Lichtsteuerung auf ZigBee

Hallo Freunde! Heute möchte ich Ihnen über eine interessante Entwicklung eines Fernsteuerungssystems für die Beleuchtung berichten.



Ein modernes Haus ist eine große Anzahl von Kabeln, um zumindest irgendwie die Anzahl ihrer Funkgeräte zu reduzieren und zu rationalisieren. In Wirklichkeit ist ein solches System nicht neu, aber im Kontext eines begrenzten Budgets hat es sich voll und ganz gerechtfertigt.

Mit Blick auf die Zukunft möchte ich sofort das Funktionsdiagramm des Steuerungssystems zeigen.


Abb. 1

Ich interessiere mich für jemanden unter Katze.

Die logische Frage ist, warum dies alles benötigt wird. Die Verwendung eines drahtlosen Lichtsteuersystems bietet:

• Reduzieren Sie die Anzahl der Drähte, die von jedem Schalter zur Anschlussdose im Raum führen.
• Möglichkeit der Implementierung von Durchgangsschaltern.
• Die Flexibilität, Lasten von jedem Schalter aus zu steuern, sowie die Verwendung von normalerweise geschlossenen, normalerweise geöffneten Tasten.
• Die Möglichkeit, eine beliebige Zeitverzögerung für den Ein- / Ausschalten des Betriebs zu implementieren.

Die technische Aufgabe bestand am Anfang nur aus Worten und sah sehr schlammig und unverständlich aus. Der Punkt ist, dass in einem zweistöckigen Cottage mit einer Fläche von 208 m² das Ein- und Ausschalten der Innenbeleuchtung erforderlich ist. Das System sollte mit 220 V betrieben werden und zwischen 21 und 23 Stück geschaltet werden. Lasten (Lampen) mit einer Leistung von nicht mehr als 200W. Zum Zeitpunkt der ersten Inspektion des Objekts sah alles so aus


Abb. 2. Der Hauptteil der Kommunikation wird in den Boden gelegt, dann wird alles mit Betonestrich gegossen


Abb. 3. Platz für die Installation eines Verteilerschranks im zweiten Stock

Die starke Empfehlung war, so wenig Drähte wie möglich zu verwenden. Im Idealfall gelangen nur diejenigen, die bereits in Boden, Wänden und Decke verlegt sind, vom Installationsort der Schalttafel zu jeder Glühbirne. Aufgrund der elektromagnetischen Verträglichkeit aller Geräte im Haus wurde die Verwendung von normalem WLAN nicht empfohlen, da Es gibt unzählige solcher Geräte, und der Kunde hat aus diesem Grund eine Modeerscheinung im Kopf, dass die Geräte im Haus ihr eigenes Leben führen und der mitgelieferte Slow Cooker das Licht im Bad oder in der Toilette beeinflusst. Als erstes habe ich das Blockdiagramm skizziert, da ich mir die Lösung für dieses Problem vorstelle. Auf fig_4 diese Option.


Abb. 4. Funktionsdiagramm der Lichtsteuerung.

Grundlage war das Funkmodul CC2530 von Texas Instruments, das die ZiegBee-Technologie unterstützt und mit IAR-Studio 5.5 ganz einfach in C ++ programmiert wird. Das direkte Schalten von Lasten erfolgt über die WB-MR6-Relaismodule (Wirenboard). Ich habe dieses Element gewählt, da in einem kompakten Gehäuse auf einer Din-Rail sechs Relais mit unabhängigen Kanälen auf der 16A-Steuerung installiert sind und alle Merkmale des Schaltens von Allzweck-Leistungslasten in t berücksichtigt werden. h mit hohen Anlaufströmen: Steuerung von LED-Lampen, Glühlampen, Schaltnetzteilen. Außerdem ist jeder Relaiskontakt durch einen Varistor gegen Überspannung geschützt. Sechs dieser Module mussten installiert werden, um eine bestimmte Anzahl von Lasten ruhig verwalten zu können. Alle WB-MR6 sind über die ModBus-Schnittstelle in einem einzigen Netzwerk verbunden. Jedes Relaismodul ist auf eine Adresse eingestellt, die dem Anschlussplan entspricht, und das gesamte System mit Eingangsblöcken, Sicherungen und Leistungsschaltern ist in zwei Schalttafeln SHCHMP2-1 500x400x450 ziemlich fest montiert. Für die kompakte Platzierung der 46 Eingangskabel 3x1,5 (einadriges Kupfer) war es erforderlich, die traditionelle Position der Din-Schienen auf vertikal zu ändern.


