AM82TV — электрокарниз на Atmega168.

Электрокарниз AM82TV интересен тем, что имеет наиболее полный набор интерфейсов управления. Конечно, наиболее востребовано управление по радиоканалу. При помощи различных радиопультов. В том числе тех, которые выглядят как обычные выключатели и крепятся на стену. Но для тех, кто доверяет только проводам, может управляться чуть ли не стандартными настенными выключателями для обычного освещения. Электрокарниз также удобно подключается к “Умному дому”. Для этого есть RS485. Можно также запустить электрокарниз просто дернув штору. Мотор уловит движение и включится подхватив направление в котором была сдвинута штора.

Я решил разобрать AM82TV и посмотреть как он устроен.

Основное пространство ожидаемо занимает мощный 24 вольтовый мотор постоянного тока с редуктором и датчиком угла поворота вала. Датчик нужен для поддержания постоянной скорости вращения двигателя. Чтобы скорость, с которой двигаются шторы, не зависела от нагрузки создаваемой шторами. Это бывает удобно если окно нестандартное. Например, на мансарде из-за наклона крыши, гардина может быть смонтирована под наклоном. Если нет стабилизации скорости, из-за наклона, открываться и закрываться шторы будут за разное время. Если стабилизация есть, то время будет одинаковым. Не будет ощущения, что мощности двигателя недостаточно, когда увеличивается нагрузка. Плюс есть возможность записать в память электрокарниза крайние положения штор и открывать/закрывать шторы не до крайних положений, а на заданную величину. Ну и функция, когда электрокарниз запускается от того, что вы подтолкнули шторы рукой, запускается от датчика угла поворота.

Также в корпусе монтируется импульсный блок питания и плата управления.

Блок питания обычный, на 24 вольта, без особенностей:

Рассматривать блок питания особенно нечего — он стандартный. Можно только отметить, что на этой же плате монтируются цепи пофазного управления. От этих цепей, через оптопары, сигнал передается на дальнейшую обработку в плату управления. Нет непосредственного управления мотором подачей на него силового напряжения в разных его комбинациях. Вы ничего не сожжете одновременно подав напряжение на оба управляющих провода. Такие ситуации иногда возникают, если используется пофазное управление электрокарнизом и два или больше проводных выключателя, расположенных в разных местах.

На что действительно стоит обратить внимания — так это на плату управления:

Сердцем платы является микроконтроллер atmega168! Это один из самых популярных микроконтроллеров. Уступает, пожалуй, только atmega328. Отличается вдвое меньшим объёмом памяти. При этом оба МК полностью совместимы по выводам и при желании, на плате один можно заменить на другой. И вы можете сами писать программы для AM82TV в Atmel Studio или Arduino IDE. Не хватает стандартных интерфейсов и захотелось добавить управление электрокарнизом через WEB или MQTT? Нет проблем — в корпусе достаточно места, чтобы добавить плату с ESP8266. Подключившись к UART, можно даже ничего не менять в прошивке atmega168. Но если это понадобится — это можно сделать. Более того, производитель не защитил от чтения прошивку atmega168. Да, её можно просто считать! И что-то в ней поправить. К примеру, можете составить свой алгоритм того, как мотор будет реагировать на разные сочетания сигналов на проводах пофазного управления.

По печатной плате я восстановил схему блока управления электрокарнизом:

Чтобы было легче разобраться в схеме, я разбил схему на модули и оставил небольшие комментарии для каждого из них.

Power input.

Сюда подается напряжение 24 вольта с платы блока питания. Варистор RD1 ограничит входное напряжение на уровне 33 вольт, если оно вдруг начнет повышаться. Дальше, напряжение дополнительно фильтруется от высокочастотных помех и разделяется диодами шоттки для подачи отдельно на мотор электрокарниза и импульсный 5-и вольтовый стабилизатор. Такое разделение исключает влияние импульсных помех от двигателя на остальную часть схемы.

5V regulator.

Собран на LMR14006 по типовой схеме без особенностей. Режим SHDN не используется. Даже номиналы элементов соответствуют номиналам, указанным в тех. документации. Можно отметить, что EC1 и EC3 — емкости с малым эквивалентным последовательным сопротивлением — LOWESR. Это единственные электролиты на плате, что значительно увеличивает надежность схемы т.к. электролиты — основная причина отказов в устройствах при длительной эксплуатации.

Motor current measurement.

