InteligentnyP R O J E K T Y
sterownik oświetlenia
Inteligentny sterownik
oświetlenia
kit AVT-445
Po raz pierwszy
w projekcie publikowanym
Dziełem firmy Texas Instru- Jak na przyzwyczajenia elektro-
w EP siÍgnÍliÅ›my po bardzo
ments jest caÅ‚a seria ukÅ‚adÛw nikÛw, element wyglÄ…da trochÍ
praktyczne czujniki światła
scalonych przeznaczonych do za- nietypowo. Standardowej wielkości
produkowane przez firmÍ
stosowaÒ optoelektronicznych. obudowa DIP8 jest bowiem wyko-
Texas Instruments. DziÍki
W skÅ‚ad rodziny wchodzÄ… rÛÅ‚nego nana z przezroczystego materiaÅ‚u,
zastosowaniu w urzÄ…dzeniu typu konwertery natÍÅ‚enia Å›wiatÅ‚a dziÍki czemu moÅ‚na zobaczyĘ jego
na Å‚atwo mierzalne wielkoÅ›ci elek- wewnÍtrznÄ… strukturÍ, skÅ‚adajÄ…cÄ…
układu TSL220
tryczne. SÄ… to zarÛwno konwer- siÍ z duÅ‚ej krzemowej pÅ‚ytki foto-
i mikrokontrolera z rodziny
tery Å›wiatÅ‚o-napiÍcie, Å›wiatÅ‚o-czÍs- diody i maÅ‚ej struktury z pozostaÅ‚Ä…
MCS-51, jego mołliwości są
totliwośĘ, jak i rÛÅ‚nej wielkoÅ›ci czÍÅ›ciÄ… ukÅ‚adu. WidaĘ takÅ‚e wyraü-
bardzo dułe, a budowa
optosensory w kształcie linijek, nie, dlaczego standardowe układy
bardzo prosta.
z szeregowo rozmieszczonymi, mi- scalone sÄ… takie duÅ‚e: najwiÍcej
niaturowymi fotodiodami. miejsca w obudowie zajmujÄ…
Element oznaczony symbolem wyprowadzenia układu.
TSL220 przetwarza natÍÅ‚enie Na rys. 1 pokazana zostaÅ‚a
Å›wiatÅ‚a, w zakresie widzialnym uproszczona struktura wewnÍt-
i bliskiej podczerwieni, na wy- rzna TSL220. SkÅ‚ada siÍ on z
jściowy sygnał prostokątny fotodiody, wzmacniacza operacyj-
o czÍstotliwoÅ›ci proprocjonalnej nego pracujÄ…cego w ukÅ‚adzie in-
do natÍÅ‚enia Å›wiatÅ‚a. UkÅ‚ad moÅ‚e tegratora, obwÛdu histerezy i ge-
słułyĘ jako prosty i wygodny kon- neratora monostabilnego impul-
werter dla systemu procesorowe- sÛw wyjÅ›ciowych. UkÅ‚ad zasilany
go. Aby procesor mÛgÅ‚ wspÛÅ‚pra- jest napiÍciem o wartoÅ›ci od 4V
cowaĘ z popularnymi elementami do 10V.
typu fotodioda, fototranzystor czy Na rys. 2, 3 i 4 pokazane
fotoopornik, w układzie trzeba zostały najwałniejsze charakterys-
jeszcze zastosowaĘ przetwornik
sygnału analogowego na postaĘ
cyfrowÄ…. W przypadku TSL220
nie ma takiej konieczności. Pro-
cesor od razu
uzyska infor-
macjÍ o natÍÅ‚e-
niu padajÄ…cego
na fotoelement
światła, po-
przez zliczanie
impulsÛw wy-
j Å› c i o wy c h
w jednostce czasu
lub poprzez pomiar
okresu sygnału pros-
Rys. 2. Zależność pomiędzy
tokÄ…tnego generowa-
natężeniem oświetlenia
nego przez czujnik.
Rys. 1. Schemat blokowy układu TSL220. i częstotliwością wyjściową.
