Controle de luz no ZigBee

Olá amigos! Hoje, quero falar sobre um desenvolvimento interessante de um sistema de controle remoto de iluminação.



Uma casa moderna é um grande número de fios para, pelo menos de alguma forma, reduzir e agilizar seu número de rádios em socorro. Na realidade, esse sistema não é novo, mas, no contexto de um orçamento limitado, foi totalmente recompensado.

No futuro, quero mostrar imediatamente o diagrama funcional do sistema de controle.


Fig. 1

Estou interessado em alguém sob gato.

A questão lógica é por que tudo isso é necessário? O uso de um sistema de controle de luz sem fio fornece:

• Reduzindo o número de fios que vão de cada comutador para a caixa de junção na sala.
• Possibilidade de implementar switches walk-through.
• A flexibilidade de controlar qualquer carga de qualquer chave, bem como o uso de botões normalmente abertos normalmente fechados.
• A capacidade de implementar qualquer atraso de tempo para operação on / off.

A tarefa técnica, no começo, era apenas em palavras e parecia muito enlameada e incompreensível. O ponto é que, em uma casa de dois andares com uma área de 208 m², é necessário controlar a iluminação interna de ligar / desligar, o sistema deve ser alimentado por 220v e alternar 21-23pcs. cargas (lâmpadas) com uma capacidade não superior a 200W. No momento da primeira inspeção do objeto, tudo parecia assim


Fig. 2. A parte principal das comunicações é colocada no chão, depois é derramada com betonilha


Fig. 3. Local para instalação de um armário de distribuição no segundo andar

A forte recomendação era usar o menor número possível de fios. Idealmente, apenas aqueles que já estão assentados no piso, paredes e teto, eles vão do local de instalação do painel de distribuição para cada lâmpada. Devido à compatibilidade eletromagnética de todos os dispositivos da casa, não foi recomendado o uso de wi-fi comum, porque Existem inúmeros dispositivos e o cliente, nesta conta, tem uma moda passageira: os dispositivos da casa começarão a viver suas próprias vidas e o fogão lento incluído afetará a luz no banheiro ou no banheiro. A primeira coisa que fiz foi esboçar o diagrama de blocos, enquanto imagino a solução para esse problema. Na fig_4 esta opção.


Fig. 4. Diagrama funcional do controle de iluminação.

A base foi tomada pelo módulo de rádio Texas Instruments CC2530, que suporta a tecnologia ZiegBee e é simplesmente programado em C ++ usando o IAR-studio 5.5. A comutação direta de cargas é realizada usando os módulos de relé WB-MR6 (placa de arame); escolhi esse elemento porque, em um caso compacto em um trilho din, seis relés com canais independentes são instalados no controle 16A, todos os recursos de comutação de cargas de potência de uso geral são levados em consideração em t. h com altas correntes de partida: controle de lâmpadas LED, lâmpadas incandescentes, fontes de alimentação comutadas. Além disso, cada contato do relé é protegido contra sobretensão por um varistor. Seis desses módulos tiveram que ser instalados para gerenciar com calma um determinado número de cargas. Todos os WB-MR6 são conectados via interface ModBus em uma única rede. Cada módulo de relé é definido como um endereço correspondente ao diagrama de conexão, e todo o sistema com blocos de entrada, fusíveis e disjuntores é bem montado em dois quadros de distribuição SHCHMP2-1 500x400x450. Para o posicionamento compacto dos cabos de entrada 46 3x1,5 (cobre de núcleo único), era necessário alterar a posição tradicional dos trilhos dinâmicos para vertical.


Fig. 5. Quadro de distribuição com colocação de dispositivos de controle de iluminação.

Deve-se notar que a função incrivelmente útil do WB-MR6 era a capacidade de controlar saídas de relé simplesmente conectando botões normalmente abertos ao bloco de terminais inferior; é isso que você precisa para um diagrama de fiação temporário. T.K. O controle ModBus apareceu cinco meses depois, após a montagem e instalação dos quadros de distribuição. Durante esse período, todos os cabos de cada carga foram totalmente testados e numerados. E um esquema de comutação detalhado foi elaborado, com a lógica de controle do comutador - a lâmpada na Fig_6.


Fig. 6. Esquema de controle de iluminação e colocação de carga e módulos de votação

Quanto aos módulos de pesquisa, posso dizer o seguinte, o diagrama funcional mostrado na Fig_7 mostrou-se bastante funcional. Praticamente não havia necessidade de refazer nada, o módulo RF ss2530 permite atribuir entradas a quaisquer saídas. A única exceção é o UART (pin20-Tx, pin21-Rx). A maior parte da lista de elementos foi comprada em todos. Placas de circuito impresso foram encomendadas em ressonância. Soldei todas as vinte peças com as mãos, é difícil, demorou uma semana, não deu certo imediatamente preciso. Mas ganhou uma experiência inestimável na instalação de componentes SMD.