Измерение тока, потребляемого мотором электрокарниза, на сдвоенном операционном усилителе LM358. U3.2 усиливает падение напряжения на включенных параллельно R40, R41. Общее сопротивление этой пары — 0,235 ом.  Коэффициент усиления ОУ задается резисторами R14, R15. Равен 6 (gain = 1 + R15/R14). Максимальное напряжение на выходе LM358 равно Uпит (5В) — 1,5В = 3,5В. При усилении 6, входной сигнал амплитудой более 3,5В/6 = 0,58В перегружал бы операционный усилитель. Таким образом, максимальный ток, который можно измерить этим каскадом — 0,58В/0,235ом = 2,48А.

На U3.1 собран повторитель напряжения. Используется для развязки по току в случае, если нагрузочная способность источника сигнала недостаточна для снятия сигнала приёмником. В нашем случае избыточен, но и вреда никакого.

R18, C11 и R17, C12, R18 — сглаживают изменения сигнала.

Motor control.

Модуль управления мотором электрокарниза. Применено очень интересное решение. По-крайней мере мне такое встретилось впервые. Обычно управление мотором делается либо на реле, либо на полупроводниковых ключах, в качестве которых часто используются полевые транзисторы. Выпускаются даже микросхемы драйверов для управления электродвигателями в которых есть мощные ключи на полевых транзисторах и схемы управления и защиты. Здесь же используются два реле в одном корпусе для включения двигателя и управления направлением вращения и ключ на мощном полевом транзисторе для плавного пуска электрокарниза и управления скоростью вращения вала. Такое решение, возможно, самое дорогое, но делает управление двигателем более простым для программиста. Обратите также внимание на резисторы R40 и R41. По падению напряжения на них atmega168 определяет ток, протекающий через мотор и отключает электрокарниз, если что-то заело. Двигатель не перегреется, если шторы за что-то зацепились.

Speed sensor.

Сигналы от двух датчиков на валу редуктора электрокарниза поступают на сдвоенный операционный усилитель LM358. Каждый ОУ включен по схеме компаратора. Сигнал сравнивается со средним значением напряжения питания т.е. 2,5 вольт. Сигналы с датчика вполне можно было бы сразу подать непосредственно на atmega168, но так опять же проще для программиста.

Осциллограммы с датчика двигателя.

Направление вращения вала определяется по сдвигу сигналов S1 и S2. Сигнал после операционного усилителя немного меньше по амплитуде. В остальном не отличается от сигнала с датчика.

RF receiver.

Приемник сигналов радиоуправления. Питается от отдельного стабилизатора, что существенно уменьшает влияние помех по питанию. Для радиоприемника это важно. Выполнен на микросхеме MICRF211 включенной по типовой (даже упрощенной) схеме.

Weak electric control.

Управление электрокарнизом замыканием контактов без подачи внешнего напряжения. Просто цепи защиты. Защита не слишком надежная, но вполне достаточная.

RS485.

Интересен сам протокол, а схема типовая на ZT13085E. По выводам совместима с MAX13085E.

MCU.

“Мозгами” всего электрокарниза служит микроконтроллер atmega168. На него поступают сигналы со всех описанных выше модулей. Плюс сигналы с оптопар “пофазного управления” с платы блока питания. Для перевода электрокарниза в режим “установок” используется кнопка “setting”. Для получения обратной связи — светодиод “LED light”. На ножке 22 контролируется уровень напряжения, поступающий от блока питания. В случае его понижения микроконтроллер безопасно завершает работу. Выведен разъем для внутрисхемного программирования atmega168 — ISP. Через него же можно считать прошивку. Защиты от чтения прошивки нет. По крайней мере в тех экземплярах, которые попадались мне. Гарантии в том, что производитель не начнёт защищать прошивку от чтения нет, но сейчас она не защищается.

Изучив схему вы можете сами убедиться в том, что при ее составлении не экономили. Особое внимание было уделено надежности. Нельзя, например, сжечь электрокарниз подав сразу два управляющих сигнала на провода пофазного управления.  Повсюду элементы фильтрации и защиты. Использовано только два электролитических конденсатора. И те из серии LOWESR, что значительно надёжнее. Электролиты — пожалуй основная причина отказа электронных схем.

То, что производитель применил популярный микроконтроллер atmega168 и не стал прятать прошивку, делает AM82TV очень интересным для изучения, расширения и внесения изменений. Электрокарниз можно адаптировать под различные “особенности”, неизбежно возникающие в конкретных случаях у реальных заказчиков.