Elektronika Praktyczna 6/98
55
Inteligentny sterownik oświetlenia
tyki elementu podawane przez
producenta. WynikajÄ… z nich dwa
wnioski:
- CzÍstotliwośĘ impulsÛw wyjÅ›cio-
wych zaleły od pojemności do-
Å‚Ä…czonego do ukÅ‚adu zewnÍtrz-
nego kondensatora oraz od na-
tÍÅ‚enia Å›wiatÅ‚a. Przy silniejszym
oÅ›wietleniu czÍstotliwośĘ impul-
sÛw siÍ zwiÍksza, a zaleÅ‚nośĘ ta
jest liniowa w szerokim zakresie
natÍÅ‚enia Å›wiatÅ‚a.
- Fotodioda ìwidziî w znacznie
szerszym zakresie widma nił
oko ludzkie. Oznacza to, Å‚e
ukÅ‚ad bÍdzie sygnalizowaÅ‚ wiÍk-
sze natÍÅ‚enie Å›wiatÅ‚a niÅ‚ moÅ‚e
to wynikaĘ z subiektywnych do-
znaÒ czÅ‚owieka.
Opisany układ mołna wyko-
rzystaĘ rozmaicie, m. in. w inte-
ligentnym sterowniku reagujÄ…cym
na zmianÍ oÅ›wietlenia. OkreÅ›lenie
ìinteligentnyî jest nieco na wy-
rost, układ mołna jednak nauczyĘ
określonej reakcji, w zalełności
od natÍÅ‚enia padajÄ…cego na foto-
element światła.
JeÅ‚eli steruje siÍ tylko jednym
urzÄ…dzeniem, np. lampÄ…, ktÛra ma
Rys. 3. Zależność pomiędzy
pojemnością Cx i częstotliwością
wyjściową.
Rys. 4. Czułość widmowa
przetwornika TSL220. Rys. 5. Schemat elektryczny układu.
Elektronika Praktyczna 6/98
56
Inteligentny sterownik oświetlenia
siÍ automatycznie wÅ‚Ä…czaĘ, gdy Na poczÄ…tku ukÅ‚ad trzeba nau- zastosowaĘ programowanie z dys-
zrobi siÍ ciemno, sprawa nie jest czyĘ, jak ma reagowaĘ w okreÅ›lo- kryminacjÄ… czasowÄ… warunku.
skomplikowana. NajÅ‚atwiej uÅ‚yĘ nych sytuacjach, czyli po prostu MÛwiÄ…c inaczej, chodzi o ponow-
do realizacji takiego zadania fo- zaprogramowaĘ. Wprowadzenie ne sprawdzenie poziomu oświet-
todiodÍ i komparator, ktÛry po- sterownika w tryb programowania lenia po pewnym czasie i zmianÍ
przez urzÄ…dzenia wykonawcze bÍ- nastÍpuje wÛwczas, gdy po wÅ‚Ä…- ustawieÒ wyjśĘ sterujÄ…cych tylko
dzie wÅ‚Ä…czaÅ‚ i wyÅ‚Ä…czaÅ‚ lampÍ. czeniu zasilania zÅ‚Ä…cze gniazda wtedy, gdy oÅ›wietlenie np. trwa-
Sprawa siÍ jednak komplikuje, JP2-4 pozostanie niepodÅ‚Ä…czone. le siÍ zmniejsza. Taki sposÛb
jełeli trzeba sterowaĘ kilkoma Od tego momentu procesor obser- programowania jest mołliwy wte-
urzÄ…dzeniami, ktÛre majÄ… siÍ wÅ‚Ä…- wuje stan linii JP2-1. JeÅ‚eli do dy, gdy w czasie naciskania kla-
czaĘ i wyÅ‚Ä…czaĘ przy kilku rÛÅ‚- tego wyprowadzenia podÅ‚Ä…czymy wisza zapisu doÅ‚Ä…czonego do JP2-
nych poziomach oÅ›wietlenia. Np. przycisk i naciskajÄ…c go zewrzemy 1 wyjÅ›cie 2 tego zÅ‚Ä…cza bÍdzie
wraz z zapadajÄ…cym zmierzchem wyprowadzenie z masÄ…, dla pro- zwarte do masy. RozpoczÍte zo-
powinna automatycznie wÅ‚Ä…czyĘ cesora bÍdzie to sygnaÅ‚em rozpo- stanie odliczanie czasu aÅ‚ do
siÍ lampa nad stoÅ‚em, gdy zrobi czÍcia programowania kolejnego momentu, kiedy klawisz zapisu
siÍ jeszcze ciemniej powinno za- warunku. naciÅ›niÍty zostanie ponownie.
