Inteligentny automat schodowy

Witam,
Tu: https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?t=3309757&highlight= znajduje się opis powielacza czasu automatu schodowego.
Obiecałem tam, że na bazie tamtego układu opracuję „inteligentny” automat schodowy, i oto jest .
Jego „inteligentność” jest zawarta w założeniach do projektu:
1. Ma być podłączony równolegle do przycisków oświetlenia, najlepiej w jednym z nich,
2. Ma być zasilany z obwodu przycisków i nie wymagać przeróbki instalacji (poza odpięciem istniejącego automatu schodowego),
3. Musi mieć możliwość łatwego ustawiania czasu świecenia,
4. Musi pozwalać na załączenie i wyłączenie oświetlenia na stałe,
5. Musi regenerować czas świecenia (po wciśnięciu dowolnego przycisku czas jest odmierzany od nowa (ta funkcja zastępuje wspomniany na wstępie powielacz.),
6. Musi powiadomić mignięciem odmierzenie czasu i podtrzymać świecenie jeszcze przez ok. 15 sek.
7. Powinien mieć możliwość wyłączenia oświetlenia dowolnym przyciskiem.

Schemat ideowy:


Schemat przedstawia wszystkie niżej opisane opcje sterowania.
Podłączenie i zasilanie jest podobne jak w powielaczu. Zasilacz zrealizo wany jest na kondensatorach C4, C5 i mostku. Diody Zenera D2 i D4 stabilizują wstępne napięcie sterujące (ok. 8.5 V), a sama D2 stabilizuje zasilanie mikrokontrolera (5 V). Dioda D3 zapobiega rozładowaniu kondensatora C2.
Tranzystor Q1 z rezystorem R3 i diodą Zenera D1 spełnia rolę klucza przenoszącego stan przycisków oświetlenia na wejście mikrokontrolera. Nie zastosowałem stabilizatorów napięcia, bo one pobierają energię a to przy dość krytycznym zasilaniu układu jest niedopuszczalne. Zwykła dioda Zenera przy obniżeniu napięcia poniżej progu praktycznie nic nie pobiera, a do tego jest znacznie mniejsza i tańsza. Napięcie zasilania mikrokontrolera tutaj nie musi być takie sztywne. Praktycznie w czasie pracy waha się między 2.5V i 5V w zależności od trybu w jakim się znajduje a i tak układ pracuje poprawnie. Można ewentualnie zastosować ATTINY 13V ale zwykła u mnie też daje radę i to nie jeden egzemplarz.




