Прежде чем начать
Прежде чем читать эту статью рекомендуем вам ознакомится со следующей теорией:
Обзор рынка дистанционных выключателей
С беспроводными выключателями света я знаком очень давно. Это крайне удобная вещь. Если вы собираетесь делать ремонт и переделывать проводку, то однозначно рекоммендую перейти на них. Обычно комплект состоит из модуля реле, который устанавливается в люстру, и пульта, который вы можете носить с собой или зафиксировать на стене в виде обычного выключателя света.
На рынке сейчас продается большое количество дистанционных выключателей. Среди дешевых моделей - Feron, Navigator (около 1 тыс рублей). Функции самые простые. Долго пользовался именно такими и оказалось, что у них есть большой минус. Со временем они перестают работают. Сильно падает дальность. То работает, то нет. Wi-fi или другой передатчик сильно мешает работе. При большой влажности или на жаре вообще могут перестать работать. В итоге танцы с бубном вокруг люстры надоели, и я стал искать им замену. Нашел другие качественные выключатели на базе цифровых передатчиков, но цена их не обрадовала совсем - около 3тыс за сам модуль реле, плюс пульт. Получается очень дорого.
В итоге я решил сделать свои выключатели. Об этом данная статья.
Постановка задачи, требования к прибору
Требования к модулю реле:
- компактный размер, чтобы можно было встроить в практически любую люстру
- 2 или 4 канала управления
- малое потребление во время сна - реле всегда в сети и ждет команду
- схема на основе реле, а не семисторов (может быть различная нагрузка, не нужно заморачиваться со снабберами)
- цифровой радиомодуль с кварцевым резонатором - надежно, легко программировать, не уплывает частота
- низкая стоимость
Требования к пульту:
- компактный размер
- дальность работы около 200м - достаточно для покрытия средней квартиры
- работа от одной батарейки более 3 лет (забота об окружающей среде)
- возможность управлять с одного пульта всеми реле или нужными (хотелось одной кнопкой выключить свет во всей квартире)
- возможность с нескольких пультов управлять одним реле (вариант проходного выключателя)
Подбор компонентов для изготовления прибора своими руками
Радио модуль
Начну с радиомодуля. Его я выбрал сразу - это дешевый китайский модуль NRF24L01-M. Формат модуля - самый маленький (mini) - всего 12x18 мм. Купить его можно на aliexpress. Цена копеечная. Связь цифровая, программировать его очень легко.
Микроконтроллеры для реле и пульта
Микроконтроллера будем использовать два: STM8 - в модуле реле, и STM8L - в пульте. Особых требований к ним нет, нужна только шина SPI, которую легко эмулировать даже ногодрыгом. В пульте специально ставим микроконтроллер с низким потреблением - во сне всего 350 nA.
Реле
Подойдет любое реле. Я выбрал широкораспространненый вариант - HJR-3FF на напряжение 12В. Ток коммутации около 10А, ток управления около 30 мА.
Блок питания 220В -> 12В для реле
Для питания реле нужен блок питания 220В на 12В. Он должен быть компактным, дешевым и обеспечивать ток около 140 мА. Существует масса схемных решений на этот случай. Все они делятся на две основные категории - на базе мини трансформатора и на базе гасящего конденсатора. Трансформатор сложно купить, а гасящий конденсатор имеет большой размер. В итоге в этом проекте я решил исползовать готовый заводской блок питания, который уже доказал свою надежность (в приборе Цифровая паяльная станция) - B2M003ESB компании ECOLA.
Регулятор питания 12В -> 3.3В
Так как радиомодуль работает от 3.3В, то нужно понизить напряжение с 12В до 3.3В. Будем использовать надежный маломощный линейный регулятор питания L78L33. У него очень много различных защит, убить его практически невозможно.
Составляем схему радиореле
Схема в итоге получилась максимально простая, ее вы можете найти в формате Kicad в исходниках проекта. Единственный момент, на который хотелось обратить внимание - это управление реле микроконтроллером. Вот схема этого участка:
Используется дешевый маломощный N-канальный мосфет 2N7002. И обязательно необходим маломощный диод, как минимум на 1000В, для гашения высоковольтных импульсов.