paliĘ siÍ Å›wiatÅ‚o nad akwarium, Najpierw odczytywany jest W tym momencie do pamiÍci
a z nadejÅ›ciem nocy oba ürÛdÅ‚a okres impulsÛw generowanych EEPROM zapisane zostanÄ… para-
majÄ… siÍ wyÅ‚Ä…czyĘ, a zapali siÍ przez przetwornik. Dla poprawie- metry oÅ›wietlenia, stan wyjśĘ
Å‚agodne boczne oÅ›wietlenie. Opi- nia stabilnoÅ›ci wskazaÒ, odczyt sterujÄ…cych jakie majÄ… zostaĘ
sywany sterownik mołna zapro- przeprowadzany jest 4 razy, a wy- ustawione przy danym oświetle-
gramowaĘ do obsÅ‚ugi sekwencji nik uÅ›redniany. NastÍpnie proce- niu, a takÅ‚e czas, po ktÛrym
takich sytuacji. sor bada stan wyprowadzeÒ na nastÄ…piĘ ma powtÛrna kontrola
Schemat urzÄ…dzenia pokazuje gnieüdzie JP3, a wszystkie odczy- poziomu oÅ›wietlenia. OprÛcz te-
rys. 5. Jak widaĘ jest ono bardzo tane parametry zapamiÍtuje w pa- go zapamiÍtany zostanie para-
proste w budowie, gdyÅ‚ skÅ‚ada siÍ miÍci EEPROM. Zapis do EEP- metr, ktÛry informuje procesor,
tylko z procesora, konwertera ROM sygnalizowany jest zapale- czy podczas powtÛrnej kontroli
TSL220 i pamiÍci EEPROM do niem na 2s diody LED doÅ‚Ä…czonej oÅ›wietlenia jego intensywnośĘ ma
zapamiÍtania sekwencji dziaÅ‚aÒ, do JP4. Od tej chwili, w czasie rosnąĘ, czy teÅ‚ maleĘ w stosunku
ktÛre ma wykonaĘ sterownik. Kon- normalnej pracy, ilekroĘ poziom do pierwszego pomiaru. Decyduje
werter peÅ‚ni oczywiÅ›cie rolÍ ìokaî oÅ›wietlenia bÍdzie zbliÅ‚ony do o tym poziom linii JP2-3 badany
dostarczajÄ…cego procesorowi infor- zapamiÍtanego, procesor ustawi w czasie pierwszego naciÅ›niÍcia
macji o panujących warunkach stan wyjśĘ gniazda JP3 tak, jak klawisza zapisu, gdy aktywna jest
oświetlenia. W zalełności od sy- został tego nauczony w trybie pro- opcja programowania z dyskrymi-
tuacji, procesor moÅ‚e niezaleÅ‚nie gramowania. Np. jeÅ‚eli w czasie nacjÄ… czasu. JeÅ‚eli JP2-3 bÍdzie
sterowaĘ 5 wyjściami dołączony- pracy, przy określonym poziomie zwarty z masą, sterownik w try-
mi do JP3. Wyjścia te, poprzez oświetlenia wszystkie wyjścia JP3, bie pracy zmieni stan wyjśĘ
ukÅ‚ady poÅ›redniczÄ…ce, mogÄ… wÅ‚Ä…- z wyjÄ…tkiem 1, majÄ… znaleüĘ siÍ sterujÄ…cych tylko wtedy, jeÅ›li
czaĘ i wyÅ‚Ä…czaĘ urzÄ…dzenia ze- w stanie niskim, naleÅ‚y podczas oÅ›wietlenie bÍdzie siÍ zmniej-
wnÍtrzne. DziaÅ‚aniem procesora programowania wymusiĘ na nich szaĘ, sytuacja odwrotna nastÄ…pi
