Радиоуправляемый выключатель своими руками. Часть 1 — Hardware

Радиоуправляемый выключатель своими руками. Часть 1 — Hardware

Этот пост — первая часть из серии рассказов о том, как можно относительно несложно сделать своими руками радиоуправляемый выключатель полезной нагрузки.
Пост ориентирован на новичков, для остальных, думаю, это будет «повторение пройденного».

1. Hardware выключателя

Начало

1. Хочется реализовать удаленное управление светом и вытяжкой.
2. Выключатели есть одно- и двух-секционные (свет и свет+вытяжка).
3. Выключатели установлены в стене из гипсокартона.
4. Вся проводка — трехпроводная (присутствует фаза, нуль, защитное заземление).

Второй пункт в общем-то предполагает, что надо бы сделать две разные схемы (для одно- и двух-канального выключателя), но поступим иначе — сделаем «двухканальный» модуль, но в случае, когда реально требуется только один канал — не будем распаивать часть комплектующих на плате (аналогичный подход реализуем и в коде).

Третий пункт — обуславливает некоторую гибкость в выборе форм-фактора выключателя (реально снимается существующий выключатель, демонтируется монтажная коробка, внутрь стены монтируется готовое устройство, возвращается монтажная коробка и монтируется выключатель назад).

Четвертый пункт — существенно облегчает поиск источника питания (220В есть «под рукой»).

Вводные данные ясны, можно двигаться дальше.

Принципы и элементная база

Выключатель хочется сделать многофункциональным — т.е. должна остаться «тактильная» составляющая (выключатель физически должен остаться и должна сохраниться его обычная функция по включению/выключению нагрузки, но при этом должна появиться возможность управления нагрузкой через радиоканал.

Для этого обычные двухпозиционные (включено-выключено) выключатели заменим на аналогичные по дизайну выключатели без фиксации (кнопки):

Эти выключатели работают примитивно просто: когда клавиша нажата — пара контактов замкнуты, когда клавишу отпускаем — контакты размыкаются. Очевидно, что это обычная «тактовая кнопка» (собственно так ее и будем обрабатывать).

• берем МК (atmega8, atmega168, atmega328 — использую то, что есть «прямо сейчас»), в комплекте с МК добавляем резистор для подтяжки RESET к VCC,
• подключаем две «кнопки» (для минимизации количества навесных элементов — будем использовать встроенные в МК резисторы подтяжки), для коммутации нагрузки воспользуемся реле с подходящими параметрами (у меня как раз были припасены реле 833H-1C-C с 5В управлением и достаточной мощностью коммутируемой нагрузки — 7A 250В

Радиоканал будем организовывать с помощью nRF24L01+:

Модуль, как известно, толерантен к 5В-сигналам на входах, но требует для питания в 3.3В, соответственно, в схему добавим еще линейный стабилизатор L78L33 и пару конденсаторов к нему.

Дополнительно добавим блокировочные конденсаторы по питанию МК.

МК будем программировать через ISP — для этого на плате модуля предусмотрим соответствующий разъем.

Собственно, вся схема описана, осталось только определиться с выводами МК, к которым будем подключать нашу «периферию» (радиомодуль, «кнопки» и выбрать пины для управления реле).

• Радиомодуль подключается на шину SPI (таким образом, подключаем пины колодки с 1 по 8 на GND, 3V3, D10 (CE), D9 (CSN), D13 (SCK), D11 (MOSI), D12 (MISO), D2 (IRQ) — соответственно).
• ISP — вещь стандартная и подключается следующим образом: подключаем пины разъема с 1 по 6 на D12 (MISO), VCC, D13 (SCK), D11 (MOSI), RESET, GND — соответственно).

Теперь следует определиться с тем, какие «корпуса» будем использовать. В этом месте начинает диктовать правила моя природная лень: мне очень не нравится сверлить печатные платы — поэтому выберем по максимуму «поверхностный монтаж» (SMD). С другой стороны, здравый смысл подсказывает, что использование SMD очень существенно сэкономит размер печатной платы.

• микроконтроллер — atmega168 в корпусе TQFP32 — 1 шт.
• транзистор — MMBT2222ALT1 в корпусе SOT23 — 2 шт.
• диод — 1N4148WS в корпусе SOD323 — 2 шт.
• стабилизатор — L78L33 в корпусе SOT89 — 1 шт.
• реле — 833H-1C-C — 2 шт.
• резистор — 10кОм, типоразмер 0805 — 1 шт. (подтяжка RESET к VCC)
• резистор — 1кОм, типоразмер 0805 — 1 шт. (в цепь базы транзистора)
• конденсатор — 0.1мкФ, типоразмер 0805 — 2 шт. (по питанию)
• конденсатор — 0.33мкФ, типоразмер 0805 — 1 шт. (по питанию)
• электролитический конденсатор — 47мкФ, типоразмер 0605 — 1 шт. (по питанию)

Тут я немного хитрю и подглядываю в свои «запасники» (просто выбираю то, что там уже есть в наличии). Вы можете выбирать компоненты по своему усмотрению (выбор конкретных компонентов выходит за пределы этого поста).

