Temporitzador programable de 8 canals: 13 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Introducció

Faig servir la gamma de microcontroladors PIC de Microchip per als meus projectes des del 1993 i he fet tota la meva programació en llenguatge assemblador, utilitzant l’IDE Microchip MPLab. Els meus projectes anaven des de semàfors simples i LED intermitents, fins a interfícies de joystick USB per a models de R / C i analitzadors de commutadors utilitzats a la indústria. El desenvolupament va trigar molts dies i, de vegades, milers de línies de codi assemblador.

Després de rebre Matrix Multimedia Flowcode 4 Professional, era molt escèptic respecte al programari. Semblava massa fàcil de creure. Vaig decidir provar-ho i vaig provar totes les diferents macros de components, totes amb gran èxit. La millor part de l’ús de Flowcode va ser que es podien codificar projectes senzills en una sola nit. Després de jugar amb l'I²C i un rellotge en temps real DS1307, vaig decidir dissenyar el temporitzador de 8 canals amb Flowcode. En no ser un projecte petit i senzill, vaig creure que seria un gran projecte per ensenyar-me a Flowcode.

Selecció d’un microprocessador i altres components

A causa del nombre de pins d'E / S necessaris, era evident que es necessitaria un dispositiu de 40 pins. Es va triar el PIC 18F4520, principalment per la seva memòria de programa de 32K i 1536 bytes de memòria de dades. Tots els components utilitzats són dispositius de forat passant estàndard, cosa que permet construir el circuit a la placa Vero si cal. Això també va ajudar a desenvolupar-se en una taula de treball.

Pas 1: Objectius del projecte

Objectius

- Temps de conservació precís, amb còpia de seguretat de la bateria.

- Tots els programes i dades que es conservaran, fins i tot després de la pèrdua d'energia.

- Interfície d'usuari senzilla.

- Flexibilitat de programació.

Mantenir el temps

En viure en una zona propensa a fallades d’alimentació, el 50 / 60Hz estàndard de les línies elèctriques no serà suficient per mantenir el temps precís. Era essencial un rellotge en temps real i, després de provar diversos xips RTC, vaig decidir el DS1307 a causa de la seva configuració simple de còpia de seguretat de l’oscil·lador i la bateria. Es va obtenir un temps de precisió bastant precís utilitzant només un cristall de 32.768 kHz connectat al DS1307. La precisió va ser de 2 segons durant un període de prova de 2 mesos amb 4 marques diferents de cristalls.

Retenció de dades

Cal conservar totes les dades del programa del temporitzador, fins i tot en cas de fallada de corrent. Amb fins a 100 programes diferents i diverses dades de configuració, va quedar clar que els 256 bytes de la EEPROM incorporada del PIC no seran prou grans. Una EEPROM 24LC256 I²C s’utilitza per emmagatzemar tota la informació de programació.

Interfície d'usuari senzilla

La interfície d'usuari consta només de 2 elements, una pantalla LCD de 16 x 4 línies amb llum de fons LED i un teclat de 4 x 3. Tota la programació es pot fer només prement uns quants botons. Les addicions a la interfície són un brunzidor piezoelèctric audible i una llum de fons LCD intermitent visual.

Pas 2: Flexibilitat de programació

Per garantir una flexibilitat suficient del programa, el temporitzador té 100 programes que es poden configurar individualment. Per a cada programa, es pot configurar l’hora d’activació, l’hora d’aturada, els canals de sortida i el dia de la setmana. Cada programa té tres modes:

- Automàtic: s'estableix l'hora d'encesa, l'hora d'aturada, el canal de sortida i el dia de la setmana.

- Desactivat: es pot desactivar el programa individual sense suprimir la configuració. Per tornar a activar el programa, simplement seleccioneu un mode diferent.

- Dia / nit: s’estableix l’hora d’activació, l’hora d’aturada, el canal de sortida i el dia de la setmana. Funciona igual que el mode automàtic, però sí

només activeu les sortides entre els moments On i Off quan és fosc. Això també permet el control dia / nit complet

com la flexibilitat afegida per encendre els llums a la posta de sol i apagar-se a la sortida del sol.

