Przełącznik kolumn głośnikowych

Transkrypt

1 Przełącznik kolumn głośnikowych PROJEKTY Przełącznik kolumn głośnikowych AVT Jeśli dysponujemy jednym lub dwoma zestawami muzycznymi a chcielibyśmy mieć możliwość słuchania muzyki w kilku pokojach, to można tego dokonać poprzez przełączenie kolumn głośnikowych. Opisywane urządzenie umożliwia przełączenie kolumn głośnikowych z dwóch zestawów stereofonicznych do pięciu pokoi. Jest to nowa wersja urządzenia, które działało w moim domu od ponad 0 lat. Rekomendacje: przełącznik może przydać się w domu, szkole, biurze, przy nagłaśnianiu wielu pomieszczeń itp. Tu już drugie urządzenie tego typu wykonane przeze mnie. Poprzednie miało kilka wad i dlatego zdecydowałem się zaprojektować urządzenie od nowa. Największą wadą poprzedniego projektu było użycie tanich przekaźników, które ciągle się psuły (nie zapewniały poprawnego styku) i powodowały trzaski w kolumnach. Przełącznik kolumn głośnikowych składa się z dwóch modułów: sterującego i wykonawczego. Moduł sterujący jest niewielkim urządzeniem, którego obudowa jest przewidziana do mocowania na ścianie. Na wyświetlaczu można odczytać, do których pokojów są aktualnie przyłączone stereofoniczne zestawy muzyczne, a za pomocą przycisków przełączyć kolumny. Moduł wykonawczy realizuje przełączanie kolumn za pomocą przekaźników oraz zapewnia obciążenie wyjść zestawów audio rezystorami w czasie przełączania (najpierw do wyjścia jest dołączany rezy- stor obciążający, odłączane są aktualnie przyłączone kolumny, przyłączane są kolumny w innym pokoju i dopiero wtedy jest odłączany rezystor), dzięki czemu nie ma sytuacji, w której wyjście audio nie byłoby wcale obciążone, co ma tym większe znaczenie, im głośniej słuchamy muzyki w czasie przełączenia. Moduł wykonawczy mam zamontowany w domu, we wnęce w ścianie, dzięki czemu nie widać plątaniny kabli, które są dołączone (dla dwóch zestawów i pięciu pokojów potrzeba kabli głośnikowych). Oprogramowanie uniemożliwia przyłączenie dwóch zestawów muzycznych do tych samych kolumn, co mogłoby doprowadzić do uszkodzenia wzmacniaczy mocy. Dodatkowo, każdy z kanałów wzmacniacza jest zabezpieczony bezpiecznikiem topikowym. Nastawy przełącznika są zapamiętywane w pamięci EEPROM modułu sterującego, za wyjątkiem przyporządkowania zestawów do pomieszczeń, co zostaje zapisywane w pamięci EEPROM modułu wykonawczego w momencie wyłączania zasilania sieciowego. Przełącznik ma zabezpieczenie przed stanami nieustalonymi polegającymi na krótkotrwałym załączaniu się przekaźników w momencie włączenia zasilania sieciowego. Zabezpieczenie takie jest konieczne, aby nie uszkodzić końcówek mocy zestawów w przypadku włączania przełącznika kolumn w czasie, gdy pracują oba zestawy muzyczne. REKLAMA ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA /0