sterujÄ… wejÅ›cia jego portÛw P1.4..7 taki stan. NajÅ‚atwiej to zrobiĘ w przypadku pozostawienia JP2-
połączone z gniazdem JP2. Dołą- odłączając na czas programowania 3 na poziomie wysokim. Czas
czona do JP4 dioda LED swoim układy wykonawcze, a w to miej- określający okienko dyskrymina-
Å›wieceniem bÍdzie sygnalizowaĘ sce do JP3 doÅ‚Ä…czajÄ…c 5 przeÅ‚Ä…cz- cji moÅ‚e mieĘ wartośĘ od 2 s do
stan pracy sterownika. nikÛw, ktÛre zaleÅ‚nie od sytuacji ponad 8 minut. W trybie progra-
zewrÄ… dane wyprowadzenie z ma- mowania, gdy odliczany jest czas,
WYKAZ ELEMENTÓW
sÄ… lub pozostawiÄ… je w stanie dioda LED bÍdzie migotaĘ.
Rezystory wysokim. Sterownik potrafi zapamiÍtaĘ
OprÛcz prostego powiÄ…zania maksymalnie 32 warunki i zwiÄ…-
R1, R2: 3k&!
wartości oświetlenia ze stanem zane z nimi ustawienia wyjśĘ ste-
R3: 220&!
wyjśĘ sterujących, istnieje takłe rujących. Jełeli po włączeniu za-
Kondensatory
drugi tryb programowania. Wyob- silania wyprowadzenie JP2-3 bÍ-
C1, C2: 47pF
raümy sobie sytuacjÍ, gdy sterow- dzie na poziomie wysokim, w cza-
C3, C4: 4,7µF/16V
nik ma włączaĘ oświetlenie nad sie programowania kolejne warun-
C5: 47µF/10V
wejÅ›ciem do budynku, gdy zrobi ki bÍdÄ… dopisywane do juÅ‚ zapa-
C6: 100nF
siÍ ciemniej. Jednak na poziom miÍtanych w pamiÍci EEPROM.
C7: 10nF
naturalnego oświetlenia ma Zwarcie do masy tego wyprowa-
Półprzewodniki
wpływ nie tylko pora dnia ale dzenia podczas włączenia zasila-
U1: 89C2051 zaprogramowany
i zjawiska krÛtkotrwaÅ‚e, np. nia spowoduje wykasowanie juÅ‚
U2: 24C08
chmury. Nie byÅ‚oby dobrze gdyby zapamiÍtanych warunkÛw i pro-
U3: 78L05
Å›wiatÅ‚o zapalaÅ‚o siÍ zawsze, gdy gramowanie od poczÄ…tku.
U4: TSL220
sÅ‚oÒce zostanie na chwilÍ przy- Sterownik wchodzi w tryb pra-
Różne
sÅ‚oniÍte przez przesuwajÄ…cÄ… siÍ cy, jeÅ‚eli w czasie wÅ‚Ä…czania za-
X1: 12MHz
chmurÍ. Aby tego uniknąĘ naleÅ‚y silania wyprowadzenie JP2-4 ozna-
Elektronika Praktyczna 6/98
57
Inteligentny sterownik oświetlenia
Montał sterow- W układzie mołna takłe zasto-
nika sprowadza siÍ sowaĘ kwarc o mniejszej czÍstot-
do wlutowania liwości, jednak nie mniejszej nił
elementÛw do pÅ‚yt- 6MHz. Wszystkie podane w tekÅ›-
ki drukowanej. cie czasy ulegnÄ… wtedy proporcjo-
Układy scalone po- nalnie wydłułeniu.