Wyjście mikrokontrolera steruje optotiakem MOC 3020, który załącza triak roboczy.
I to w zasadzie wszystko z harware, cała „mądrość” jest zawarta w programie sterującym.
Swoją drogą trzeba było trochę gimnastyki żeby to wszystko upchnąć w 1 kB pamięci i to w BASCOM, choć nie wiem czy C++ dałoby dużo krótszy kod, nie spróbowałem, bo pomimo wielu podejść ta nieprzyjazna składnia C mnie skutecznie od tego odwiodła .
Zasilanie układu w czasie załączenia triaka jest zapewnione przez opóźnienie punktu zapalenia, które wprowadza zasilacz kondensatorowy. Dzięki temu w każdym okresie sinusoidy na anodach triaka przez chwilę utrzymuje się napięcie kilku woltów wystarczające do zasilania układu. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu optotriaka bez załączania w zerze (MOC 3020). Z optotriakiem MOC 3043 (załączający w zerze) układ nie chciał działać. Opóźnienie zapalania oświetlenia nie wpływa na jasność świecenia żarówek. Takie zasilanie upraszcza układ, nie trzeba transoptorów do wykrywania przejścia przez zero i nie wymaga odpowiedniej funkcji w i tak już przeciążonym kodzie (wykorzystane są wszystkie bajty pamięci).
Działanie układu jest następujące. Wciśnięcie dowolnego przycisku oświetlenia powoduje spadek napięcia sterującego i zatkanie tranzystora Q1. Zasilanie mikrokontrolera jest wtedy podtrzymywane kondensatorem C2. Aby uniezależnić się od czasu trzymania przycisku (braku zasilania) i nie stosować kondensatora o bardzo dużej pojemności zastosowałem drobny trik w programie. Zatkanie tranzystora Q1 powoduje podanie „1” na wejście mikrokontrolera. Ten fakt wywołuje wyłączenie wszystkiego co się da i przejście procesora w tryb „POWERDOWN”. W tym stanie procesor pobiera mnij niż 1 uA i przy zastosowanym kondensatorze C2 może przebywać nawet kilka minut (nie sądzę, żeby komuś się chciało tyle trzymać wciśnięty przycisk). Po puszczeniu przycisku pojawia się napięcie sterujące, tranzystor Q1 się nasyca i podaje stan niski na wejście co wybudza procesor i program zaczyna ponownie działać, czyli zaczyna odmierzać czas. Jeśli jednak ktoś się uprze lub włoży zapałkę do przycisku i spowoduje tym rozładowanie kondensatora C2, to tragedii nie ma. Po prostu po puszczeniu przycisku zostanie przywrócone zasilanie, nastąpi reset procesora, światło zostanie zgaszone i będzie można go zapalić ponownie.
Po odmierzeniu zaprogramowanego czasu następuje dwukrotne mignięcie światła i podtrzymanie świecenia jeszcze przez 15 sek. dla umożliwienia dotarcia do najbliższego przycisku, po czym zostaje wyłączone. Wciśnięcie dowolnego przycisku w trakcie świecenia powoduje odmierzanie czasu od nowa niezależnie czy jest to normalny czas czy czas dodatkowy.
Zapalenie i gaszenia światła na stałe jest możliwe dowolnym przyciskiem oświetlenia. W podstawowym programie realizuje się to kodem , 3 krotne kliknięcie przycisku. Światło jest wtedy zapalane ale tak naprawdę dla zabezpieczenia przed zapominalskimi, na 1 godzinę. W trakcie tego świecenia co 15 sek. występuje krótkie mignięcie światła. Wyłączenie tego trybu następuje po ponownym wprowadzeniu kodu (pojedyncze wciśnięcie lub odstępy między wciśnięciami dłuższe niż 4 sek. nie wyłącza trybu). Procedura wyłączania światła odbywa się tak samo jak przy normalnej pracy, czyli dwukrotne mignięcie i podtrzymanie przez 15 sek. To po to, żeby powiadomić osobę, która w między czasie weszła na klatkę i nie jest zorientowana.
Każde podanie kodu, 3 krotne kliknięcie przycisku w trakcie świecenia, a więc również przy normalnym trybie odmierzania czasu powoduje wyłączenie oświetlenia. To tak dla zaoszczędzenia prądu gdzie się tylko da ( jestem z Krakowa ).
Programowanie czasu jest bardzo proste. Należy włączyć oświetlenie na stałe (3 krotne kliknięcie przycisku), np. przy bramie wejściowej, wyjść na ostatnie piętro , ewentualnie chwilę odczekać, i wyłączyć oświetlenie ale tym razem innym kodem, 5 krotne kliknięcie przycisku. Czas, jaki upłynął od momentu załączenia do chwili podania kodu programującego zostaje zapamiętany na stałe w EEPROM mikrokontrolera.
Przy zastosowanych parametrach programu maksymalny czas wynosi 4 minuty, ale oczywiście można to zmodyfikować. Tylko, że zastosowanie regeneracji czasu daje możliwość maksymalnego skrócenia, możemy przecież wciskać przycisk co 1 piętro.
Taki sposób programowania choć prosty, może być kontrowersyjny, zwłaszcza tam gdzie mieszkają lub pojawiają się osoby lubiące się bawić przyciskami bez potrzeby i w sposób nieodpowiedzialny.
Dlatego układ jest przystosowany do programowania specjalnym przyciskiem umieszczonym wewnątrz obudowy. Do tego sposobu jest przystosowany drugi program.
Nastawa czasu może być też wprowadzana analogowo np. potencjometrem podłączonym do ADC mikrokontrolera. Odpowiedni pin jest wyprowadzony na płytkę. Wystarczy tylko odpowiednio zmodyfikować program.
Układ jest dość uniwersalny i może być zastosowany też do innych celów niż oświetlenie klatki schodowej. Można go zastosować wszędzie tam gdzie potrzebne jest odmierzanie zaprogramowanego czasu i nie tylko.
Zasilanie nie musi być szeregowe. Po przecięciu zworki i podłączeniu dodatkowego przewodu układ może być zasilany ciągle, byle prądem zmiennym, a sterowanie odbywa się dodatkowymi przyciskami podłączonymi do wyprowadzonych na płytkę pinów, lub można podłączyć np. czujnik ruchu czy inne sensory do wyboru, byle miały zwierne styki.
Na płytce jest wyprowadzone złącze ISP do programowania procesora. Po zaprogramowaniu może być zastosowane do podłączenia zewnętrznych urządzeń i/lub zasilania z zewnętrznego zasilacza 5V DC.



