Записки программиста

Розетка с таймером (ее же иногда называют «реле времени») — это устройство, функционал и назначение которого должно быть очевидно из названия. Вы подключаете какую-нибудь лампу в розетку через это устройство, в результате чего получаете возможность запрограммировать лампу. Например, лампа может автоматически включаться каждый день в 9 утра и выключаться в 10 вечера. Зачем это может быть нужно — уход за растениями, создание эффекта присутствия людей в доме с целью отпугивания воров, и так далее. Розетку с таймером в наше время легко купить готовую за небольшие деньги. Однако в этой заметке я расскажу, как сделать такое устройство своими руками.

Важно! Работа с переменным током высокого напряжения смертельно опасна. Если вы решите повторять действия, описанные далее, будьте предельно осторожны.

Примечание: Пользуясь случаем, я хотел бы поблагодарить пользователей форума EasyElectronics.ru с никами STT, BusMaster и Кот495 за то, что проконсультировали меня о некоторых нюансах работы с переменным током.

Спрашивается, зачем делать свое устройство, если можно просто купить готовое?

Ну, во-первых, это весело (если, конечно, вы находите веселым подобные вещи). Во-вторых, розетки с таймером обычно имеют маленькие экранчики без подсветки, на которых очень трудно что-то разобрать, а также неудобные элементы управления. Наше самодельное устройство будет лишено этого недостатка. В-третьих, самодельное устройство может быть запрограммированно сколь угодно сложно, тогда как готовые ограничены лишь парой-тройкой заданных наперед режимов. Наконец, в-четвертых, самодельное устройство может быть с легкостью модифицировано как нам вздумается (взять хотя бы банальное изменение цвета корпуса) и без труда ремонтируется, поскольку мы знаем точно, как оно работает.

Свою розетку с таймером я собрал из следующих компонентов:

• Клон Arduino Nano с разъемом Micro USB (2.82$);
• Китайский экранчик 1602 с I2C адаптером (1.75$);
• Роторный энкодер (0.52$);
• Реле с двумя контактными наборами RT424005 (3.07$);
• Две пары разъемов XT60 (0.66$);
• Ненужное зарядное устройство с USB-выходом (0.00$);
• Повербанк, полученный бесплатно на конференции (0.00$);
• Некоторое количество проводов, термоусадок, двустороннего скотча, болтов и гаек M3, кусок макетки, и прочая мелочь (0.00$);

Вместо зарядного устройства для телефона можно было воспользоваться нормальным AC/DC преобразователем на 5 В, припаиваемым на плату. Но стоят AC/DC преобразователи сравнительно дорого, а лишних зарядных устройств у меня накопилось достаточно много. Так что я предпочел использовать валяющуюся без дела зарядку.

Повербанк тоже валялся без дела. Если лишнего повербанка у вас нет, вместо него можно воспользоваться Li-Ion аккумулятором форм-фактора 18650 в сочетании с платой на базе чипа TP4056 и каким-нибудь повышающим DC/DC преобразователем на ваш выбор. Как использовать эти компоненты ранее было подробно рассказано в заметке Паяем крафтовый повербанк с солнечной панелью. Вообще-то говоря, не всякий повербанк способен заряжаться от сети и одновременно заряжать подключенное к нему устройство. Поэтому в общем случае использовать аккумулятор, TP4056 и повышающий преобразователь DC/DC будет более правильно.

Отмечу также, что повербанк нужен исключительно для того, чтобы часы на устройстве не сбрасывались при отключении электричества в доме. Если для вас это не является проблемой (например, есть ИБП), то можно обойтись и без повербанка.

Названные компоненты были помещены в корпус и соединены таким образом:

Корпус я спроектировал во FreeCAD и распечатал на 3D-принтере RepRap Prusa i3 пластиком PLA. Высчитывать с точностью до миллиметра, где должны находится отверстия для крепления экранчика, мне было лень. Поэтому эти отверстия я просверлил дрелью уже после того, как корпус был напечатан. Разъемы XT60 были закреплены с помощью термоклея.

Заметьте, что реле впаяно в макетку. Так сделано по той причине, что ножки у реле очень хрупкие, и если припаяться к ним напрямую, они быстро отломаются (я проверял!). Если вы решите использовать другое реле, убедитесь, что оно рассчитано на достаточно большой ток, хотя бы 8 А. Проверьте также, что выбранное вами реле является моностабильным. То есть, при пропадании питания на катушке реле должно автоматически разрывать цепь.

Наконец, примите во внимание, что из соображений безопасности следует разрывать фазу и ноль одновременно, а не лишь один из контактов, как рисует в своих туториалах та же Амперка. Дело в том, что втыкаемая в розетку вилка не знает, где у нее ноль, а где фаза, и разрывая лишь один из контактов вы повышаете вероятность поражения пользователя электрическим током при случайном касании, казалось бы, отключенной нагрузки. Таким образом, следует использовать реле с двумя группами контактов.

Софтверная часть не представляет очень уж большого интереса, тем более, что я не сильно заморачивался с качеством кода. Использование экранчиков 1602 с I2C интерфейсом ранее подробно рассматривалось в заметке Об использовании экранчиков 1602 с I2C-адаптером. Что же касается части кода, отвечающей за время, она в существенной части была позаимствована из проекта часов на микроконтроллере ATmega328P. Действительно новым для нас здесь является разве что работа с роторным энкодером, поэтому ее и рассмотрим.

Энкодер обычно имеет пять контактов. Из них два контакта, расположенные с одной стороны, представляют собой обыкновенную кнопку, и потому сейчас нам не интересны. Из трех оставшихся контактов на другой стороне средний подключается к земле, а два оставшихся — ко входам микроконтроллера с активированными подтягивающими резисторами. При вращении ручки энкодера в микроконтроллер будут приходит следующие сигналы:

Как видите, сигнал достаточно просто декодировать. Если по фронту сигнала с контакта A на контакте B сигнал высокий или по спаду сигнала с контакта A на контакте B сигнал низкий, значит пользователь вращает ручку по часовой стрелке. Если же наоборот, по фронту сигнала с контакта A на контакте B сигнал низкий, а по спаду — высокий, значит ручка вращается против часовой стрелки.

Как это часто бывает в мире Arduino, декодирование сигнала от энкодера уже реализовано в библиотеке Rotary. Пример ее использования:

В окончательном виде получившееся устройство выглядит так:

Конечно же, на ум приходит множество возможных улучшений. Например, можно добавить функцию управления по Bluetooth или же при помощи SMS. Не помешало бы также вывести на корпус индикацию процесса зарядки и текущего состояния аккумулятора. Где-нибудь сбоку стоило бы добавить кнопку полного отключения, например, на случай длительной транспортировки устройства. Возможность отключения подсветки экранчика была бы не лишней, так как подсветка довольно яркая и может, помимо прочего, мешать спать. Часы на кварцевом резонаторе не слишком точны, раз в пару месяцев их приходится подводить. В связи с этим стоит рассмотреть использование внешних часов реального времени. Ну и в целом получившаяся конструкция довольно громоздка, уродлива и сложна для повторения, не говоря уже о том, что микроконтроллер подошел бы и более простой, например, ATtiny2313. Так что, не лишено смысла сделать нормальную плату.

Как обычно, исходники прошивки и STL-файлы корпуса вы найдете на GitHub.

А что вы думаете об описанном проекте и какие идеи по его улучшению есть у вас?

Метки: AVR, Электроника.