В этом выпуске речь пойдет об удаленном контроллере (или просто контроллере), назначением которого является сбор информации и управление конечными исполнительными устройствами через интерфейс RS-485 с последующей интеграцией в сеть Ethernet.

На общей структурной схеме (рис. 1), которая уже неоднократно приводилась в этом цикле статей, удаленные контроллеры показаны, как устройства, имеющие разное целевое назначение – для контроля аналоговых сигналов, контроля цифровых сигналов, а так же для управления исполнительными нагрузками. Все эти устройства через интерфейс RS-485 подключены к преобразователю RS-485 / Ethernet, являющегося «транспортным шлюзом» с локальной домашней сетью.

Серия устройств ADAM 40xx, которые в качестве примера показаны на структурной схеме, имеет в своем составе модули различного назначения. Например, модуль 4017 состоит из восьми аналоговых входов, модуль 4050 – из семи дискретных входов и одного выхода, модуль 4060 имеет четыре выходных реле и т.д. Однако, если использование подобных модулей в промышленной автоматике является абсолютно логичным решением, то оно не очень приемлемо для использования в «домашних» условиях. В первую очередь это связано с их довольно большой стоимостью и «излишними» возможностями.

Поэтому, как уже и говорилось в предыдущей статье, было принято решение разработать свой вариант универсального удаленного контроллера, имеющего в своем составе, как возможности контроля, так и возможности управления, которые осуществляются по интерфейсу RS-485, что и было реализовано. Принципиальная схема контроллера приведена на рис.2. В более высоком разрешении принципиальную схему, а также файл прошивки микроконтроллера, можно скачать по ссылке в конце этой статьи.

Как видно на схеме, основой контроллера является микроконтроллер 16F876A. Устройство имеет четыре цифровых входа (IND1-IND4), один аналоговый вход (INA1), четыре цифровых выхода (OUT1-OUT4), а также два входа/выхода (I/O PROG), которые программируются в зависимости от конкретного назначения модуля. Например, эти выводы можно использовать для подключения шины I2C или кнопок «местного» управления контроллером. В контроллере так же имеется вход для подключения датчика температуры, в качестве которого можно использовать DS18B20.

ЖКИ является хотя и необязательным элементом схемы, но довольно важным в плане сервиса. На него выводится текущая информация о состоянии входов / выходов и контролируемые параметры, например, температура, значение переменного напряжения в сети и т.д. Благодаря использованию дисплея можно визуально проконтролировать все состояния и параметры непосредственно на месте установки контроллера, а не только с окна управляющей программы на компьютере. Кроме того, дисплей значительно облегчает последующую наладку всей системы в целом. Однако, если предполагается, что контроллер будет установлен в необслуживаемом помещении, то его вполне можно исключить из схемы. В последующем, для «без индикаторных» вариантов удаленных контроллеров предполагается применить более простой микроконтроллер, например, что-нибудь типа 16F648A. Транзистор VT1 в схеме служит для управления подсветкой ЖКИ индикатора. Для установки контрастности индикатора используется резистор R16.

Интерфейс RS-485 реализован на стандартном приемопередатчике МАХ485. Приемопередатчик подключен к последовательному порту USART микроконтроллера, входы переключения приемника и передатчика объединены вместе и управляются от выхода С5 (16) микроконтроллера. Выходы А и В подключаются к линии (витой паре), длина которой, согласно спецификации на RS-485 может достигать 1200 метров. Терминальный резистор R19 номиналом 120 Ом устанавливается в точке подключения контроллера к линии связи. Питание 12В на контроллер подается по отдельной линии той же «витой пары», которая используется для линии связи 485-го интерфейса. С помощью внутреннего стабилизатора контроллера LM7805 оно преобразуется в 5В.

Здесь хочу сделать небольшое отступление. Дело в том, что как вы помните, рассмотренный в четвертой части обзора модуль USR-TCP232-24-EN преобразователя интерфейсов RS-485 / Ethernet так же имеет питание 5В. Поэтому, вполне логичен вопрос – а почему для питания всех устройств, относящихся к сети удаленных контроллеров, не использовать именно это питание, ведь в таком случае можно будет отказаться от «внутренних» стабилизаторов контроллеров? В принципе, логика в этом есть, но не забываем, что в этом случае и все остальные элементы сети контроллеров должны иметь такое же напряжение питания. Например, придется применять исполнительные реле на 5В. Кроме того, на длинных линиях всегда присутствует падение напряжения, а такое падение даже на 0,3-0,5В уже может сказаться на надежности работы микроконтроллера. Следовательно, правильным решением будет применить именно напряжение 12В, а для питания непосредственно самих устройств использовать собственные стабилизаторы, обеспечивающие необходимые уровни напряжения питания.

Контроллер собран на монтажной плате, печатная плата для него не разрабатывалась. Внешний вид устройства показан на рис. 3.

На текущий момент реализована первая версия прошивки микроконтроллера 16F876A. Несмотря на то, что у неё пока не очень много возможностей, и её в какой-то степени можно считать тестовой, тем не менее, она позволяет реализовать в контроллере:

1. Четыре цифровых входа. На ЖКИ они отображаются в верхней стоке как разомкнутые/замкнутые ключи.

2. Один аналоговый вход (контроль переменного напряжения в сети)

3. Четыре канала управления нагрузками. На ЖКИ отображается в нижней строке как пустой (выключено) или заполненный (включено) квадрат.

5. Передачу контролируемых параметров, а так же прием команд управления по интерфейсу RS-485 между контроллером и модулем USR-TCP232-24-EN.

Примеры отображения контролируемых параметров на ЖКИ приведены на рис. 4

В следующем выпуске авторского блога я расскажу, как подключить наш удаленный контроллер с модулем USR-TCP232-24-EN к домашней локальной сети и с помощью простого приложения на Windows считать контролируемые параметры, а так же проверить управление нагрузками.

Начало и продолжение материала читайте здесь:

4 les (03.11.2014 15:08)

Спам

Подойдет ли вместо пикконтроллера 16F876a контроллер 16F876 (без букваы А на конце)
и еще я развел плату для схемы контроллера умного дома от electromost.com
и добавил цепь измерения напряжения на трансформаторе ТПГ 9в, завел ее на INA1 куда ее выслать
чтоб желающие могли использовать

3 DiFirent (23.01.2014 08:24)

Спам

А как изменять номер контроллера (сетевой(rs485) номер устройства) если используется несколько контроллеров?

2 Admin (02.12.2012 22:34)

Спам

Нет, потому что поддержка работы с АТ-командами, через которые осуществляется управление модемом, в этой версии контроллера не предусмотрена. Возможно, это будет реализовано в новых версиях.
Насчет других вариантов - безусловно, с помощью данного GSM терминала можно организовать передачу данных. Все зависит от того, какой Вы используете софт и периферию для работы с ним.

1 claims (26.11.2012 21:22)

Спам

Я пока только вникаю в вопросы программирования и стандарты передачи данных
Вопрос такого плана:
имеется gsm терминал примерно такой
http://www.gsm-gate.ru/product/gsm-shljuz-officegate/?_openstat=ZGlyZWN0LnlhbmRleC5ydTsyMjE0Mzs3OTgxNjI7eWFuZGV4LnJ1OnByZW1pdW0
у него только порт usb
Можно ли взять описанную схему контроллера и через переходник USB-RS485
http://safecomcompany.ru/index.php?productID=1395
получить доступ к контроллеру через Gsm?
Или может есть другие варианты использования подобного терминала для телеметрии?

Умный дом. Часть пятая