Program 1

Program 2

Fajne!

Po co Ci ten optotriak, skoro i tak nie masz izolacji?

Ten hardware to tak urzeźbiony byle by jakoś działało...

Czy aby przypadkiem nie ma błędu na schemacie, konkretnie chodzi mi o połączenie N i N2?

Bogdan K - myślę, że to komentarz niezbyt na miejscu. Tutaj "inteligentny" znaczy ponad-standardowy. Termin ten często jest używany w ten sposób.

Co do optotriaka, o którym wspomniał nukedman - może faktycznie niepotrzebny. Niech wypowie się autor dlaczego go zastosował.

Jeśli chodzi o sam projekt to moim zdaniem rozwiązany pomysłowo. Widać twarde trzymanie się założeń i walkę o ich spełnienie. Dużym plusem jest brak konieczności dodatkowego zasilania.

Wydaje się że "izolator" jest dany nie po to żeby izolować galwanicznie tylko sterowanie bezpośrednie triaka odbywa się ujemnym sygnałem , praktyka z napraw płyt AGD , wówczas niejako "masa" powinna być na plusie a to z kolei wymaga modyfikacje układu zasilania...

Dziękuję za wszystkie uwagi, zawsze są i zawsze do czegoś się przydają.
Użyłem slowa inteligentny, ale w cudzysłowie aby pokazać, że tu nie chodzi o inteligencję, ale o coś co jest trochę mądrzej pomyślane od dotychczasowych rozwiązań.
Zastosowałem optotriak bo tak mi sie wydawalo najprościej, aby nie narazić Tiny na jakieś przepięcia (jedną uwaliłem niechcący lutownicą gdy uklad był podłączony).
Nie ma błędu na schemacie N i N2 są połączone zworką, którą usuwamy, jak pisałem, gdy chcemy zasilać uklad na stałe i sterować wewnętrznym przyciskiem, ale to do innych zastosowań.

Urządzenie rewelacja. Oczywiście bazuję wyłącznie na zamieszczonym opisie działania, bo w tej chwili nie mam ani możliwości ani potrzeby sprawdzenia go osobiście. Ale po tym co tu czytałem, wydaje mi się że ten układ elegancko pokonuje uciążliwości klasycznych rozwiązań, równocześnie będąc minimalistycznym sprzętowo i przejrzystym.
Trochę tylko szkoda że jest wyłącznie ten nieszczęsny bascom, a nie ma choćby binarnych wsadów.

nukedman napisał:

Po co Ci ten optotriak, skoro i tak nie masz izolacji?