winny mieĘ pod- Dla wygody montału, układ
stawki. Ze wzglÍ- konwertera wraz z fragmentem
du na sposÛb pro- pÅ‚ytki drukowanej moÅ‚na zamon-
Rys. 6. Rozmieszczenie elementów na płytce
gramowania, wy- towaĘ pod kątem lub w innym
drukowanej.
prowadzenia steru- miejscu obudowy nił reszta ukła-
czone na schemacie napisem PRO- jące JP3 powinny byĘ połączone du. W tym celu naleły przeciąĘ
GRAMOWANIE pozostanie zwarte z ukÅ‚adami wykonawczymi przy pÅ‚ytkÍ drukowanÄ… wzdÅ‚uÅ‚ linii
do masy. Od tego momentu ste- pomocy rozÅ‚Ä…czanego zÅ‚Ä…cza. Wy- zaznaczonych na jej gÛrnej stronie
rownik cyklicznie co 2s mierzy prowadzenia procesora 89C2051 i trzema przewodami połączyĘ od-
natÍÅ‚enie Å›wiatÅ‚a padajÄ…cego na uÅ‚ytego do budowy sterownika, powiadajÄ…ce sobie otwory na oby-
przetwornik. NastÍpnie otrzymany w stanie niskim potrafiÄ… przyjąĘ dwu czÍÅ›ciach.
wynik porÛwnywany jest z wszys- prÄ…d do 20mA i mogÄ… sterowaĘ JeÅ‚eli po uruchomieniu ukÅ‚a-
tkimi aktualnie zapisanymi w pa- diodami LED, transoptorem lub du w trybie pracy, w podstawce
miÍci warunkami. Uaktywniany maÅ‚ym przekaünikiem. Jednak Å‚Ä…cz- nie bÍdzie EEPROM-u, bÍdzie on
jest stan portÛw zwiÄ…zany z tym ny prÄ…d dla wszystkich wyprowa- uszkodzony lub nie bÍdÄ… w nim
warunkiem, ktÛry jest najbliÅ‚szy dzeÒ znajdujÄ…cych siÍ w stanie zapisane Å‚adne warunki, ciÄ…gÅ‚e
odczytanej ostatnio wartości niskim nie mołe przekroczyĘ świecenie diody zasygnalizuje
oÅ›wietlenia. W przypadku, gdy 80mA. JeÅ‚eli kondensator C7 bÍ- bÅ‚Ä…d. TakÅ‚e w trybie programo-
z warunkiem związana jest dys- dzie miał wartośĘ proponowaną na wania sygnalizowany jest błąd
kryminacja czasowa, odliczana jest schemacie (10nF), czas trwania jełeli z powodu uszkodzenia EEP-
zapamiÍtana w pamiÍci liczba se- impulsÛw na wyjÅ›ciu przetwornika ROM-u zapamiÍtanie warunkÛw
kund i ponownie przeprowadzane bÍdzie wynosiÅ‚ ok. 3µs. Okres bÍdzie niemoÅ‚liwe lub jeÅ›li uÅ‚yt-
jest porÛwnanie, czy aktualne bÍdzie oczywiÅ›cie zaleÅ‚ny od in- kownik bÍdzie prÛbowaÅ‚ zapro-
oÅ›wietlenie jest mniejsze, czy teÅ‚ tensywnoÅ›ci oÅ›wietlenia. Dla kon- gramowaĘ wiÍkszÄ… niÅ‚ 32 liczbÍ
wiÍksze od wartoÅ›ci zapisanej wertera przysÅ‚oniÍtego jest on dÅ‚uÅ‚- warunkÛw.
w pamiÍci. JeÅ‚eli wynik porÛwna- szy od 200ms, zaÅ› przy zbliÅ‚eniu Ryszard Szymaniak, AVT
nia wypada pomyÅ›lnie, stan wyjśĘ fotoelementu do zapalonej Å‚arÛwki
zostaje zmieniony. 75W okres zmniejsza siÍ do 10µs.
Elektronika Praktyczna 6/98
58