Схема управления освещением из двух и более пунктов без применения проходных выключателей

 Когда Вам необходимо включать и выключать освещение помещения или территории всегда из одного места, например, при входе и выходе через одну и ту же дверь, то ни чего лучше и проще обычного клавишного выключателя человечество ещё не придумало (рисунок 1).

Рисунок 1.

Для управления освещением проходного помещения существует чуть усложнённое, но тоже доступное решение, если точек управления не более двух. Это схема с проходными выключателями (рисунок 2).

 Рисунок 2. Коридорная схема освещения с двумя проходными выключателями.

Когда помещение имеет 3 и более выхода, либо просто необходимо организовать 3 и более точки управления, то проходная схема значительно усложняется тем, что для третьей и последующих точек управления требуются выключатели со сдвоенными перекидными контактами, которые гораздо дороже стоят и их сложнее достать (рисунок 3).

 Рисунок 3. Коридорная схема освещения с тремя проходными выключателями.

При этом, нужно помнить, что к каждому такому выключателю придётся тянуть уже не две, не три, а целых четыре жилы, что тоже ведёт к дополнительным затратам.

Исходя из дороговизны самих проходных выключателей и электропроводки, было принято решение спроектировать простую электронную схему управления освещением, доступную для повторения радиолюбителем даже начального уровня.

Схема управления освещением проходного помещения на D-триггере.

Рисунок 4.В наличии имелась микросхема с двумя D-триггерами — К155ТМ2. Решил использовать её в качестве позиционирующего (запоминающего положение выключателя) устройства. Немного поколдовав, придумал простую схему (рисунок 4).

Виртуально собрав схему в протеусе, убедился в её работоспособности. Оставались опасения по поводу влияния дребезга контактов, которые подтвердились после теста реально собранной схемы.

Ввиду нехватки опыта решения подобных задач, обратился за помощью к ребятам на форуме про радио. Пользователь DWD дал несколько дельных советов, один из которых я попытался воплотить на практике (рисунок 5). Цепочка R9-C4 должна была работать как времязадающий элемент, замедляющий изменение сигнала на входе триггера D при изменении состояния инверсного выхода. Казалось бы, всё просто, и должно помочь. В теории это так, но на практике пришлось подбирать номиналы элементов времязадающей цепочки, которая исправила положение лишь от части. Схема стала срабатывать более предсказуемо, но периодически давала осечки.

Рисунок 5. Рисунок 5. Схема управления освещением на D-триггере.

Разочаровавшись в столь простом способе решения проблемы, решил пойти несколько более сложным, но и более интересным путём — собрать схему на микроконтроллере. Преимущества такого решения очевидны. Без особых манипуляций со схемотехникой можно в значительной степени изменять алгоритм работы схемы — настраивать временнЫе характеристики в широких пределах, программно исключать влияние дребезга контактов, залипания кнопок и многое другое.

Схема управления освещением проходного помещения на микроконтроллере PIC12F629

В наличии имелся 8 выводной микроконтроллер PIC12F629. Не исключаю, что можно найти и более дешёвые для подобных целей, но я исходил из того, что имел на руках. За основу взял триггерную схему, которую приводил ранее, несколько адаптировав для работы с микроконтроллером и доработав сигнальную часть кнопок. Получилась схема на рисунке 6.

Описание работы схемы

Микроконтроллер имеет встроенный тактовый генератор, который используется в его работе (опционально).

Рисунок 6. Коридорная схема управления освещением на микроконтроллере PIC12F629.

Рисунок 6.С выхода микроконтроллера GP4 через индикаторный диод VD3 сигнал поступает на базу ключа VT2, который замыкает сигнальную цепь кнопок. При этом светятся диоды подсветки кнопок VD1, VD2 и VD5. Сопротивление R1 подобрано исходя из величины тока всех светодиодов подсветки. При увеличении числа светодиодов их яркость снижается. Все светодиоды подсветки должны иметь одинаковое напряжение свечения.

При разомкнутых кнопках на резисторе R1 устанавливается напряжение светодиодов, которое через ограничивающий резистор R2 подаётся на базу транзистора VT1. Этот транзистор открывается и подтягивает вход микроконтроллера GP5 к минусу питания, т.е. Устанавливает логический уровень нуля. При замыкании любой из кнопок сигнальная цепь кнопок шунтируется на минус питания через ключ VT2, на спайке R1-R2 напряжение падает практически до нуля, транзистор VT1 закрывается. При этом, резистор R3 подтягивает вход микроконтроллера GP5 к плюсу питания, устанавливая на нём логическую единицу. При этом, микроконтроллер меняет состояние выхода GP0 на противоположное, включая или выключая реле освещения KL1 транзисторным ключом VT3.