Zauważ że masa ATTiny jest po mostku. Dlatego między tą kostką a obwodem bramki triaka istnieje spora i co więcej zmienna różnica potencjałów.
Użycie optotriaka jest więc tu uzasadnione a ekonomicznie rzecz biorąc, jest chyba najrozsądniejszym rozwiązaniem.
Jeśli masz inny pomysł by przekazać sygnał logiczny bez optotriaka między tymi odwodami to pokaż.

rb401 zapewniam Cię, że działa tak jak opisałem. Stabilnie nic się nie grzeje, nic nie iskrzy . Jeśli chodzi o bascom, to narazie mi wystarcza, ale ciągle myślę o C. Assemler to wyższa szkoła gotowania na gazie w przeciągu , choć kiedyś próbowałem. (Assemblera nie gotowania ).

rb401 napisał:

Zauważ że masa ATTiny jest po mostku. Dlatego między tą kostką a obwodem bramki triaka istnieje spora i co więcej zmienna różnica potencjałów.
Użycie optotriaka jest więc tu uzasadnione a ekonomicznie rzecz biorąc, jest chyba najrozsądniejszym rozwiązaniem.
Jeśli masz inny pomysł by przekazać sygnał logiczny bez optotriaka między tymi odwodami to pokaż.

Wiem, że jest po mostku i że przez to nie można sterować nim bezpośrednio. Ale po jakiego grzyba ten mostek? Do tego układu naprawdę wystarczy prostowanie jednopołówkowe i zwyły triak z rezystorem powieszone na tej samej masie.

Jeśli natomiast potrzeba więcej energii i tętnienia po diodzie będą za duże, jaki problem zrobić prostą przetwornicę nieizolowaną? Power Integrations robi do tego scalaki i nawet przeprowadza obliczenia programem, nie ma nic prostszego. Można sobie zrobić stabilne zasilanie -5V i użyć triaka trzykwadrantowego, wyzwalać go ujemnymi impulsami bramki i w ten sposób uzyskać urządzenie odporne na zakłócenia z wiertarki sąsiada (jak ktoś pisał wyżej - rozwiązanie czasem stosowane w AGD, optotriakiem się tego nie uzyska). No ale tutaj trzeba się trochę wysilić a nie poustawiać komponenty na prawie że pałę. Kondensatory ceramiczne SMD w zasilaczu beztransformatorowym? Zenerka w bazie Q1? W ogóle taki typ detekcji przełączenia? Cała ta karkołomna stabilizacja z D2-D4? Layout bez zachowania odpowiednich dystansów? Creepage funkcjonalny przy napięciu 320V peak przy stopniu zanieczyszczenia 2 (choć w takiej ścianie to i 3 można założyć...) powinien wynosić 3.4mm, gdzie tam są takie odległości przy zasilaniu?

Fajnie że działa, ale podtrzymuję - to jest zrobione byle jak, przynajmniej od strony sprzętu.

Zasilacz kondensatorowy bez mostka - niby można ale ta przetwornica to chyba przesada, a prosciej i taniej z optotriakiem. Płytkę musiałem zminimalizować, bo musi się zmieścić w puszce razem z przyciskim podtynkowym. Nie zauważyłem negatywnych skutków takich odleglosci na płytce.
Zastosowałem kondensatory ceramiczne na próbę, ale przewidzialem miejsce na inne.

A jaki jest zakres obciążalności tego układu?
chodzi mi o to czy będzie poprawnie pracował np. z jedną żarówką LED 5W jak i np. z 10 żarówkami 60W.
czy było to testowane?

nukedman napisał:

jaki problem zrobić prostą przetwornicę nieizolowaną? Power Integrations robi do tego scalaki i nawet przeprowadza obliczenia programem, nie ma nic prostszego.

A właśnie że jest coś prostszego. To właśnie dzięki czemu ten układ mi się podoba.
Nie widzę żadnego sensu by oszczędzając na groszowym mostku i optotriaku, wstawiać relatywnie drogie i trudniej dostępne elementy, skoro na tych które są układ spełnia założenia.