Exemple 1: s'encendrà la llum després de les 20:00 i s'apagarà a la sortida del sol:

El: 20:00, Desactivat: 12: 00, Exemple 2: s'encendrà la llum al capvespre i s'apagarà a les 23:00.

Activat: 12:00

Apagat: 23:00

Exemple 3: s'encendrà la llum al capvespre i s'apagarà a la sortida del sol.

Activat: 12:01

Apagat: 12:00

Hi ha opcions addicionals disponibles, totes funcionen independentment dels 100 programes On / Off.

Canals de programa actius: en lloc d’apagar diversos programes, es poden desactivar els canals de sortida individuals sense necessitat de canviar els programes.

Entrades auxiliars: hi ha disponibles dues entrades digitals, que permeten activar determinats canals de sortida durant un temps concret. Es pot utilitzar, per exemple, per encendre determinats llums quan arribeu a casa a altes hores de la nit, quan es prem un botó d'un comandament a distància o per encendre un altre tipus de llums quan s'activa l'alarma de la casa.

Sortides auxiliars: hi ha disponibles dues sortides addicionals (a part dels 8 canals de sortida). Es poden programar per activar-se amb determinats canals de sortida o amb les entrades digitals. A la meva instal·lació, tinc sortides 6-8 que controlen el meu reg, que funciona a 24V. Utilitzo els canals 6-8 per activar una de les sortides auxiliars, per encendre una font d’alimentació de 24V per al sistema de reg.

Activat manualment: a la pantalla principal, es poden utilitzar els botons 1-8 per activar o desactivar manualment els canals.

Pas 3: maquinari

Font d'alimentació: la font d'alimentació consisteix en un rectificador, un condensador de suavització i un fusible d'1 Amp per a la protecció contra sobrecàrregues. Aquest subministrament està regulat per un regulador 7812 i 7805. L’alimentació de 12V s’utilitza per accionar els relés de sortida i tots els altres circuits s’alimenten des de l’alimentació de 5V. Com que el regulador 7805 està connectat a la sortida del regulador 7812, el corrent total s'ha de limitar a 1 amp a través del regulador 7812. Es recomana muntar aquests reguladors en un dissipador de calor adequat.

Autobús I²C: tot i que Flowcode permet controlar el maquinari I²C, vaig decidir fer ús de la configuració del programari I²C. Això permet una major flexibilitat en les assignacions de pins. Tot i que és més lent (50 kHz), encara té un gran rendiment en comparació amb el bus I²C de maquinari. Tant DS1307 com 24LC256 estan connectats a aquest bus I²C.

Rellotge en temps real (DS1307): durant l’inici, es llegeixen els registres RTC 0 i 7 per determinar si conté dades de configuració i temps vàlids. Quan la configuració sigui correcta, es llegeix l’hora RTC i es carrega l’hora al PIC. Aquesta és l'única vegada que es llegeix el temps des del RTC. Després de l’inici, hi haurà un pols d’1 Hz al pin 7 del RTC. Aquest senyal d'1 Hz està connectat a RB0 / INT0 i, mitjançant una rutina de servei d'interrupció, el temps PIC s'actualitza cada segon.

EEPROM externa: totes les dades i opcions del programa s’emmagatzemen a la EEPROM externa. Les dades EEPROM es carreguen a l’inici i una còpia de les dades s’emmagatzema a la memòria PIC. Les dades EEPROM només s’actualitzen quan es canvia la configuració del programa.

Sensor de dia / nit: s’utilitza una resistència estàndard dependent de la llum (LDR) com a sensor de dia / nit. Com que els LDR presenten moltes formes i varietats, tots amb valors de resistència diferents en les mateixes condicions de llum, he utilitzat un canal d’entrada analògic per llegir el nivell de llum. Els nivells de dia i de nit són ajustables i permeten una certa flexibilitat per a diferents sensors. Per configurar una histèresi, es poden establir valors individuals per al dia i la nit. L'estat només canviarà si el nivell de llum està per sota del dia o per sobre dels punts definits a la nit durant més de 60 segons.