Fig. 7. Diagrama funcional do módulo de polling de botões

O processo de depuração do sistema e trazê-lo para um estado totalmente operacional levou pouco mais de três meses. Os primeiros passos após a montagem das placas Rice_8, verificação de energia e conexão com o programador, foram escrever um programa de busca de botões e gerar comandos de controle para os módulos de relé WB-MR6 através do barramento ModBus.


Fig. 8. Módulo de pesquisa de botões

Acabou bem rápido e fácil. Até agora, um módulo de polling de botão está conectado a um módulo de relé via RS485 sem uma interface de rede. Conseguiu imediatamente aplicar o sucesso obtido no objeto pic_9, o par trançado UTP, a partir dos botões localizados no quarto, foi colocado com antecedência. Com a fixação dos módulos, não me tornei muito inteligente, almofadas autoadesivas e grampos de plástico ajudam muito.


Fig. 9. Conectando módulos de polling de botão.

Em seguida, ele adicionou programaticamente o endereço de cada módulo, que foi configurado usando o comutador DIP e a placa de comutação correspondente, o modo de operação mestre / escravo e a transmissão de comandos por rádio. Um passo à frente foi sério e, portanto, houve muitas dificuldades na depuração. O mais grave é a transferência de informações sobre o botão pressionado para o módulo mestre conectado ao barramento Modbus, logo que o protocolo de transferência de dados em zig-bee foi ativado, tudo ficou muitas vezes mais complicado. Para aqueles que leram até aqui, posso dizer que o problema era que os temporizadores no núcleo do processador funcionam imprevisivelmente, mais precisamente no compilador IAR, é necessário especificar constantemente suas configurações ao chamar o procedimento de contagem de tempo. Para encontrar uma maneira de resolver esse problema, foram adicionadas funções de monitoramento e controle de dados enviados por rádio. O controle de pressionar um botão no modo de serviço foi exibido instantaneamente no hiper-terminal do computador, que é conectado através do adaptador RS485-USB ao módulo de polling. Outro problema sério na organização da rede de controle de iluminação foi o alcance inadequado da interface de rádio. Mais ou menos, com confiança, tudo mudou apenas dentro dos limites da tabela em que o layout foi montado. Isso é uma consequência do recurso do modo de economia de energia SS2530, que assumiu a função de reduzir a potência de radiação. Após a formação do link, não sei por que isso foi feito, mas foi descoberto via jtag no modo de depuração passo a passo. Depois de desativar esse modo, a rede começou a trabalhar em apenas um andar da cabana; de fato, os comandos de ligar / desligar a luz foram processados ​​pelo servidor, somente a partir dos módulos de polling localizados em um raio de 12 a 14 m. Desde que não houvesse paredes. Para resolver esse problema, escolhemos a maneira de substituir o módulo CC2530 por uma antena plana por um módulo por uma antena externa (com conector IPEX), ainda mais porque foi muito bem-sucedido comprar três módulos na versão E18-MSI-IPX mais uma antena e cabo em uma de São Petersburgo lojas online. Tudo isso foi rapidamente soldado, os cantos para montagem das antenas foram feitos e aparafusados ​​às placas adaptadoras Fig_10.


Fig. 10. Uso de antena externa

O resultado dessa atualização foi muito intrigante para mim - porque o intervalo não mudou muito, diria até que diminuiu um pouco. Comecei a procurar uma maneira de sair dessa situação ao otimizar os algoritmos do programa. As configurações iniciais do SS2530 precisavam reler o carro e os fóruns da folha de dados sobre este tópico. O objetivo era fazer com que cada módulo da rede funcionasse como repetidor, especialmente porque essa função é ativada por padrão e é suportada por qualquer dispositivo executando o protocolo Zig-Bee. Mas no meu caso não era óbvio. Como resultado, decidi introduzir um módulo adicional no sistema, que teria um firmware exclusivo ativado, aumentando apenas o pin_6 no dip-switch. Ele precisava, estava no teto do primeiro andar e apenas transmitia os comandos recebidos, ou seja, ser um reforço de sinal.

Direi imediatamente que esse era um beco sem saída. Mas, durante a implementação dessa idéia, medi acidentalmente os parâmetros da antena "preta", que vendi em uma loja online, juntamente com o CC2530 e o cabo. O analisador de rede mostrou um SWR 1,9 na frequência de 2,4 GHz - os comentários são desnecessários, você precisa criar sua própria antena. Uma solicitação ao mecanismo de pesquisa fornece imediatamente a resposta correta, a antena Clover e instruções detalhadas de fabricação.


Fig. 11. Antena e dispositivo para sua fabricação.

Literalmente, à noite, fiz três peças dessas antenas, verifiquei a sua SWR por nada menos que 1,2. Não posso dizer sobre as outras características, padrão de radiação e ganho. Mas o fato é que o alcance da recepção e envio confiáveis ​​de comandos dobrou. Fig_12


Fig. 12. Medição de antena

Como resultado, conseguimos obter uma recepção normal do sinal do servidor em todos os 12 módulos de polling instalados no chalé. T.O. o requisito de TK é totalmente cumprido dentro do prazo; eu praticamente cumpri os prazos. O cliente está satisfeito.