Составляем схему пульта дистанционного управления
С пультом все совсем просто. Схему приводить не буду (в проекте она конечно тоже есть). Питание пульта производится от батарейки CR2032. Ее емкости хватит на 5 лет работы. Пульт имеет 4 кнопки, которые подключены к выводам микроконтроллера. Модуль подключен к переферии SPI. Батарейка напрямую постоянно питает всю схему.
Печатные платы
Полный проект в Kicad вы найдете в исходниках проекта. Стоит отметить, что при трассировке высоковольной части обязательно нужно придерживаться минимального расстояния между дорожками - 1мм.
Корпус
Для пульта я выбрал заводской корпус-брелок компании GAINTA на 2 кнопки G1402-2G. Его размер - 55х43х14 мм.
А для реле - разработал корпус на 3д принтере. Два варианта - на 2 реле и на 4 реле. В варианте на 2 реле - 50х50х24мм.
Необходимые инструменты и всякая мелочовка
Для сборки колонки вам понадобяться следующие инструменты и дополнительные материалы:
- провод многожильный 1.5мм2
- супер клей, чтобы приклеить крышку реле на пару капель
- кусочек листового пвх пластика толщиной 3мм - для фиксирования платы в корпусе пульта
- провод - МГТФ-0.5 - для припайки радиомодулей
Программа для микроконтроллера
Программа написана в среде (ST VD IDE). Все исходники доступы в полном проекте. В этой статье опишем только общую логику работы программы.
Общая логика работы программы
- Для повышения надежности сигнал управления передается последовательно на 3-х каналах, обратной связи нет.
- Начнем с реле. Тут все совсем просто. Микроконтроллер все время работает.
- Каждые 30мс меняем канал и ожидаем пакета данных. Если пакет получен, обрабатываем его. Для блокировки приемки одинаковых пакетов, каждый пакет имеет номер. И если такой номер уже был получен и обработан, то пакет игнорируется.
- Каждое модуль реле имеет свой адрес, дополнительно есть общий адрес, который слушают все реле! Таким образом, можно управлять именно этим модулем реле, а можно всеми модулями в квартире.
- Каждому реле можно передать 4 команды. Включить, выключить, ничего не делать, сменить состояние (если было включено - то выключить, иначе включить).
- С пультом чуть сложнее. Он все время находится в спящем режиме. При нажатии на любую кнопку срабытвает прерывание и пульт передает команду.
- Если кнопка нажата один раз - то реле меняет состояние, долгое нажатие - выключение всех реле во всей квартире!
- Команда посылается в течение 100мс, постоянно чередуя каналы. После отправки команды пульт переходит в спящий режим.
Настройка адресов реле и пульта производится прямо в исходниках прошивки. Поэтому необходим компилятор и st-link для прошивки. Вам нужно только прописать в коде адреса модулей реле, а также по какой кнопке какое реле какого модуля должно сработать.
Как купить полный проект данного прибора
Если тебе понравился прибор и ты хочешь сделать такие же выключатели, то пиши на почту сайта в разделе контакты по вопросу приобретения полной версии проекта. В полную версию входит:
- Два проекта Kicad - для пульта и реле
- 3Д модель корпуса для реле
- Исходный проект на Си для ST VD - для пульта и реле
- Поддержка по электронной почте при сборке прибора
В файле приложенном к статье BOM.xls ты сможешь найти полный перечень компонент, чтобы оценить то, что нужно будет купить.
Самостоятельная работа
Это полностью готовый проект. Но всегда есть куда развиваться. Ты можешь добавить следующие функции:
- выключение света с задержкой
- режим присутсвия - имитация присутствия хозяина дома
- режим проходного выключателя - несколько пультов, одно реле
- встроить пульт в обычный клавишный выключатель - плата минимальная по габаритам