Pantalla LCD: s'utilitza una pantalla de 4 línies i 16 caràcters, ja que no es poden mostrar totes les dades en una pantalla de 2 línies. El projecte inclou alguns caràcters personalitzats, que es defineixen a la macro LCD_Custom_Char.

Entrades auxiliars: ambdues entrades estan emmagatzemades amb un transistor NPN. + 12v i 0V també estan disponibles al connector, cosa que permet connexions més flexibles a connexions externes. Com a exemple, es pot connectar un receptor de control remot al subministrament.

Sortides: totes les sortides estan aïllades elèctricament del circuit mitjançant un relé de 12V. Els relés utilitzats tenen una potència nominal de 250 V CA a 10 amperes. Els contactes normalment oberts i tancats normalment es porten als terminals.

Teclat: el teclat utilitzat és un teclat de matriu de 3 x 4 i està connectat PORTB: 2..7.

Pas 4: interrupcions del teclat

Volia fer ús de la interrupció PORTB Interrupt on Change amb qualsevol pulsació de tecla. Per a això, s'havia de crear una interrupció personalitzada a Flowcode, per garantir que la direcció i les dades de PORTB estiguessin configurades correctament abans i després de cada interrupció del teclat. Es genera una interrupció cada vegada que es prem o es deixa anar un botó. La rutina d’interrupcions només respon quan es prem una tecla.

INTERRUPCIÓ PERSONALITZADA

Activa el codi

portb = 0b00001110; trisb = 0b11110001;

intcon. RBIE = 1;

intcon2. RBIP = 1;

intcon2. RBPU = 1;

rcon. IPEN = 0;

Codi del controlador

if (intcon & (1 << RBIF))

{FCM_% n ();

portb = 0b00001110;

trisb = 0b11110001;

wreg = portb;

clear_bit (intcon, RBIF);

}

S'han trobat problemes

Durant una interrupció, la rutina del servei d'interrupcions ha de cridar en cap condició a qualsevol altra macro que es pugui utilitzar en algun lloc de la resta del programa. Això acabarà provocant problemes de desbordament de pila, ja que la interrupció es pot produir al mateix temps que el programa principal també es troba a la mateixa subrutina. Això també s’identifica com a ERROR SERIU mitjançant Flowcode quan es compila el codi.

Al codi personalitzat del teclat sota GetKeyPadNumber, hi ha una trucada a la macro Delay_us, que provocarà un desbordament de la pila. Per superar-ho, he eliminat l'ordre Delay_us (10) i l'he substituït per 25 línies de "wreg = porta;" ordres. Aquesta ordre llegeix PORTA i posa el seu valor al registre W, només per obtenir una mica de retard. Aquesta ordre es compilarà en una única instrucció similar a l'assembler movf porta, 0. Per al rellotge de 10 MHz utilitzat al projecte, cada instrucció serà de 400 ns i, per obtenir un retard de 10 us, necessitava 25 d'aquestes instruccions.

Tingueu en compte a la segona línia de la figura 3: codi personalitzat GetKeypadNumber, que l'ordre original delay_us (10) s'ha desactivat amb "//". A sota, he afegit el meu 25 "wreg = porta;" ordres per obtenir un nou retard de 10us. Sense trucades a cap macro dins del codi personalitzat Keypad_ReadKeypadNumber, la macro Keypad ara es pot utilitzar dins d’una rutina de servei d’interrupcions.

Cal tenir en compte que els components Flowcode Keypad i eBlocks no utilitzen les resistències de tracció estàndard a les línies d’entrada. En el seu lloc, utilitza resistències desplegables de 100K. A causa de la interferència que es va trobar al teclat durant el desenvolupament, les resistències 100K van ser substituïdes per 10K i totes les resistències 10K van ser substituïdes per 1K5. El teclat es va provar per funcionar correctament amb cables de 200 mm.

Pas 5: utilitzar el temporitzador

Totes les pantalles estan configurades per indicar tota la informació necessària perquè l'usuari pugui fer canvis ràpids a la configuració. La línia 4 s’utilitza per ajudar-vos a navegar pels menús i les opcions del programa. Hi ha un total de 22 pantalles disponibles durant el funcionament normal.

