Control de luz en ZigBee

Hola amigos Hoy quiero contarles sobre un desarrollo interesante de un sistema de control remoto de iluminación.



Una casa moderna es una gran cantidad de cables que al menos de alguna manera reducen y racionalizan su número de radio que viene al rescate. En realidad, dicho sistema no es nuevo, pero en el contexto de un presupuesto limitado, ha valido la pena.

Mirando hacia el futuro, quiero mostrar de inmediato el diagrama funcional del sistema de control.


Fig. 1

Estoy interesado en alguien debajo del gato.

La pregunta lógica es ¿por qué se necesita todo esto? El uso de un sistema de control de luz inalámbrico proporciona:

• Reducir la cantidad de cables que van desde cada interruptor a la caja de conexiones en la habitación.
• Posibilidad de implementar interruptores de recorrido.
• La flexibilidad para controlar cualquier carga desde cualquier interruptor, así como el uso de botones normalmente abiertos normalmente cerrados.
• La capacidad de implementar cualquier retraso de tiempo para la operación de encendido / apagado.

La tarea técnica, al principio, era solo en palabras y parecía muy turbia e incomprensible. El punto es que en una cabaña de dos pisos con un área de 208 metros cuadrados es necesario controlar la iluminación interna de encendido / apagado, el sistema debe ser alimentado desde 220v y cambiar 21-23pcs. cargas (lámparas) con una capacidad de no más de 200W. En el momento de la primera inspección del objeto, todo se veía así


Fig. 2. La parte principal de las comunicaciones se coloca en el piso, luego se vierte todo con hormigón.


Fig. 3. Lugar para instalar un armario de distribución en el segundo piso

La recomendación fuerte era usar la menor cantidad de cables posible. Idealmente, solo aquellos que ya están colocados en el piso, las paredes y el techo, van desde el sitio de instalación de la centralita a cada bombilla. Debido a la compatibilidad electromagnética de todos los dispositivos en la casa, no se recomendó usar wifi ordinario porque existen innumerables dispositivos de este tipo y el cliente en esta cuenta tiene una idea de que los dispositivos en la casa comenzarán a vivir sus propias vidas y la olla de cocción lenta incluida afectará la luz del baño o inodoro. Lo primero que hice fue delinear el diagrama de bloques, ya que imagino la solución a este problema. En fig_4 esta opción.


Fig. 4. Diagrama funcional de control de iluminación.

La base fue tomada por el módulo de radio Texas Instruments CC2530 que soporta la tecnología ZiegBee y está simplemente programado en C ++ usando IAR-studio 5.5. El cambio directo de cargas se realiza utilizando los módulos de relé WB-MR6 (tablero de cables). Elegí este elemento porque en un caso compacto en un riel DIN, se instalan seis relés con canales independientes en el control 16A, todas las características de conmutación de cargas de energía de uso general se tienen en cuenta en t. h con altas corrientes de arranque: control de lámparas LED, lámparas incandescentes, fuentes de alimentación conmutadas. Además, cada contacto de relé está protegido contra sobretensiones por un varistor. Seis de estos módulos tuvieron que instalarse para administrar con calma un número determinado de cargas. Todos los WB-MR6 están conectados a través de la interfaz ModBus en una sola red. Cada módulo de relé está configurado en una dirección correspondiente al diagrama de conexión, y todo el sistema con bloques de entrada, fusibles, disyuntores está bastante bien montado en dos cuadros de distribución SHCHMP2-1 500x400x450. Para la colocación compacta de los cables de entrada 46 3x1.5 (cobre de un solo núcleo), fue necesario cambiar la posición tradicional de los rieles din a vertical.


Fig. 5. Centralita con colocación de dispositivos de control de iluminación.

Cabe señalar que la función increíblemente útil de WB-MR6 era la capacidad de controlar las salidas de relé simplemente conectando botones normalmente abiertos al bloque de terminales inferior, esto es lo que necesita para un diagrama de cableado temporal. T.K. El control ModBus apareció cinco meses después, después del montaje e instalación de tableros de distribución. Durante este tiempo, todos los cables que van a cada carga se probaron y numeraron por completo. Y se ha elaborado un esquema de conmutación detallado, con la lógica de control del interruptor: la bombilla de la Fig_6.


Fig. 6. Esquema de control de iluminación y colocación de carga y módulos de sondeo.

En cuanto a los módulos de encuesta, puedo decir lo siguiente, el diagrama funcional que se muestra en la Fig. 7 resultó ser bastante funcional. Prácticamente no había necesidad de rehacer nada, el módulo ss2530 RF le permite asignar cualquier entrada a cualquier salida. La única excepción es UART (pin20-Tx, pin21-Rx). La mayoría de la lista de elementos se compró en ali. Las placas de circuito impreso se ordenaron por resonancia. Solde todas las veinte piezas con las manos, es difícil, tomó una semana, no funcionó de inmediato Necesito Pero adquirió una experiencia invaluable instalando componentes SMD.


Fig. 7. Diagrama funcional del módulo de sondeo de botones.