A to co widzimy na zdjęciach, domyślam się, to tylko prototyp funkcjonalny a nie wyrób seryjny. Tak że osobiście nie skupiałbym się zbytnio na szczegółach wykonania, skoro autor dostarczył pełnych danych pozwalających każdemu zrobić to po swojemu np. pilnując sprawy odstępów izolacyjnych itp. .

koczis_ws napisał:

Assemler to wyższa szkoła gotowania na gazie w przeciągu choć kiedyś próbowałem. (Assembkera nie gotowania ).

Skoro próbowałeś, to moim zdaniem już wystarczy. Zdobyłeś doświadczenie i nie warto tego ciągnąć. Bo w sumie z tym assemblerem w kontekście małych atmelków to chodzi tylko i wyłącznie o dziadowanie z małą pamięcią.
Kiedyś, dawno temu, to był czasami przymus (sam dużo assemblerowałem) ale na dziś to już po prostu szkoda na to życia. Są znacznie, znacznie lepsze mikrokontrolery i nie dużo droższe (np. ARMy od STM).
Ale co do C to niestety, pomimo że podzielam Twoje wrażenia że to język faktycznie mało przyjazny (najłagodniej mówiąc), z racji rozpowszechnienia raczej bez rozsądnej alternatywy w zakresie mikrokontrolerów na dziś. W tym jednym kopanie się z koniem ma sens.
A Bascom, choć pozornie atrakcyjny, niestety pakuje programistę w niszowe getto bez przyszłości.

rb401 napisał:

A właśnie że jest coś prostszego.

Mówiłem o przypadku, gdy potrzeba więcej prądu. Tutaj NIE potrzeba, oto dowód:
Symulacja

Nawet przy stałym poborze rzędu 5mA mamy w miarę dobrą stabilizację, niskie straty i wspólną masę z siecią. To jest proste rozwiązanie.

Oczywiście zdaję sobie sprawę z tego, że optotriak w hobbystycznym zastosowaniu nie jest drogi. Ile to kosztuje, 1zł? Okej. Ale jeśli ktoś chciałby nauczyć się trochę profesjonalnej elektroniki to nigdy nie pójdzie do przodu jak nikt nie pomoże mu zwracać uwagi na problemy i nie zacznie faktycznie analizować schematów zamiast wstawiać gotowców przeklejonych z innych projektów.

Zasilacz mógł być prostszy, ale nie musiał. Natomiast POWINIEN składać się z elementów zapewniających bezpieczeństwo. Argument, że nie wybuchło na stole w trakcie uruchamiania jest żaden. Dystanse na płytce zgodne z normami bezpieczeństwa nie są wyciągnięte z czapy. Kondensatory foliowe X1/X2 też nie istnieją bez powodu. Wystarczy małe pęknięcie tego ceramika SMD (jednego z nich, dlatego właśnie minimalizuje się liczbę komponentów bo każdy z nich to potencjalna awaria) aby zewrzeć wewnętrzne warstwy. Przegrzanie komponentów zasilacza to minimum co może się stać. Nic nie zabezpiecza tej płytki przed żywym ogniem, a tylko czekać aż inni będą kopiować.

Nukedman , zauważ ze nawet zwarcie i stopienie układu niczym w zadadzie nie grozi poza załączeniem swiatla na stałe wszak jest w szeregu z żarówkami .
Zastosowałem triak 8A i testowałem zarówno z LED 3W jak i z żarówkami o łącznej mocy ok. 500 W . Tylko z LED jest problem, jaki opisywałem przy okazji powielacza tzn. muszą być gaszone równoległym filtrem RC żeby nie "zarzyly" ale tylko wtedy gdy w obwodzie nie ma zwykłych żarówek.

nukedman napisał:

Mówiłem o przypadku, gdy potrzeba więcej prądu. Tutaj NIE potrzeba, oto dowód:
Symulacja

Nieoszacowałeś prąd obciążenia, bo zauważ na sam MOC3020 potrzeba gdzieś 30mA a gdyby nawet wymagać MOC3023 z prądem 5mA to i tak trzeba dodać prąd ATTiny i będzie w sumie powyżej 5mA.
Dwupołówkowe prostowanie jest tu korzystniejsze energetycznie a praktycznie nic nie kosztuje. Do tego, bardzo istotnym jest że ten zasilacz zasila układ również w stanie "zwarcia" załączonym triakiem, czyli przyjęcie w symulacji czystego sinusa 220V nie odpowiada rzeczywistym warunkom. W warunkach załączenia triaka będzie raczej prostokąt o dość niskiej amplitudzie.