LÍNIA 1: temps i estat

Mostra el dia i l'hora actuals, seguits de les icones d'estat:

A - Indica que l’entrada auxiliar A s’ha activat i que el temporitzador d’entrada auxiliar A s’està executant.

B - Indica que l’entrada auxiliar B s’ha activat i que el temporitzador d’entrada auxiliar B s’està executant.

C: indica que la sortida auxiliar C està activada.

D: indica que la sortida auxiliar D està activada.

} - Estat del sensor de dia / nit. Si és present, indica que és de nit.

LÍNIA 2: Sortides del programa

Mostra els canals que han activat els diferents programes. Els canals es mostren amb els números de sortida i un "-" indica que la sortida específica no està activada. Els canals que s'han desactivat a "Sortides del programa actives" encara s'indicaran aquí, però no es configuraran les sortides reals.

LÍNIA 3: Sortides reals

Mostra quins canals estan activats pels diferents programes, entrades auxiliars A & B o sortides manuals definides per l'usuari. Si premeu 0, totes les sortides activades manualment es desactivaran i es restabliran els temporitzadors de sortida i sortida auxiliar.

LÍNIA 4: opcions de menú i tecles (a tots els menús)

Indica la funció de les tecles “*” i “#”.

La part central indica quines tecles numèriques (0-9) estan actives a la pantalla seleccionada.

L'estat d'entrada de l'entrada auxiliar A & B també es mostra mitjançant una icona de commutador obert o tancat.

Les sortides es poden activar / desactivar manualment prement la tecla corresponent del teclat.

Al llarg dels menús, s’utilitzen les tecles Estrella i Hash per navegar per les diferents opcions del programa. Les tecles 0-9 s’utilitzen per configurar les opcions. Quan hi ha diverses opcions disponibles en una sola pantalla o menú de programació, la tecla Hash s'utilitza per passar per les diferents opcions. L'opció seleccionada actual sempre estarà indicada pel caràcter ">" a l'esquerra de la pantalla.

0-9 Introduïu valors de temps

1-8 Canvia la selecció del canal

14 36 Pas a través dels programes, 1 pas enrere, 4 passos enrere 10 programes, 3 passos endavant, 6 passos endavant 10

programes

1-7 Set dies de la setmana. 1 = diumenge, 2 = dilluns, 3 = dimarts, 4 = dimecres, 5 = dijous, 6 = divendres, 7 = dissabte

0 A la pantalla principal, esborreu totes les substitucions manuals i els temporitzadors d'entrada A i B. En altres menús, canvis

opcions seleccionades

# A la pantalla principal, desactivarà totes les modificacions manuals, els temporitzadors d'entrada A i B i les sortides del programa, fins que

el proper esdeveniment.

* i 1 Reinicieu el temporitzador

* i 2 Esborreu tots els programes i opcions, restableix la configuració per defecte.

* i 3 Posar el temporitzador en espera. Per tornar a activar el temporitzador, premeu qualsevol tecla.

Durant les entrades incorrectes de qualsevol valor horari, la llum de fons LCD parpellejarà 5 vegades per indicar un error. Al mateix temps, sonarà el brunzidor. Les ordres Sortir i Següent només funcionaran quan l’entrada actual sigui correcta.

Contrallum LCD

En iniciar-se inicialment, la llum de fons LCD s’encendrà durant 3 minuts, tret que:

- Hi ha un error de maquinari (no s'ha trobat EEPROM o RTC)

- Hora no establerta al RTC

La llum de fons LCD es tornarà a encendre durant 3 minuts a qualsevol entrada de l'usuari al teclat. Si la llum de fons LCD està apagada, qualsevol ordre del teclat activarà la llum de fons LCD i ignorarà la tecla que s'ha premut. Això garanteix que l'usuari pugui llegir la pantalla LCD abans d'utilitzar el teclat. La llum de fons LCD també s’encendrà durant 5 segons si s’activa l’entrada auxiliar A o l’entrada auxiliar B.