Поскольку вся схема уже практически «сформирована» (по крайней мере, в голове), можно приступать к проектированию нашего модуля.

Проектирование

Для этого воспользуемся замечательной программой — EAGLE.

На мой взгляд — очень простая, но в то же время — очень удобная программа для создания принципиальных схем и печатных плат по ним. Дополнительные «плюсы» в копилку EAGLE: мультиплатформенность (мне приходится работать как на Win-, так и на MAC-компьютерах) и наличие бесплатной версии (с некоторыми ограничениями, которые для большинства «самодельщиков» покажутся совершенно несущественными).

Научить вас пользоваться EAGLE в этом топике не входит в мои планы (в конце статьи есть ссылка на замечательный и очень простой для освоения учебник по пользованию EAGLE), я лишь расскажу, некоторые свои «хитрости» при создании платы.

Мой алгоритм создания схемы и платы был примерно следюущий (ключевая последовательность):

• Создаем новый проект, внутри которого добавляем «схему» (пустой файл).
• Добавляем МК и необходимую «обвеску» (подтягивающий резистор на RESET, блокировочный конденсатор по питанию и т.п.). Обращаем внимание на корпуса (Package) при выборе элементов из библиотеки.
• «Изображаем» ключ на транзисторе, который управляет реле. Копируем этот кусок схемы (для организации «второго канала»). Входы ключей — пока оставляем «болтаться в воздухе».
• Добавляем на схему разъем ISP и колодку для подлючения радиомодуля (делаем соответствующие соединения в схеме).
• Для питания радиомодуля добавляем в схему стабилизатор (с соответствующими конденсаторами).
• Добавляем «разъемы» для подключения «кнопок» (один пин разъема сразу «заземляем», второй — «болтается в воздухе»).

• Размещаю клеммники для подключения силовой нагрузки.
• Правее клеммников — реле.
• Еще правее — элементы транзисторных ключей.
• Стабилизатор питания для радиомодуля (с соответствующими конденсаторами) размещаю рядом с транзисторными ключами (в нижней части платы).
• Размещаю колодку для подключения радиомодуля снизу справа (обращаем внимание на то, в каком положении окажется сам радиомодуль при паравильном подключении к этой колодке — по моей задумке он должен не выступать за пределы основной платы).
• Разъем ISP размещаю рядом с разъемом радиомодуля (поскольку используются одни и те же «пины» МК — чтобы было проще разводить плату).
• В оставшемся пространстве располагаю МК (корпус надо «покрутить», чтобы определить наиболее оптимальное его положение, чтобы обеспечить минимальную длинну дорожек).
• Блокировочные конденсаторы размещаем максимально близко к соответствующим выводам (МК и радиомодуля).

Теперь уже можно определиться с подключением ключей и кнопок (смотрю, какие пины ближе к соответствующим цепям и которые проще будет подключить на плате), для этого хорошо перед глазами иметь следующую картинку:

• Транзисторные ключи подключаем на пины D3, D4.
• Кнопки — на A1, A0.

После этого уже доделываю последние соединения в проекте печатной платы, «набрасываю» полигоны GND (поскольку лазерный принтер плохо печатает сплошные полигоны, делаю его «сеточкой»), добавляю пару-тройку переходов (VIA) с одного слоя платы на другой и проверяю, что не осталось ни одной не разведенной цепи.

У меня получилась платка размером 56х35мм.

Вуаля, можно приступать к изготовлению печатной платы.

Изготовление печатной платы

Плату делаю методом ЛУТ (Лазерно-Утюжная Технология). В конце поста есть ссылка на материалы, которые мне очень помогли.

