Умный дом

Модуль с плавной регулировкой яркости

Плавная регулировка яркости света триаком связана с тем, что яркость ламп накаливания зависит от эффективного на­пряжения. Чем оно ниже, тем меньше яркость. Устройства подобного типа имеют название «диммер».

Тиристор или триак открывается сигналом, подаваемым на управляющий электрод. Осциллограмма напряжения на нагрузке, лампе накаливания представлена на рис. 2.5.

В верхней части отображено напряжение, интересующее нас, а внизу - переменное силовое напряжение 220 В.

При подаче управляющего сигнала триак открывается, и напряжение полностью падает на нагрузке. При переходе напряжения через ноль триак закрывается. Напряжение на лампе накаливания появится только после прихода следующе­го управляющего сигнала. В данном случае частота управляю­щих сигналов 100 Гц. Усеченное синусоидальное напряжение на лампе накаливания в данном случае равнозначно подклю­чению лампы к напряжению -110 В. Яркость лампы умень­шается.

Сдвигая момент подачи управляющего сигнала ближе к мо­менту перехода напряжения через ноль (рис. 2.6 - маркерами помечены моменты подачи управляющего сигнала), мы полу­чим большую яркость. Удлиняя время подачи управляющего сигнала после перехода напряжения через ноль (рис. 2.7), мы получим меньшую яркость свечения лампы.

При построении модуля следует включать светодиод опт­рона в нужные моменты времени, изменяя яркость свечения настольной лампы или торшера. И настольная лампа, и тор­шер включаются в розетку, имеющую фазовый и нулевой про­вод. Организовать сканирование силового напряжения для выявления переходов через ноль не сложно, получатся раз­ные решения, зависящие от конкретных условий реализации.

А вот при использовании модуля вместо обычного выклю­чателя мы столкнемся с трудностью - отсутствием нулевого провода в зоне выключателя. Без него мы не можем синхро­низировать подачу управляющих сигналов на триак с момента­ми перехода напряжения через ноль. Если бы нулевой провод был в зоне выключателя, для получения синхронизирующих импульсов можно было бы использовать другой тип оптрона: светодиод - фототранзистор. Светодиод через конденсатор (чтобы не устанавливать резистор большой мощности) и рези­стор (ограничивающий ток через светодиод) мы подключили бы между фазой и нулем силового напряжения. При обычном светодиоде (не двухполярном) мы получили бы возможность отмечать один из двух переходов через ноль за период силово­го напряжения. Но как быть, если нулевой провод отсутству­ет? Можно поступить двояко - в том месте, где будет установ­лен системный блок питания 12 В, соединить общий схемный провод с защитным заземлением. При этом в точке установки модуля на место выключателя мы будем иметь возможность сделать схему синхронизации. Второй вариант - подключение цепи оптрона для синхронизации управления параллельно триаку. Напряжение на нем выглядит, как показано на рис. 2.8 или на рис. 2.9.

Как видно из рисунков, мы можем осуществить синхрони­зацию.

Определившись со схемой регулировки, постараемся ре­шить, как будем регулировать яркость - плавно или ступенями.

В любом случае мы будем регулировать яркость ступенями, но их можно сделать маленькими или большими. На мой взгляд, градация переходов с тремя-четырьмя уровнями яркости в пол­ной мере устроит любого. А большинству пользователей доста­точно будет двух ступеней - полная яркость и треть яркости. Вопрос этот не принципиальный, и каждый решит его сам.

Второй аспект данной проблемы - использовать ли для вре­менной задержки подачи управляющего импульса встроенный таймер или пустой цикл в программе? Или реализовать эту процедуру с использованием встроенного в микроконтроллер PIC16F628A блока ШИМ. ШИМ - аббревиатура названия спо­соба Широтно-Импульсной Модуляции. Я остановлюсь на мак­симально наглядном варианте - использую пустой цикл.

Наконец, последнее, что меня в настоящий момент может беспокоить, - не будет ли свет «мигать»? Причина этого бес­покойства в том, что контроллер будет осуществлять несколь­ко процессов:

• сканировать напряжение сети -220 В для определения моментов перехода напряжения через ноль, нужных для синхронизации;

• запускать управляющий импульс, который включит три­ак, по истечении времени задержки после обнаружения перехода через ноль напряжения сети;

• прослушивать порт USART с целью выявления команд, адресованных модулю.

Системные команды следуют одна за другой. Модуль будет реагировать на все команды, даже когда они адресованы не ему. Пока модуль разбирается с системными командами, он может пропускать управление триаком, а светильник бу­дет выключаться.

Попробуем «прикинуть», как это будет выглядеть. Дли­тельность полуволны частой 50 Гц составляет 10 мс. Возьмем средний интервал «свободного» от управления времени 5 мс. С другой стороны при скорости в сети 2400 бит/с прием од­ного байта займет около 4 мс. Остается надеяться, что я не­правильно понимаю работу USART. Проверим. Если не полу­чится, я готов отказаться от регулировки яркости. Но тем, кому очень хочется иметь модуль выключателя света с регу­лируемой яркостью, пока можно предложить:

• поэкспериментировать с изменением тактовой частоты контроллера до 20 МГц и скоростью сетевой работы 115 200 бит/с;

• поэкспериментировать с работой по прерыванию (для сетевых команд);

• в основной программе все команды и запросы переме­жать паузами, что замедлит сетевую работу системы, но может оказаться не столь ощутимо, в конечном счете;

• если совсем ничего не получится, использовать вне­шнюю микросхему обслуживания управления включе­ния света, например контроллер для связи с системой, а полученное время задержки переписывать во вне­шний счетчик, который будет синхронизирован с часто­той сети 50 Гц, и подавать управляющие импульсы на оптрон;

• поискать, нет ли еще каких-либо интересных решений.

Тем не менее, попробуем реализовать программу и прове­рить ее работу в MPLAB.

Требования к модулю диммера:

• регулирование яркости лампы накаливания на 3 уров­нях: полная яркость, половинная яркость, минимальная яркость;

• получение команд от центрального управляющего уст­ройства в формате L14$1N, где 1 - полная яркость, 5 - выключение;

• статус модуль не передает.

Для тех, кто хотел бы запрашивать состояние диммера, я думаю, не составит труда взять эту часть программы из пре­дыдущих решений. Аналогично обстоит дело и с уровнями яркости, командой выключения и полного включения.

Реализация модуля. Вывод RA3 подключим к сканирующе­му оптрону. Переход через ноль будет отображаться состоя­нием «1». Для основного программного модуля контроллера два события - появление системной команды и импульс син­хронизации с силовой сетью - будут служить точками отклика.

Переделав текст программы, немного «повозившись» с устранением остаточных ошибок после переделки, я внача­ле сталкиваюсь с проблемой (в отладчике MPLAB) плохой об­работки сканирования силовой сети. Справившись с этим, я никак не могу получить изменение яркости (предполагае­мой) из-за того, что сетевые команды «пропадают». В конеч­ном счете, программа приобретает следующий вид.