Ключ VT2 введён в схему для управления подсветкой кнопок и его можно было бы в принципе не использовать. Это нужно учитывать при рассмотрении алгоритма работы схемы.

Для исключения влияния дребезга контактов, программно введена задержка анализа входного сигнала. Сразу после изменения состояния реле освещения, микроконтроллер ждёт, когда будет отпущена кнопка. Как только кнопка отпускается, микроконтроллер закрывает ключ VT2, подсветка гаснет и некоторое время нажатие кнопок не приведёт к изменению входного сигнала на ноге микроконтроллера GP5. Эта выдержка времени учитывает дребезг контактов, а так же показывает состояние неактивности кнопок управления.

Некоторые детали схемы

Блок питания

При создании подобных схем головной болью является сетевой источник питания. Его изготовление требует дополнительных затрат времени на поиск схемотехнического решения и изготовление, а так же дополнительных деталей. Я пошёл более простым путём. Купил через интернет небольшую партию компактных зарядных устройств для телефонов с параметрами выхода 5В 1А, которые мне обошлись всего 30 рублей за штуку и буду в дальнейшем использовать в подобных схемах. Схема ЗУ вынимается из корпуса, отпаиваются проводники питания 220 В и USB-разъём для подключения кабеля, а на их место припаиваются медные штыри, пайкой которых и будет монтироваться готовый блок питания на плату создаваемого устройства. Плата БП достаточно компактна и такая модульность устройства выглядит даже привлекательно.

Кнопки

В качестве кнопок можно использовать имеющиеся в продаже звонковые. Но сколько я их видел в местных магазинах электротоваров, ни одна модель не привлекла своим эстетическим видом. Решение было достаточно простым: были приобретены три одноклавишных недорогих выключателя. В механику выключателей, в зависимости от конструктива, определённым образом встраивается возвратная пружина, которая с достаточным усилием стремится вернуть положение контактов в разомкнутое. Я использовал пружинку из сальников подшипников.

Микроконтроллер

Для того, чтобы микроконтроллер при необходимости можно было перепрограммировать или оперативно заменить новым, под него была впаяна площадка DIP8.

Светодиоды подсветки кнопок

Для подсветки кнопок я взял светодиоды из карманных фонариков. Светят они достаточно ярко, так что не просто обозначают сами кнопки, но даже освещают пространство на полу под ними, при этом можно осторожно пройти по помещению не включая свет, что может быть неожиданно полезно при сгоревшей лампе освещения. Диоды нужно подбирать однотипные, тогда и яркость их будет приблизительно одинакова.

Реле управления освещением

В качестве силового реле, коммутирующего освещение желательно выбирать реле с мощными контактами, или контакторы. В противном случае желательно использовать дополнительное силовое реле, контакты которого соответствуют нагрузке коммутируемого освещения. Я выбрал малогабаритное реле на 5 В с нагрузочной способностью коммутируемых контактов 6 А при 240 В. Это позволило смонтировать реле на плате устройства и исключить необходимость использования внешнего силового реле.

Печатная плата

Печатную плату я проектировал исходя из наличия деталей и конфигурации модуля блока питания. В любом конкретном случае её можно изменить под конфигурацию других компонент и под размер платы встраиваемых в модульные корпуса на DIN-рейку.

Изображение печатной платы загружено в масштабе 200%, поэтому, если загрузить рисунок печатки с сайта как есть, то при печати для ЛУТ его нужно распечатать в масштабе 50%. Кто пользует P-CAD, советую использовать PCB файл, поскольку качество отпечатка будет максимальным.

Прошивка

Программа писалась на ассемблере. Текст программы достаточно снабжён необходимыми комментариями и содержит всего несколько строк. При желании можно экспериментировать с кодом с целью настройки или улучшения работы схемы. Так же прилагается готовый HEX файл для прошивки микроконтроллера без манипуляций с кодом.

Заключение

В итоге, я сэкономил на проходных выключателях и силовых проводах. Но с удовольствием потратил некоторое время на программирование и изготовление, которое не всегда есть у каждого даже при желании. Так что, по вопросу рентабельности применения данного решения остаётся только рассуждать. Но своё время Вы можете несколько сэкономить, применив готовое решение, описанное здесь. 

Архив файлов проекта качается по этой ссылке.