I trzeba jeszcze pamiętać, że oprócz zasilania układu przy przewodzącym triaku trzeba jeszcze wykrywać stan przycisków.
Jeszcze odnośnie zakłóceń. W programie sterującym jest zabezpieczenie przed wyzwoleniem krótkimi impulsami .

R4 i C3 nie powinny być w szereg z D3 D4

Czemu? C3 filtruje napięcie sterujące , R4 ustala czas rozładowania C3 gdy wciśnięty jest przycisk, a diody D3 i D4 przenoszą ladunek na C2 gdy zasilanie jest aktywne.

Fajny układ ale powiem Ci że nic tak nie wkurza jak mrugające żarówki , jeszcze bardziej jest irytujące to przy świetlówkach energooszcędnych. Poza tym nie postarałeś się zbytnio o oszczędność prądu w stanie powerdown, chodzi mi tutaj o np: wyłączenie zasilania komparatora i paru innych peryferii.

Mruganie ma wkurzać żeby pamietac o wyłączeniu bo normalnym trybem jest czasowe załączenie światła, tak sobie to wyobrażałem. Mozna to usunąć z programu bez konsekwencji.
Nie wiem dlaczego mam wyłączyć komparatory skoro ich nie włączyłem ?

O ile pamiętam jest domyślnie włączony, należy usatwić bit ACD w rejestrze ACSR

W Attiny 13 ADC jest normalnie wyłączony. Zreszta pobór prądu mniejszy niż 1 uA świadczy że raczej wszystko jest powyłączane.

Ja nie mówię o ADC tylko o koparatorze analogowym

Zubiik napisał:

należy usatwić bit ACD w rejestrze ACSR

Wygląda na to że kolega Zubiik ma rację (domyślnie włączony), jednak komparator wydaje się pobierać jakieś szczątkowe prądy

Wg. noty katal. Ustawienie bitu ACD jest konieczne w mod. activ i idle. W powerdown wszystkie funkcje są wylaczone.
Choć faktycznie domyslnie ACD jest 0. (1 wyłącza zasilani komparatorow).

Zuliczek napisał:

Wygląda na to że kolega Zubiik ma rację (domyślnie włączony), jednak komparator wydaje się pobierać jakieś szczątkowe prądy

A właśnie. A specyfiką tej tutaj konstrukcji jest to, że jest użyty stabilizator równoległy. Czyli jeśli jest mowa o powerdown i się "uratuje" jakieś mikroampery na ATTiny to automatycznie popłyną one przez zenerkę i dokładnie nic to nie zmieni w obwodzie zasilania.

Jak widzą koledzy zastosowanie tego układu z wentylatorami łazienkowymi?? Konkretnie w układzie szeregowym, czyli aktualnie używanym przez Autora (wersja bez rozdzielonych N i N2)??
Zastanawia mnie, jak zachowa się wentylator przy opóźnieniu załączania i czy układ z tego co pozostanie się zasili (w tym przypadku, obciążenie jest indukcyjne, a jak wiemy prąd "wyprzedzi" napięcie).

Cała zabawa polega na tym żeby w czasie powerdown napiecie zasilania nie spadlo poniżej minimum i można było wzbudzić procesor z przerwania a nie spowodować reset. Stabilizator szeregowy powodowal rozladowanie C2 w ciagu kilku sekund bo zwarte styki przycisku odcinały zasilanie.
Nie wiem czy zauważyliście , że po puszczeniu przycisku program czeka 100 ms. Objawia się to mrugnieciem światła. To ma 2 zastosowania. Informuje użytkownika o przyjęciu polecenia ale ważniejsze jest zaczerpniecie swiezego prądu dla C2 .