Pas 6: Captures de pantalla del menú

Mitjançant el teclat, cadascuna de les opcions es pot programar fàcilment. Les imatges proporcionen informació del que fa cada pantalla.

Pas 7: Disseny del sistema

Tot el desenvolupament i les proves es van fer en taulers de suport. Veient totes les seccions del sistema, el vaig dividir en tres mòduls. Aquesta decisió es va deure principalment a les limitacions de mida del PCB (80 x 100 mm) de la versió gratuïta de Eagle.

Mòdul 1: font d'alimentació

Mòdul 2: placa CPU

Mòdul 3 - Taula de relés

Vaig decidir que tots els components havien de ser fàcilment accessibles i que no volia utilitzar components de muntatge superficial.

Repassem cadascun d’ells.

Pas 8: font d'alimentació

La font d'alimentació és directa i subministra les plaques de la CPU i del relé de 12V i 5V.

Vaig muntar els reguladors de tensió en dissipadors de calor decents i també vaig utilitzar condensadors sobrevalorats per al subministrament.

Pas 9: placa CPU

Tots els components, excepte la pantalla LCD, el teclat i els relés, es munten a la placa de la CPU.

Es van afegir blocs de terminals per simplificar les connexions entre el subministrament, dues entrades digitals i el sensor de llum.

Els passadors / endolls de capçalera permeten connectar fàcilment a la pantalla LCD i al teclat.

Per a les sortides als relés, he utilitzat l'ULN2803. Ja conté totes les resistències de conducció necessàries i els díodes flyback. Això va assegurar que la placa de CPU encara es pugui fer mitjançant la versió gratuïta de Eagle. Els relés estan connectats als dos ULN2803. L'ULN2803 inferior s'utilitza per a les 8 sortides i l'ULN2803 superior per a les dues sortides auxiliars. Cada sortida auxiliar té quatre transistors. Les connexions als relés també es fan mitjançant clavilles / endolls de capçalera.

El PIC 18F4520 estava equipat amb un sòcol de programació per permetre una fàcil programació mitjançant el programador PicKit 3.

NOTA:

Notareu que el tauler conté un IC de 8 pins addicionals. El CI superior és un PIC 12F675 i està connectat a una entrada digital. Això es va afegir durant el disseny del PCB. Això fa que sigui més fàcil processar prèviament l'entrada digital. A la meva aplicació, una de les entrades digitals està connectada al meu sistema d'alarma. Si sona l'alarma, a casa se m'encenen alguns llums. L'armament i el desarmament del meu sistema d'alarma donen diferents sons a la sirena. En utilitzar el PIC 12F675, ara puc distingir entre activar / desarmar i una alarma real. El 12F675 també està equipat amb un endoll de programació.

També vaig preveure un port I2C mitjançant un endoll de capçalera. Això serà útil més endavant amb les taules de relés.

El tauler conté uns quants ponts, que s’han de soldar abans d’encaixar els endolls IC.

Pas 10: Conclusió de Flowcode

Com estic acostumat a treballar a nivell de registre en el muntatge, de vegades era difícil i frustrant utilitzar les macros de components. Això es va deure principalment al meu desconeixement de l’estructura de programació de Flowcode. Els únics llocs on he utilitzat els blocs C o ASM van ser activar les sortides dins d’una rutina d’interrupcions i, a la rutina Do_KeyPressed, desactivar / habilitar la interrupció del teclat. El PIC també es col·loca a SLEEP mitjançant un bloc ASM, quan no es troba EEPROM o RTC.

L’ajuda sobre l’ús de les diferents ordres I²C es va obtenir des dels fitxers d’ajuda de Flowcode. Cal saber exactament com funcionen els diferents dispositius I²C abans de poder utilitzar les ordres amb èxit. El disseny d’un circuit requereix que el dissenyador tingui disponibles tots els fulls de dades rellevants. Això no és una deficiència de Flowcode.

Flowcode realment va resistir la prova i és molt recomanable per a persones que vulguin començar a treballar amb la gamma de microprocessadors Microchip.

