerwonego z†nadajnika oraz
zwiÍkszenie czu³oúci odbiornika.
Gdy diody odbiorcze s¹ oúwiet-
lone, na wyjúciu odbiornika po-
jawia siÍ napiÍcie - stan wysoki
- ktÛre jest podawane na wejúcie
mikrokontrolera. Przerwanie ob-
wodu bariery podczerwieni powo-
duje pojawienie siÍ stanu niskiego
na wejúciu mikrokontrolera, co
odbierane jest jako informacja
o†pojawieniu siÍ osoby.
Jeøeli najpierw zostanie prze-
rwany obwÛd zliczaj¹cy osoby
wchodz¹ce, licznik zwiÍkszy swÛj
stan o†1. W†chwilÍ pÛüniej zosta-
nie przerwany obwÛd zliczaj¹cy
osoby wychodz¹ce, lecz w†tym
momencie jest on zablokowany
przez obwÛd zliczaj¹cy osoby
wchodz¹ce. Podobna sytuacja jest
przy wyjúciu z†pomieszczenia,
z†tym, øe wtedy blokowanie od-
bywa siÍ w†odwrotnym kierunku.
Dodatkowo na wejúciach zastoso-
wano programow¹ zw³okÍ czaso-
w¹ przeciwdzia³aj¹c¹ ewentual-
nym zak³Ûceniom.
Na wyjúciu PB0 (PB4) pojawi
siÍ stan wysoki wprowadzaj¹c
tranzystor T1 w†przewodzenie
i†za³¹czaj¹c úwiat³o w†pomieszcze-
niu. Na wyúwietlaczu LED (w†wer-
sji bardziej z³oøonej) pojawi siÍ
cyfra informuj¹ca o†liczbie osÛb
w†pomieszczeniu. W†podobny spo-
sÛb funkcjonuje uk³ad w prostszej
wersji sterownika.
Limit osÛb przebywaj¹cych
w†pomieszczeniu zosta³ programo-
wo ustalony na dziesiÍÊ. Przekro-
czenie limitu sygnalizowane jest
w³¹czaniem siÍ sygna³u akustycz-
nego. W†wersji z†wyúwietlaczem
pojawi¹ siÍ trzy poziome kreski,
w†wersji prostszej zgaúnie dioda
D7 OK i†zapali siÍ dioda
D6 ALARM/ZA DUZO.
Wyúwietlacz LED jest
sterowany z†PA0..PA6
poprzez rezystory
R9..R15 o†wartoúci 820
wyúwietlacz ze wspÛln¹ anod¹.
W†tym celu podczas tworzenia
programu naleøy skonfigurowaÊ
porty PA0..PA6 jako wyjúcia ty-
pu
open-drain
. Naleøy rÛwnieø
na listwie wyprowadzeniowej do
wyúwietlacza zamiast masy pod-
³¹czyÊ +5V do anody wyúwiet-
lacza.
Na
rys. 4
znajduje siÍ schemat
zasilacza, ktÛry montowany jest
na g³Ûwnej p³ytce sterownika.
Montaø uk³adu
P³ytka drukowana sterownika
zosta³a zaprojektowana w†ten
sposÛb, øe przejúcie miÍdzy obie-
ma wersjami uk³adu polega na
wymianie procesora i†od³¹czeniu
czy teø przy³¹czeniu wyúwietla-
cza lub diod LED. Dodatkowo
naleøy zmieniÊ po³oøenie po-
szczegÛlnych zworek (wed³ug
opisu) oraz obci¹Ê dwa wypro-
wadzenia procesora ST6215/25,
ktÛre i†tak nie s¹ wykorzystane
w†sterowniku, tj. koÒcÛwki 6
(Ain/PC7) i†7 (Ain/PC7).
.
W†przypadku braku wy-
úwietlacza ze wspÛln¹
katod¹ moøna zastosowaÊ
Rys. 4. Schemat elektryczny zasilacza.
Elektronika Praktyczna 4/2000
59
Sterownik oświetlenia z licznikiem osób
Rys. 5. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej nadajnika IR.
wym) najlepiej umieúciÊ w†obudo-
wie plastykowej. Umieszczaj¹c ste-
rownik w†obudowie plastykowej
powinniúmy na obudowÍ wypro-
wadziÊ diody LED oraz przyciski
P1 i†P2.
Naleøy pamiÍtaÊ, øe uk³ad wy-
konawczy w†postaci przekaünika
P1 za³¹cza obwÛd bÍd¹cy pod
napiÍciem 220V, w†zwi¹zku
z†tym zalecam zachowanie szcze-
gÛlnej ostroønoúci.
Krzysztof Górski, SQ2GCL
krzysztof.gorski@ep.com.pl
Rys. 6. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej odbiornika IR.
Oprogramowanie sterownikÛw,
w†wersji ürÛd³owej (dla ST6-Re-
alizera) i†wynikowej, jest dostÍp-
ne na p³ycie CD-EP4/2000 w†ka-
talogu \Noty katalogowe do pro-
jektÛw\Sterownik oúwietlenia oraz
w†Internecie pod adresami:
programy.html - programy
w†postaci wynikowej,
ftpot.html - programy w†postaci
ürÛd³owej.
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1, R3, R25..R28: 1,1k
Na p³ytce drukowanej z†mikro-
kontrolerem znajduj¹ siÍ cztery
zworki ZW1..ZW4, ktÛre dostoso-
wuj¹ uk³ad do wybranej wersji.
Przy wyborze uk³adu z†wyúwiet-
laczem zworki ZW1, ZW2, ZW3
s¹ rozwarte. Natomiast zworka
ZW4 zwiera ze sob¹ wyprowadze-
nia 1, 2†i†3, 4†. W†uk³adzie z†pro-
cesorem ST62T10/20 ZW1, ZW2,
ZW3 s¹ zwarte, a†zwora ZW4
³¹czy wyprowadzenia 2 i†4. Uk³ad
po zmontowaniu wszystkich p³y-
tek i†wykonaniu po³¹czeÒ miÍdzy
nimi powinien zacz¹Ê dzia³aÊ.
Na
rys. 5
i†
6
znajduj¹ siÍ
schematy montaøowe p³ytek na-
dajnika i†odbiornika podczerwie-
ni. Rozmieszczenie elementÛw na
p³ytce sterownika przedstawiono
na
rys. 7
.
Przy wlutowywaniu elementÛw
naleøy zwrÛciÊ
uwagÍ na odpo-
wiednie umiesz-
czenie koÒcÛ-
wek podzespo-
³Ûw w†p³ytce. Z
p³ytki wyprowa-
dzone s¹ prze-
wodami przy-
ciski P1 i†P2
oraz przetwor-
nik piezo. Po³¹-
czenia miÍdzy
p³ytk¹ g³Ûwn¹
a†poszczegÛlny-
mi p³ytkami
najlepiej wyko-
naÊ przewodem
wieloøy³owym,
tzw. taúm¹.
Zmontowany
uk³ad (p³ytkÍ
z†mikrokontro-
lerem i†transfor-
matorem siecio-
R6, R7: 3,9k
/2W
*R9..R15: 820
R9..R11: 2,2k
R16: 100k

