Применены следующие компоненты с монтажом в сквозное отверстие. Все разъёмы и светодиоды, микроконтроллер (установлен в панель DIP-28), кварцевый резонатор, держатель CH224-2032 для элемента питания типоразмера CR2032, разъём XS1 - розетка uSb 2.0 Type A. Для поверхностного монтажа использовались резисторы и конденсаторы следующих типоразмеров: 0603, 0805, 1206; конденсатор С1 - танталовый, тип корпуса С, стабилитрон - в корпусе SOD80. Микросхема датчика температуры DS18B20 - в корпусе TO-92. Если датчик будет выносным, на посадочное место микросхемы DD2 необходимо установить разъём CWF-3 и соединить его с микросхемой через трёхпроводной шлейф. Разумным будет приобрести микросхему датчика температуры в герметичном корпусе. FU1 - самовос-станавливающийся предохранитель 6 В, 0,35 A типоразмер 0805. Тип корпуса микросхемы DS3231SN - 16SO. Тип корпуса микросхемы сдвигового регистра 74HC595D - SOIC16. Кроме микросхемы CH340C (тип корпуса SOP16), которая не требует внешнего кварцевого резонатора, на плате предусмотрены посадочные места для кварцевого резонатора ZQ1' (12 МГц) и конденсаторов С' и С'' (по 22 пФ) в случае применения микросхемы CH340G.
Внешний вид смонтированной платы управления показан на рис. 5 и рис. 6.
Рис. 5. Внешний вид смонтированной платы управления
Рис. 6. Внешний вид смонтированной платы управления
Чертёж верхней стороны силовой печатной платы и схема размещения на ней элементов показаны на рис. 7. На этой стороне установлены все гнёзда и почти все элементы, за исключением диодного моста. Чертёж нижней стороны силовой печатной платы показан на рис. 8. На этой стороне установлен только диодный мост.
Рис. 7. Чертёж верхней стороны силовой печатной платы и схема размещения на ней элементов
Рис. 8. Чертёж нижней стороны силовой печатной платы
Применены следующие компоненты с монтажом в сквозное отверстие. Резисторы R1, R2 - МЛТ или импортные мощностью 2 Вт. Предохранитель FU1 - MF02S84-1000 (1 А, 250 В) с медленным срабатыванием, варистор RU1 - FNR-10K471, 470 В, 45 Дж, среднеквадратичное напряжение срабатывания - 300 В. В случае существенной нестабильности сетевого напряжения можно предусмотреть варистор на большее напряжение срабатывания и поглощаемую энергию. Помехоподавляющий конденсатор С1 - серии MPX класса Х2, подойдёт аналогичный, рассчитанный на работу при переменном напряжении 275 В, конденсаторы С2, С3 - К50-35 или импортные. Дроссель L1 - SSHB10H-R05500 (или аналог), индуктивность - 10 мГн на номинальный ток 500 мА, если нет необходимости в подавлении помех, дроссель можно заменить проволочными перемычками.
Применены следующие компоненты для поверхностного монтажа. Диодный мост VD1 - MB6S, резисторы R3-R5 типоразмера 1206. Транзистор IRLML2502 (n-канальный) можно заменить транзистором с логическим управлением. Стабилитрон 1N4733A можно заменить стабилитронами 1N4728A-1N4732A, подойдёт любой маломощный на напряжение 3,3...5 В в корпусе DO-41. Диод S1M можно заменить любым для поверхностного монтажа маломощным выпрямительным или импульсным. Оптрон PC817 можно заменить аналогичным маломощным транзисторным, например РС123. Электромагнитное реле К1 - SLA-05VDC-SL-A, с максимальным током через контакты 30 А и напряжением обмотки 5 В. XS1, XS2 - клеммники DG136T-10.16-02P-14 (шаг выводов - 10,16 мм), максимальный ток - 60 А, допустимое напряжение - 300 В. На нижнем слое платы токопроводящие дорожки без защитной маски необходимо дополнительно "усилить" отрезками медного залуженного провода, чтобы плата меньше грелась при больших токах.