El proceso de depuración del sistema y llevarlo a un estado completamente operativo tomó un poco más de tres meses. Los primeros pasos después de ensamblar las placas Rice_8, verificar la alimentación y conectarse al programador, fue escribir un programa de sondeo de botones y generar comandos de control para los módulos de relé WB-MR6 a través del bus ModBus.


Fig. 8. Módulo de sondeo de botones

Resultó bastante rápido y fácil. Hasta ahora, un módulo de sondeo de botón está conectado a un módulo de relé a través de RS485 sin una interfaz de red. Inmediatamente logró aplicar el éxito obtenido en el objeto pic_9, UTP de par trenzado, desde los botones ubicados en el dormitorio, se colocó de antemano. Con la fijación de los módulos, no me volví demasiado inteligente, las almohadillas autoadhesivas y las abrazaderas de plástico ayudan mucho.


Fig. 9. Fijación de módulos de sondeo de botones.

Luego, programáticamente agregó la dirección de cada módulo, que se configuró utilizando el interruptor DIP y la tarjeta de conmutación correspondiente, el modo de operación maestro / esclavo y la transmisión de comandos por radio. Un paso adelante fue serio y, por lo tanto, hubo muchas dificultades para la depuración. Lo más grave es la transferencia de información sobre el botón presionado al módulo maestro conectado al bus Modbus tan pronto como se activó el protocolo de transferencia de datos en zig-bee, todo resultó ser muchas veces más complicado. Para aquellos que han leído hasta aquí, puedo decir que el problema era que los temporizadores en el núcleo del procesador funcionan de manera impredecible, más precisamente en el compilador IAR, debe especificar constantemente su configuración al llamar al procedimiento de conteo de tiempo. Para encontrar una manera de resolver este problema, se agregaron las funciones de monitoreo y control de los datos enviados por radio. El control de presionar un botón en el modo de servicio se mostró instantáneamente en el hiper-terminal de la computadora, que está conectado a través del adaptador RS485-USB al módulo de sondeo. Otro problema grave en la organización de la red de control de iluminación fue el alcance inadecuado de la interfaz de radio. Más o menos, con confianza, todo cambió solo dentro de los límites de la tabla en la que se ensambló el diseño. Esto es una consecuencia de la función de modo de ahorro de energía SS2530, que por defecto es la función de reducir la potencia de radiación, después de que se forma el enlace, no sé por qué se hizo esto, pero se descubrió a través de jtag en el modo de depuración paso a paso. Después de apagar este modo, la red comenzó a funcionar en un solo piso de la cabaña; de hecho, el servidor procesó los comandos de luz de encendido / apagado, solo desde los módulos de sondeo ubicados dentro de un radio de 12-14 m. Siempre que no hubiera paredes. Para resolver este problema, elegimos la forma de reemplazar el módulo CC2530 con una antena plana con un módulo con una antena externa (con conector IPEX), más aún porque fue muy exitoso comprar tres módulos en la versión E18-MSI-IPX más una antena y un cable en uno de San Petersburgo Tiendas en linea. Todo esto fue rápidamente soldado, las esquinas para montar las antenas fueron hechas y atornilladas a las placas adaptadoras Fig_10.


Fig. 10. Uso de una antena externa

El resultado de tal actualización fue muy desconcertante para mí, ya que el rango no ha cambiado mucho, incluso diría que ha disminuido ligeramente. Comencé a buscar una salida a esta situación para optimizar los algoritmos del programa, la configuración inicial del SS2530 tuvo que volver a leer la hoja de datos del automóvil y los foros sobre este tema. El objetivo era hacer que cada módulo en la red funcionara como un repetidor, especialmente dado que dicha función está habilitada de manera predeterminada y es compatible con cualquier dispositivo que ejecute el protocolo Zig-Bee. Pero en mi caso no era obvio. Como resultado, decidí introducir un módulo adicional en el sistema, que tendría un firmware único activado al levantar solo el pin_6 en el interruptor DIP. Tenía que hacerlo, estaba en el techo del primer piso y solo transmitía los comandos recibidos, es decir ser un amplificador de señal.

Diré de inmediato que esto fue un callejón sin salida. Pero durante la implementación de esta idea, midí accidentalmente los parámetros de la antena "negra", que vendí en una tienda en línea junto con el CC2530 y el cable. El analizador de red mostró un SWR 1.9 a una frecuencia de 2.4 GHz; los comentarios son innecesarios, debe hacer su propia antena. Una solicitud al motor de búsqueda da inmediatamente la respuesta correcta, la antena Clover y las instrucciones detalladas de fabricación.


Fig. 11. Antena y dispositivo para su fabricación.

Literalmente en la noche hice tres piezas de estas antenas, verifiqué su ROE por no menos de 1.2. No puedo decir sobre las otras características, patrón de radiación y ganancia. Pero el hecho es que el rango de recepción confiable y envío de comandos se ha duplicado. Fig_12


Fig. 12. Medida de antena

Como resultado, logramos lograr una recepción de señal del servidor normal en los 12 módulos de sondeo instalados en la cabaña. T.O. El requisito de TK se cumple por completo a tiempo; prácticamente cumplí con los plazos. El cliente esta satisfecho.