R18, R20: 5,1k

R21, R22: 300k
Graficzny kompilator progra-
mÛw ST6-Realizer znajduje siÍ na
p³ycie CD-EP2.

R23, R24, R32: 15k
Kondensatory
C1, C4, C6, C9, C10, C11: 220nF
C2, C3: 30pF
C5: 1
Wzory p³ytek drukowanych
znajduj¹ siÍ na wk³adce wewn¹trz
numeru, na p³ycie CD-EP4/2000
(takøe w†wersji ürÛd³owej) oraz
w†Internecie pod adresem:
http:/
/www.ep.com.pl/pcb.html
.
F/25V
F/16V
Półprzewodniki
D1, D2: diody nadawcze
podczerwieni (np. LD271)
D3, D4, D9, D10: odbiorniki
podczerwieni (np. BWP34)
D5, D6, D7: diody LED dowolne
D8: BAVP19
*LED: wyświetlacz wspólna katoda
T1, T4: BD135
T2, T3, T5, T7: BC548
T6, T8: BC556
US1: ST62T10/20 lub ST62T15/25*
(w zależności od wersji)
US2: 555
US3: 7805
Różne
Piezo: przetwornik piezoelektryczny
o średnicy 2cm
PK1: przekaźnik RM94P−12−S
P1, P2: przyciski jednobiegunowe
− reset
X: rezonator 8MHz
Elementy oznaczone * nie
wchodzą w skład kitu
Rys. 7. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej
sterownika.
60
Elektronika Praktyczna 4/2000

R2, R4, R5, R30, R31: 2,2k
R8: 220
R17: 68k
R19, R29: 3,3k
F
C7: 100nF
C8: 10nF
C12: 1000
C13: 470
[ Pobierz całość w formacie PDF ]