Abb. 5. Schalttafel mit Platzierung der Lichtsteuergeräte.

Es sollte beachtet werden, dass sich die unglaublich nützliche Funktion des WB-MR6 als die Fähigkeit herausstellte, Relaisausgänge durch einfaches Anschließen normal geöffneter Tasten an den unteren Klemmenblock zu steuern. Dies ist das, was Sie für einen temporären Schaltplan benötigen. T.K. Die ModBus-Steuerung erschien fünf Monate später nach der Montage und Installation der Schalttafeln. Während dieser Zeit wurden alle Kabel, die zu jeder Last führen, vollständig getestet und nummeriert. Mit der Steuerlogik des Schalters - der Glühbirne in Abb. 6 - wurde ein detailliertes Schaltschema erstellt.


Abb. 6. Beleuchtungssteuerungsschema und Lastplatzierungs- und Abfragemodule.

Was die Umfragemodule betrifft, kann ich Folgendes sagen: Das in Abb. 7 gezeigte Funktionsdiagramm hat sich als recht funktionell erwiesen. Es war praktisch nicht nötig, etwas zu wiederholen. Mit dem RF-Modul ss2530 können Sie beliebigen Eingängen beliebige Ausgänge zuweisen. Die einzige Ausnahme ist UART (Pin20-Tx, Pin21-Rx). Der größte Teil der Liste der Elemente wurde auf Ali gekauft. Leiterplatten wurden auf Resonanz bestellt. Ich habe alle zwanzig Teile mit meinen Händen gelötet. Es ist schwer, es hat eine Woche gedauert, es hat nicht sofort geklappt müssen. Aber wertvolle Erfahrungen bei der Installation von SMD-Komponenten gesammelt.


Abb. 7. Funktionsplan des Button Polling Moduls

Der Prozess des Debuggens und des Vollbetriebs des Systems dauerte etwas mehr als drei Monate. Der erste Schritt nach dem Zusammenbau der Rice_8-Karten, der Überprüfung der Stromversorgung und der Verbindung zum Programmierer bestand darin, ein Tastenabrufprogramm zu schreiben und Steuerbefehle für die WB-MR6-Relaismodule über den ModBus-Bus zu generieren.


Abb. 8. Tastenabfragemodul

Es stellte sich ziemlich schnell und einfach heraus. Ein Tastenabfragemodul ist bisher über RS485 ohne Netzwerkschnittstelle mit einem Relaismodul verbunden. Sofort gelang es, den erzielten Erfolg auf das Objekt pic_9 anzuwenden, wurde Twisted Pair UTP von den Knöpfen im Schlafzimmer im Voraus gelegt. Mit der Befestigung der Module bin ich nicht sehr raffiniert geworden, selbstklebende Pads und Kunststoffklammern helfen sehr.


Abb. 9. Anhängen von Tastenabfragemodulen.