• Печатаю на бумаге Lomond 130 (глянцевая) нижнюю сторону платы.
• Печатаю на такой же бумаге верхнюю сторону платы (зеркально!).
• Складываю полученные распечатки изображениями внутрь и на просвет совмещаю (очень важно получить максимальную точность).
• После этого степлером скрепляю листки бумаги (постоянно контролируя, чтобы совмещение не было нарушено) с трех сторон — получается «конверт».
• Вырезаю подходящего размера кусок двустороннего стеклотекстолита (ножницами по металлу или ножевкой).
• Стеклотекстолит нужно обработать очень мелкой шкуркой (убираем окислы) и обезжирить (я делаю это ацетоном).
• Полученную заготовку (аккуратно, за края, не трогая очищенные поверхности) помещаю в полученный «конверт».
• Разогреваю утюг «на полную» и тщательно утюжу заготовку с двух сторон.
• Оставляю плату остыть (минут 5), после этого можно под струей воды отмачивать бумагу и удалять ее.

Далее плату травлю в растворе хлорного железа (не допуская недо- и пере-травливания).

Тонер смываю ацетоном.

Контроль качества

После этого делаю визуальный контроль (требуется хорошее освещение и лупа). Если есть какие-то подозрения, что имеется «залипуха» — контроль тестером «подозрительных» мест.

Для самоуспокоения — контроль тестером всех соседствующих проводников (удобно пользоваться режимом «прозвонка», когда при «коротком замыкании» тестер подает звуковой сигнал).

Если все-таки где-то обнаружен ненужный контакт — исправляю это острым ножом. Дополнительно обращаю внимание на возможные «микротрещины» (пока просто фиксирую их — исправлять буду на этапе лужения платы).

Лужение, сверление

Я предпочитаю плату перед сверлением залудить — так мягкий припой позволяет чуть проще сверлить и сверло на «выходе» из платы меньше «рвет» медные проводники.

Сначала изготовленную печатную плату необходимо обезжирить (ацетон или спирт), можно «пройтись» ластиком, чтобы убрать появившиеся окислы. После этого — покрываю плату обычным глицерином и дальше уже паяльником (температура где-то около 300 градусов) с небольшим количеством припоя «вожу» по дорожкам — припой ложится ровно и красиво (блестит). Лудить надо достаточно быстро, чтобы дорожки не поотваливались.

Когда все готово — отмываю плату с обычным жидким мылом.

После этого уже можно сверлить плату.
С отверстиями диаметром более 1мм все достаточно просто (просто сверлю и все — надо только вертикальность постараться соблюсти, тогда выходное отверстие попадет в отведенное ему место).

А вот с переходными отверстиями (я их делаю сверлом 0,6мм) несколько сложнее — выходное отверстие, как правило, получается немного «рваным» и это может приводить к нежелательному разрыву проводника.
Тут можно посоветовать делать каждое отверстие за два прохода: засверлить сначала с одной стороны (но так, чтобы сверло не вышло с другой стороны платы), а затем — аналогично с другой стороны. При таком подходе «соединение» отверстий произойдет в толще платы (и небольшая несоосность не будет проблемой).

Монтаж элементов

Сначала распаиваются межслойные перемычки.
Там где это просто переходные отверстия — просто вставляю кусочек медной проволоки и запаиваю его с двух сторон.
Если «переход» осуществляется через одно из отверстий для выводных элементов (разъемы, реле и т.п.): распускаю многожильный провод на тонкие жилы и аккуратно запаиваю кусочки этой жилы с двух сторон в тех отверстиях, где нужен переход, при этом минимально занимая пространство внутри отверстия. Это позволяет реализовать переход и отверстия остаются достаточно свободными для того, чтобы соответствующие разъемы нормально встали на свои места и были распаяны.

Тут опять следует вернуться к этапу «контроль качества» — прозваниваю тестером все подозрительные ранее и полученные в ходе лужения/сверления/создания переходов новые места.
Проверяю, что обнаруженные ранее микротрещины устранены припоем (или устраняю припаивая тонкий проводник поверх трещинки, если после лужения трещинка осталась).

Устраняю все «залипухи», если такие все-таки появились в процессе лужения. Это гораздо проще сделать сейчас, чем в процессе отладки уже полностью собранной платы.

Теперь можно приступать непосредственно к монтажу элементов.

Мой принцип: «снизу вверх» (сначала распаиваю наименее высокие компоненты, потом те, что «повыше» и те, что «высокие»). Такой подход позволяет с меньшими неудобствами разместить все элементы на плате.

Таким образом, сначала распаиваются SMD-компоненты (я начинаю с тех элементов, у которых «больше ног» — МК, транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы), потом дело доходит и до выводных компонентов — разъемов, реле и т.п.

Силовой блок SR-2-1000 Ноотехника Ноолайт

Двухканальный уличный радиоуправляемый выключатель (силовой блок) Ноотехника Ноолайт nooLite SR-2-1000 предназначен для включения-выключения нагрузки любого типа, включая лампы накаливания, точечные и линейные галогенные лампы на 220 В, галогенные лампы на 12 В, светодиодные светильники, люминесцентные, энергосберегающие и газоразрядные лампы, контакторы, электродвигатели, нагревательные устройства. Силовой блок имеет исполнение корпуса — IP65, что позволяет использовать его на улице.