Внешний вид смонтированной силовой платы показан на рис. 9 и рис. 10.
Рис. 9. Внешний вид смонтированной силовой платы
Рис. 10. Внешний вид смонтированной силовой платы
Графический интерфейс пользователя спроектирован в App Inventor - среде визуальной разработки Android-приложений. Bluetooth-модуль имеет свой MAC-address, состоящий из 12 цифр, поэтому в блоках программы необходимо будет прописать адрес своего устройства (рис. 11 ). Чтобы внести изменения в программе, необходимо импортировать проект с расширением .aia в App Inventor [2] и заново скомпилировать проект. Необходимо чётко понимать, для того чтобы отправлять команды на модуль, нужно выполнить сопряжение между телефоном и устройством.
Рис. 11.
Скриншот главного меню показан на рис. 12.
Рис. 12. Скриншот главного меню
Первый ряд кнопок ("ПАНЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ"). Левая кнопка - вкл/выкл, при кратковременном нажатии переключает контакты реле, при продолжительном нажатии происходит выход из программы. Средняя кнопка - сопряжение с модулем по Bluetooth. Правая кнопка - отправка системного времени и дня недели с телефона на устройство.
Второй ряд кнопок ("УРОВЕНЬ ЯРКОСТИ ИНДИКАТОРОВ"). Предназначены для выбора яркости цифровых светодиодных индикаторов.
Третий ряд ("РЕЖИМ ИНДИКАТОРОВ"). Левая кнопка в активном состоянии (зелёный фон) регулирует только яркость индикатора температуры. Средняя кнопка в активном состоянии (зелёный фон) регулирует яркость обоих индикаторов. Правая кнопка в активном состоянии (зелёный фон) регулирует только яркость индикатора времени. Принцип установки следующий. Сначала выбрали индикатор (третий ряд), затем изменили уровень яркости (второй ряд).
Четвёртый ряд ("РЕЖИМ ТЕРМОРЕГУЛЯТОРА"). Кнопка "ОХЛАЖДЕНИЕ" в активном состоянии (зелёный фон переводит устройство в режим охлаждения. Кнопка "ОБОГРЕВ" в активном состоянии (зелёный фон) переводит устройство в режим обогрева. Необходимо проконтролировать установку режима. Для примера, нажали на кнопку "ОБОГРЕВ", в этот момент на устройстве должен загореться светодиод красного свечения, если надо перейти из режима обогрев в другой режим, следует нажать повторно на кнопку "ОБОГРЕВ", и светодиод на плате должен погаснуть, фон кнопки в программе снова окрасится в серый фон. Этот принцип работает для каждого из четырёх режимов.
Пятый ряд ("АКТИВАЦИЯ ДНЕВНОГО РЕЛЕ ВРЕМЕНИ"). Для примера, нажали на кнопку "1", на устройстве должны загореться светодиоды активизации этого режима и номера таймера. Одновременно можно задействовать все семь таймеров.
Шестой ряд ("АКТИВАЦИЯ НЕДЕЛЬНОГО РАСПИСАНИЯ"). Для примера, нажали на кнопку "Ч" - четверг, на устройстве должны загореться светодиоды активизации этого режима и дня недели. Одновременно можно задействовать все дни недели.
Седьмой ряд ("НАСТРОЙКА РЕЖИМОВ"). Кнопка "Дневной" - переход в настройки дневного реле времени. Кнопка "НЕДЕЛЬНЫЙ" - переход в настройки недельного расписания. Кнопка "ОБОГРЕВ" - переход в настройки режима обогрева для терморегулятора. Кнопка "ОХЛАЖДЕНИЕ" - переход в настройки режима охлаждения для терморегулятора.