Anschließend fügte er programmgesteuert die Adresse jedes Moduls hinzu, die mit dem DIP-Schalter und der entsprechenden Schaltkarte, der Master / Slave-Betriebsart und der Übertragung von Befehlen per Funk eingestellt wurde. Ein Schritt nach vorne war ernst und daher gab es viele Schwierigkeiten beim Debuggen. Am schwerwiegendsten ist die Übertragung von Informationen über die gedrückte Taste an das an den Modbus-Bus angeschlossene Master-Modul, sobald das Zig-Bee-Datenübertragungsprotokoll aktiviert wurde. Alles stellte sich als viel komplizierter heraus. Für diejenigen, die bis hierher gelesen haben, kann ich sagen, dass das Problem darin bestand, dass die Timer im Prozessorkern unvorhersehbar funktionieren, genauer gesagt im IAR-Compiler. Sie müssen seine Einstellungen beim Aufrufen der Zeitzählprozedur ständig angeben. Um einen Weg zur Lösung dieses Problems zu finden, wurden Überwachungs- und Steuerfunktionen für per Funk gesendete Daten hinzugefügt. Die Steuerung des Tastendrucks im Servicemodus wurde sofort im Hyperterminal des Computers angezeigt, der über den RS485-USB-Adapter mit dem Abfragemodul verbunden ist. Ein weiteres ernstes Problem bei der Organisation des Lichtsteuerungsnetzwerks war die unzureichende Reichweite der Funkschnittstelle. Mehr oder weniger, mit Zuversicht, wechselte alles nur innerhalb der Grenzen der Tabelle, auf der das Layout zusammengestellt wurde. Dies ist eine Folge der Energiesparmodus-Funktion SS2530, bei der standardmäßig die Funktion zur Reduzierung der Strahlungsleistung verwendet wurde. Nachdem die Verbindung hergestellt wurde, weiß ich nicht, warum dies geschehen ist, aber dies wurde über jtag im schrittweisen Debugging-Modus herausgefunden. Nach dem Ausschalten dieses Modus begann das Netzwerk innerhalb einer Etage in der Hütte zu arbeiten. Tatsächlich wurden die Ein / Aus-Lichtbefehle vom Server nur von den Abfragemodulen verarbeitet, die sich in einem Radius von 12 bis 14 m befanden. Vorausgesetzt, es gab keine Wände. Um dieses Problem zu lösen, haben wir uns dafür entschieden, das CC2530-Modul durch eine Planarantenne durch ein Modul mit einer externen Antenne (mit IPEX-Anschluss) zu ersetzen. Dies gilt umso mehr, als es sehr erfolgreich war, drei Module in der E18-MSI-IPX-Version sowie eine Antenne und ein Kabel in einem von St. Petersburg zu kaufen Online-Shops. All dies wurde schnell verlötet, die Ecken für die Montage der Antennen wurden hergestellt und mit den Adapterplatten Abb. 10 verschraubt.


Abb. 10. Verwendung einer externen Antenne

Das Ergebnis eines solchen Upgrades war für mich sehr rätselhaft - da sich die Reichweite nicht wesentlich geändert hat, würde ich sogar sagen, dass sie leicht abgenommen hat. Ich begann nach einem Ausweg aus dieser Situation zu suchen, um die Algorithmen des Programms zu optimieren. Die anfänglichen Einstellungen des SS2530 mussten das Datenblatt Auto und die Foren zu diesem Thema erneut lesen. Ziel war es, jedes Modul im Netzwerk als Repeater zu verwenden, zumal eine solche Funktion standardmäßig aktiviert ist und von jedem Gerät unterstützt wird, auf dem das Zig-Bee-Protokoll ausgeführt wird. Aber in meinem Fall war es nicht offensichtlich. Aus diesem Grund habe ich beschlossen, ein zusätzliches Modul in das System einzuführen, bei dem eine eindeutige Firmware aktiviert wird, indem nur Pin_6 am DIP-Schalter ausgelöst wird. Er musste, war an der Decke des ersten Stocks und sendete nur die empfangenen Befehle, d.h. ein Signalverstärker sein.

Ich werde sofort sagen, dass dies eine Sackgasse war. Bei der Umsetzung dieser Idee habe ich jedoch versehentlich die Parameter der „schwarzen“ Antenne gemessen, die ich zusammen mit dem CC2530 und dem Kabel in einem Online-Shop verkauft habe. Der Netzwerkanalysator zeigte ein SWR von 1,9 bei einer Frequenz von 2,4 GHz - Kommentare sind nicht erforderlich, Sie müssen Ihre eigene Antenne herstellen. Eine Anfrage an die Suchmaschine gibt sofort die richtige Antwort, die Kleeantenne und detaillierte Herstellungsanweisungen.


Abb. 11. Antenne und Gerät zur Herstellung.

Buchstäblich am Abend habe ich drei Teile dieser Antennen hergestellt und deren SWR auf nicht schlechter als 1,2 überprüft. Ich kann nicht über die anderen Eigenschaften, Strahlungsmuster und Verstärkung sagen. Tatsache ist jedoch, dass sich die Reichweite des zuverlässigen Empfangs und Sendens von Befehlen verdoppelt hat. Abb_12


Abb. 12. Antennenmessung

Infolgedessen gelang es uns, auf allen 12 in der Hütte installierten Abfragemodulen einen normalen Serversignalempfang zu erreichen. T.O. Die Anforderung an TK ist pünktlich vollständig erfüllt, ich habe die Fristen praktisch eingehalten. Der Kunde ist zufrieden.