Уличный ссиловой блок SR-2-1000 является двухканальным устройством, каждый из каналов которого работает как отдельный силовой блок независимо от второго, что позволяет управлять двумя группами нагрузок.

При необходимости можно объединить каналы с целью получения выключателя с полной гальванической развязкой от сети.

Выключатели Ноотехника SR-2-1000 совместно с другими выключателями Ноолайт nooLite позволяют создавать сценарии освещения. Уличный силовой блок Ноотехника Ноолайт SR-2-1000 не имеет собственных органов управления, а принимает команды от пультов-радиопередатчиков, что позволяет сэкономить на электропроводке и организовать управление освещением с максимальным удобством.

Для эксплуатации уличным радиовыключателем Ноотехника Ноолайт SR-2-1000 обязательно необходим пульт-радиопередатчик nooLite PUx1x или PNx1x.
Возможно, оптимален выбор пульта-брелока PN-XXX

Функции:

• включение/выключение;
• запоминание сценариев;
• полное гальваническое отключение нагрузки от сети 220 В.

Достоинства:

• наличие двух каналов управления;
• коммутируемая мощность одного канала до 1000 ВА;
• влагозащищённый, исполнение корпуса- IP65;
• диапазон рабочих температур от -40 до +50 °C;
• работа с любым типом нагрузки (люминесцентные, светодиодные, газоразрядные лампы и пр.);
• выход канала типа "сухой контакт".

Скачайте руководство, чтобы узнать больше

Технические характеристики:

* При выборе максимальной нагрузки следует учитывать её характер. Максимальная мощность в Вт совпадает с максимальной в ВА только для резистивной нагрузки (лампы накаливания, галогенные лампы, нагреватели). Для других типов следует использовать понижающий коэффициент 0,6.

Сенсорный радиоуправляемый выключатель Livolo 1 клавиша 1 пост Черный

Выключатель однолинейный VL-C701R-12 выполнен в чёрном цвете. Он удачно впишется в любой интерьер. При использовании пульта дистанционного управления вы всегда можете выключить или включить свет вручную. Панель сделана из ударопрочного стекла.

Рекомендуется использовать для включения следующих типов ламп:

— светодиодные (ленты и лампы);

— галогенные (12 В, 24 В, 220 В);

Внимание! Сенсорный выключатель VL-C701R-12 может работать некорректно с такими видами ламп, как светодиодные ленты и лампы, а также люминесцентное оборудование до 18 Вт. Это будет проявляться в мигании ламп в выключенном состоянии. Разрешить данную проблему можно посредством установки LED-адаптера.

· Сенсорное управление.

В сенсорную панель встроены инновационные ёмкостные датчики. Благодаря им выключатель реагирует на малейшие прикосновения к панели управления.

· Подсветка.

В устройство настенного выключателя встроена подсветка. Это обеспечивает удобную и безопасную эксплуатацию в ночное время. В выключенном состоянии аппарат подсвечивается голубым цветом, а во включенном – красным.

· Ударопрочная панель.

Для изготовления наружной панели устройства было использовано оптическое стекло OptiWite. Оно защищает от механического воздействия и предотвращает появление царапин и прочих мелких дефектов на лицевой панели. К тому же оно не нуждается в особом уходе. Необходимо лишь периодически протирать панель влажной тряпкой.

· Автоматическое отключение.

Монтаж

Монтаж настенного выключателя VL-C701R-12 осуществляется легко и просто. Поскольку подключение происходит к цепи по стандартной схеме, никаких изменений в электропроводку вносить не требуется.

Выключатель устанавливается в круглую монтажную коробку, имеющую глубину 50 мм и диаметр от 65 до 70 мм. Межцентровое расстояние для крепёжных винтов должно составлять не менее 60 мм. Приобрести монтажную коробку для скрытой установки выключателя можно в любом специализированном салоне.

SR211-2k0 выключатель уличный, 2 канала, 2х1 КВт.