Рис. 13. Меню "Дневное реле времени"
В меню "ДНЕВНОЕ РЕЛЕ ВРЕМЕНИ" (рис. 13) формируется информационная посылка для отправки в устройство, состоящая из времени включения и выключения реле (часы, минуты и секунды). Для того чтобы сформировать посылку старта для первого таймера, необходимо нажать на левую кнопку "1" (фон у кнопки окрашивается в зелёный цвет), далее выбрать необходимое время в компоненте список и подтвердить нажатием на список. Выбор заносится в ячейку, соответствующую часам, минутам и секундам, для отправки сформированной посылки в модуль необходимо нажать на кнопку с чёрным фоном в этом же ряду. Если устройство получило посылку, отправляется ответ, который будет отображаться на кнопке отправки белым шрифтом. Необходимо проконтролировать, чтобы время переданное совпадало с тем, что пришло от устройства. Аналогично формируется посылка и для времени завершения работы таймера.
Если один из элементов списка не будет подтверждён, на кнопке появится сообщение об ошибке - "Err". Если будет утеряна связь с платой управления, на кнопке "ДОМОЙ" появится надпись "ПРОВЕРИТЬ СОЕДИНЕНИЕ". После нажатия на эту кнопку происходит возврат в главное меню.
В меню "НЕДЕЛЬНОЕ РАСПИСАНИЕ" (рис. 14) тот же принцип передачи посылки, что и у дневного реле времени, добавляется день недели, который формируется автоматически.
Рис. 14. Меню "Недельное расписание"
Рис. 15. Меню "Обогрев"
В меню "ОБОГРЕВ" (рис. 15) формируется информационная посылка для отправки в устройство, состоящая из температуры, при которой будет срабатывать реле. Для того чтобы сформировать посылку, необходимо установить температуру (целые и десятичные значения) и подтвердить нажатием это значение, информация заносится в ячейку. Для отправки сформированной посылки в модуль необходимо нажать на кнопку "ОТПРАВКА". Если устройство получило посылку, отправляется ответ, который будет отображаться на кнопке отправки белым шрифтом. Необходимо проконтролировать, чтобы переданное значение совпадало с тем, что пришло отуст-ройства. Аналогично формируется посылка гистерезиса. Если один из элементов не будет подтверждён, на кнопке появится сообщение об ошибке - "Err". Если будет утеряна связь с модулем, на кнопке "ДОМОЙ" появится надпись "ПРОВЕРИТЬ СОЕДИНЕНИЕ". После нажатия на эту кнопку происходит возврат в главное меню.
В меню "ОХЛАЖДЕНИЕ" (рис. 16) реализован тот же принцип передачи посылки, что и в меню "ОБОГРЕВ".
Рис. 16. Меню "Охлождение"
Для прошивки микроконтроллера использована программа Khazama Avr Programmer [3]. На рис. 17 и рис. 18 показаны установка фьюзбитов, лок-биты не используются. Сначала микроконтроллер программируют файлом с названием eeprom.hex, далее загружается основная программа SUPER RELAY FINISH.hex.
Рис. 17. Установка фьюзбитов
Рис. 18. Установка фьюзбитов
В заключение следует сказать, что это устройство не является профессиональным проектом и требует определённой отладки, а в процессе эксплуатации возможны неучтённые ситуации. В будущем возможны новые ревизии плат с добавлением дополнительных компонентов или новых схемотехнических решений, предполагается корпусированиеустройства, а по мере изучения языка СИ для микроконтроллеров будет оптимизирован код программы. Вероятно, возможности устройства покажутся избыточными. Я сам являюсь сторонником того, что чем больше функций в устройстве, тем оно сложнее в применении. Тем не менее считаю, что некоторые технические решения читатель сможет использовать в своихустройствах.
Программы для смартфона и микроконтроллера, чертежи печатных плат в формате Sprint-Layout и в авторском исполнении, а также фотография соединённых и функционирующих плат находятся здесь.
Литература
1. Diymore TM1637 0,56 дюйма 4-разрядный цифровой светодиодный дисплей. - URL:https:// aliexpress. ru/item/32842658742. html?spm = a2g0s.9042311.0.0. 274233 edkO6NeF (04.08.21).
2. MIT App Inventor. - URL: https:// appinventor.mit.edu/ (04.08.21).
3. Khazama AVR Programmer. - URL: http://khazama.com/project/ programmer/ (04.08.21).
Автор: Д. Петрухин, г. Тольятти