La programació i configuració del codi de flux per al PIC es van establir segons les imatges

Pas 11: placa opcional de retransmissió I2C

La placa CPU ja té connexions de capçalera per a 16 relés. Aquestes sortides són transistors de col·lector obert mitjançant els dos xips ULN2803, que es poden utilitzar per alimentar els relés directament.

Després de les primeres proves del sistema, no em van agradar tots els cables entre la placa CPU i els relés. En incloure un port I2C a la placa de la CPU, vaig decidir dissenyar la placa de relé per connectar-la al port I2C. Mitjançant un xip MCP23017 I / O Port Expander de 16 canals i una matriu de transistors ULN2803, vaig reduir les connexions entre la CPU i els relés a 4 cables.

Com que no podia encabir 16 relés en un PCB de 80 x 100 mm, vaig decidir fer dues taules. Cada MCP23017 utilitza només 8 dels seus 16 ports. La placa 1 gestiona les 8 sortides i la placa 2 les dues sortides auxiliars. L’única diferència dels taulers són les adreces de cada tauler. Es pot configurar fàcilment amb un mini pont. Cada placa té connectors per subministrar dades d’alimentació i I2C a l’altra placa.

NOTA:

Si cal, el programari només preveu una placa que pugui utilitzar els 16 ports. Totes les dades del relé de sortida estan disponibles a la primera placa.

Com que el circuit és opcional i molt senzill, no he creat cap esquema. Si hi ha prou demanda, la puc afegir més endavant.

Pas 12: enllaç RF opcional

Després d’acabar el projecte, aviat em vaig adonar que he d’extreure molts cables de 220 V CA al temporitzador. Vaig desenvolupar un enllaç de RF mitjançant mòduls estàndard de 315 MHz que permetien col·locar el temporitzador dins d’un armari i les taules de relés dins del sostre, a prop de tots els cables de 220V.

L’enllaç utilitza un AtMega328P que funciona a 16 MHz. El programari per al transmissor i el receptor és el mateix i el mode és seleccionat per un mini pont.

Emissor

El transmissor simplement es connecta al port I2C de la CPU. No cal cap configuració addicional, ja que l'AtMega328P escolta les mateixes dades que les plaques de relés I2C.

Les dades s’actualitzen una vegada per segon al port I2C i el transmissor envia aquesta informació a través de l’enllaç RF. Si el transmissor no rep dades I2C durant uns 30 segons, el transmissor transmetrà dades contínuament per apagar tots els relés a la unitat receptora.

La potència del mòdul transmissor es pot seleccionar entre 12V i 5V amb un mini pont a la placa del PC. Estic alimentant el meu transmissor amb 12V.

Receptor

El receptor escolta les dades codificades del transmissor i les col·loca en un port I2C. La placa de retransmissió simplement es connecta a aquest port i funciona de la mateixa manera que es va connectar a la placa de la CPU.

Si el receptor no rep dades vàlides durant 30 segons, el receptor enviarà contínuament dades al port I2C per apagar tots els relés de les plaques de relés.

Esquemes

Un dia, si hi ha demanda. L’esbós d’Arduino conté tota la informació necessària per construir el circuit sense un diagrama de circuits.

Rang

A la meva instal·lació, el transmissor i el receptor es troben a uns 10 metres de distància. El temporitzador es troba dins d’un armari i la unitat de relés a la part superior del sostre.

Pas 13: producte final

La unitat principal estava instal·lada en una antiga caixa del projecte. Conté el següent:

Transformador de 220V / 12V

- Tauler d'alimentació

- Tauler de CPU

- Pantalla LCD

- Teclat

- Transmissor d'enllaç RF

- Receptor remot domèstic addicional per permetre'm encendre / apagar els llums a través del comandament a distància

La unitat de relé consisteix en el següent:

Transformador de 220V / 12V

- Tauler d'alimentació

- Receptor d'enllaç RF

- 2 x taules de relés I2C

Tots els taulers van ser dissenyats amb la mateixa dimensió, cosa que facilita la seva apilada una sobre l'altra amb separadors de 3 mm.