Назначение:
Радиоуправляемый выключатель (силовой блок) nooLite SR211-2k0 предназначен для включения-выключения нагрузки любого типа, включая лампы накаливания, точечные и линейные галогенные лампы на 220 В, галогенные лампы на 12 В, светодиодные светильники, люминесцентные, энергосберегающие и газоразрядные лампы, контакторы, электродвигатели, нагревательные устройства. Силовой блок имеет исполнение корпуса — IP65, что позволяет использовать его на улице.
SR211-2k0 является двухканальным устройством, каждый из каналов которого работает как отдельный силовой блок независимо от второго, что позволяет управлять двумя группами нагрузок.
При необходимости можно объединить каналы с целью получения выключателя с полной гальванической развязкой от сети.
Выключатели SR211-2k0 совместно с другими выключателями nooLite позволяют создавать сценарии освещения. SR211-2k0 не имеет собственных органов управления, а принимает команды от пультов-радиопередатчиков, что позволяет сэкономить на электропроводке и организовать управление освещением с максимальным удобством.
Для эксплуатации SR211-2k0 обязательно необходим пульт-радиопередатчик nooLite PUx1x или PNx1x.

Функции:
— Включение/выключение.
— Запоминание состояния при пропадании сети 220 В.
— Запоминание сценариев.

Достоинства:
— Наличие двух каналов управления;
— Коммутируемая мощность одного канала до 1000 ВА;
— Влагозащищённый, исполнение корпуса- IP65;
— Диапазон рабочих температур от -40 до +50 °C;
— Работа с любым типом нагрузки (люминесцентные, светодиодные, газоразрядные лампы и пр.);
— Выход канала типа «сухой контакт».

Одно- и двухканальный режимы работы:
Во включенном по умолчанию двухканальном режиме “split” SR211-2k0 работает как два отдельных выключателя. Переставив перемычку XT1 в положение “join”, можно объединить каналы в один. В одноканальном режиме “join” оба реле включаются и выключаются синхронно, что можно использовать для одновременной коммутации фазы и нуля, чтобы обеспечить полное гальваническое отключение нагрузки от сети 220 В.
Внимание! Перестановку перемычки XT1 можно производить только при отключенном напряжении сети 220В. Светодиод «Сеть» должен быть погашен.
Для подключения нагрузки используются сухие контакты реле. Они полностью электрически развязаны от схемы питания самого SR211-2k0, что позволяет коммутировать нагрузку, подключенную к другим фазам сети и к другим источникам тока.

Пояснения:
При выборе максимальной нагрузки следует учитывать её характер. Максимальная мощность в Вт совпадает с максимальной в ВА только для резистивной нагрузки (лампы накаливания, галогенные лампы, нагреватели). Для других типов следует использовать понижающий коэффициент 0,6.
Максимальная дальность связи зависит от ориентации блока относительно пульта. Наибольшая дальность достигается в направлении лицевой поверхности (крышки) SR211-2k0.

• наличными или банковской картой при получении товара в пунктах выдачи СДЭК, при условии наличия в них терминала.
• через банк перечислением на наш расчетный счет по выставленному счету.
• по безналичному расчету для юридических лиц.

Доставка до адреса осуществляется курьерской службой ежедневно, кроме выходных и праздничных дней.

Стоимость доставки для физических лиц:

До адреса в пределах МКАД – 350р

До адреса за МКАД и по Московской области 500р

В пункты выдачи в пределах МКАД – 150р

В пункты выдачи, расположенные за МКАД и по Московской области -200р

В остальные регионы – по согласованию с менеджером, в зависимости от тарифов курьерской службы.

Стоимость доставки для юридических лиц:

До адреса в пределах МКАД – 600р

До адреса за МКАД и по Московской области 700р

В пункты выдачи в пределах МКАД – 200р

В пункты выдачи, расположенные за МКАД и по Московской области -300р

В остальные регионы – по согласованию с менеджером, в зависимости от тарифов курьерской службы.

В соответствие с законом «О защите прав потребителя» предоставляется производителем товара, а по всем вопросам гарантийного обслуживания покупатель обращается в сервисный центр производителя.

По согласованию возможна отправка товара в сервисный центр через нашу компанию. Все транспортные расходы в этом случае несет покупатель, а сроки исполнения гарантийных обязательств увеличиваются в 1,5-2 раза.

Возврат товара надлежащего качества при дистанционной торговле возможен в течение 7 дней после передачи товара. Потребитель обязан в таком случае оплатить стоимость доставки товара до продавца. (п.4 ст.26.1).

Обмен товара надлежащего качества в случае, если он не подошел по какой-либо из причин, на аналогичный товар возможен в течение 14 дней после передачи товара. (п.1 ст.25)

Возврат и обмен товара возможен, если товар не был в употреблении, сохранены его товарный вид, потребительские свойства, пломбы, а также имеется кассовый чек на приобретение товара. (п.1 ст.25)

Потребитель не вправе отказаться от товара, имеющего индивидуально-определенные свойства(товары изготавливаемые и поставляемые под заказ)(п.4 ст.26.1).