2 PROJEKTY R K T BC- PR 0k R 0 RS ENA D D D D U 0 JP VO RS R/W ENA D0 D D D D D D D L+ L- D I S P L A Y Display * N D C 0nF R k RST JP Programowanie JP Y MHz pf C ZX ZX ZX ZX C pf 0 RXD TXD D D D D RS ENA PB0 (ICP) PB (OCA) PB (SS/OCB) PB (/OC) PB () PB () PB (XTAL/TOSC) PB (XTAL/TOSC) PD0 (RXD) PD (TXD) PD (INT0) PD (INT) PD (XCK/T0) PD (T) PD (AIN0) PD (AIN) PC0 (ADC0) PC (ADC) PC (ADC) PC (ADC) PC (ADC/SDA) PC (ADC/SCL) PC (RESET) A AREF RST 0 RXD TXD Przyciski U A Res D R MAXMJA B R +V JP RJGK ATmega-PC R k R k JP Klawiatura AT +V D U L 0uH VIN OUT 00uF/V LL CE P FB D LL S NC ON/OFF NC LMN-.0/NOPB 0uF/V CE C 00nF C 00nF C 00nF C 00nF C 00nF R 0 LED Rysunek. Schemat modułu sterującego W ofercie AVT* AVT- A AVT- UK Podstawowe informacje: Zasilanie 0 V AC/ VA. Budowa modułowa: sterowanie + zespół przekaźników. Mikrokontroler ATmega, oprogramowanie w Bascom AVR. Możliwość przełączania zestawów stereofonicznych do pokojów. Sterowanie za pomocą przycisków. Dodatkowe materiały na FTP: ftp://ep.com.pl, user:, pass: 0pmy wzory płytek PCB karty katalogowe i noty aplikacyjne elementów oznaczonych w Wykazie elementów kolorem czerwonym * Uwaga: Zestawy AVT mogą występować w następujących wersjach: AVT xxxx UK to zaprogramowany układ. Tylko i wyłącznie. Bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A płytka drukowana PCB (lub płytki drukowane, jeśli w opisie wyraźnie zaznaczono), bez elementów dodatkowych. AVT xxxx A+ płytka drukowana i zaprogramowany układ (czyli połączenie wersji A i wersji UK) bez elementów dodatkowych. AVT xxxx B płytka drukowana (lub płytki) oraz komplet elementów wymieniony w załączniku pdf AVT xxxx C to nic innego jak zmontowany zestaw B, czyli elementy wlutowane w PCB. Należy mieć na uwadze, że o ile nie zaznaczono wyraźnie w opisie, zestaw ten nie ma obudowy ani elementów dodatkowych, które nie zostały wymienione w załączniku pdf AVT xxxx CD oprogramowanie (nieczęsto spotykana wersja, lecz jeśli występuje, to niezbędne oprogramowanie można ściągnąć, klikając w link umieszczony w opisie kitu) Nie każdy zestaw AVT występuje we wszystkich wersjach! Każda wersja ma załączony ten sam plik pdf! Podczas składania zamówienia upewnij się, którą wersję zamawiasz! (UK, A, A+, B lub C). Moduły są połączone typowym kablem telefonicznym ( żyły), którym są przesyłane zarówno dane, jak i zasilanie do modułu sterującego. W warstwie sprzętowej zastosowałem standard RS, który umożliwia różnicową transmisję sygnałów na duże odległości (nawet rzędu kilkuset metrów). Sterowanie jest realizowane za pomocą mikrokontrolera ATMega, a dane są prezentowane na wyświetlaczu LCD znaków. W module sterującym przewidziano możliwość przyłączenia klawiatury komputerowej w celu zmiany nazw zesta- PB PB CON Rysunek. Schemat płytki przycisków wów muzycznych i pokojów, jednak nie zostało to wykorzystane, ponieważ napisałem oprogramowanie w taki sposób, aby wszystkie parametry urządzenia zmieniać przy pomocy dwóch przycisków w urządzeniu. Zastosowałem przekaźniki o obciążalności A i złącza o obciążalności A. W celu zmniejszenia mocy traconej w module sterującym zastosowałem zasilacz impulsowy ze względu na stosunkowo duży prąd (0 ma) pobierany przez podświetlanie wyświetlacza. Dzięki dużej sprawności zasilacza, do zasilenia urządzenia wystarcza transformator o mocy VA. Obydwa moduły mają złącza dla programatorów w standardzie ISP-PIN/Atmel. Płytki drukowane mają przewidziane miejsca służące do dołączenia kwarców do mikrokontrolerów, jednak nie zostało to wykorzystane, ponieważ testy pokazały, że transmisja przy szybkości 00 b/s jest realizowana bezbłędnie przy taktowa- ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA /0

3 Przełącznik kolumn głośnikowych 0 U OUT OUT OUT OUT OUT OUT OUT COM C ULN00A 00nF IN IN IN IN IN IN IN U 0 PB0 (ICP) PB (OCA) PB (SS/OCB) PB (/OC) PB () PB () PB (XTAL/TOSC) PB (XTAL/TOSC) PD0 (RXD) PD (TXD) PD (INT0) PD (INT) PD (XCK/T0) PD (T) PD (AIN0) PD (AIN) ATmega-PC PC0 (ADC0) PC (ADC) PC (ADC) PC (ADC) PC (ADC/SDA) PC (ADC/SCL) PC (RESET) A AREF +V U IN LML0ACZ OUT J ARK TR F 0mA F 0mA 0V TEZ,0/D V WieżaPokój WieżaPokój WieżaPokój WieżaPokój WieżaPokój WieżaRezystor Y Mhz PB PB PB0 pf C ZX ZX ZX ZX C pf D B AC AC MBS V+ V- PB0 PB PB INT0 R0 R k C0 0nF k R LED K U A R B D MAXMJA INT0 T BC- R 000uF/V CE C 00nF 0 PC0 PC PC PC PC PC PC RST PC PC PC PC PC0 U IN IN IN IN IN IN IN ULN00A OUT OUT OUT OUT OUT OUT OUT COM 0 WieżaPokój WieżaPokój WieżaPokój WieżaPokój WieżaPokój WieżaRezystor C 00nF C 00nF C 00nF +V R 0k C uf R k T BC-0 T BC-0 J RJGK C 00nF N D C 0nF 0uF/V CE R k RST R LED K JP Programowanie C 00nF Rysunek. Schemat modułu wykonawczego ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA /0

4 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA /0 PROJEKTY Rysunek. Schemat modułu wykonawczego c.d. PokójLewy PokójLewy PokójLewy PokójLewy PokójLewy PokójLewy PokójLewy PokójLewy PokójLewy PokójLewy J F Fuse F Fuse F Fuse F Fuse PokójPrawy PokójPrawy PokójPrawy PokójPrawy PokójPrawy PokójPrawy PokójPrawy PokójPrawy PokójPrawy WieżaLewy WieżaLewy WieżaPrawy WieżaPrawy WieżaPrawy WieżaPrawy WieżaLewy WieżaLewy J WieżaPrawy WieżaPrawy WieżaLewy WieżaLewy WieżaLewy WieżaLewy WieżaPrawy J PokójPrawy PokójPrawy PokójLewy J PokójPrawy PokójPrawy PokójLewy PokójLewy J PokójPrawy PokójPrawy PokójLewy PokójLewy J PokójPrawy PokójPrawy PokójLewy PokójLewy J PokójPrawy PokójPrawy PokójLewy PokójLewy WieżaPrawy LED R WieżaPokój LED R 0R/W R WieżaLewy WieżaPrawy WieżaLewy WieżaPrawy LED R LED R WieżaPokój LED R LED0 R0 WieżaPokój LED R LED R WieżaPokój LED R LED R WieżaPokój LED R LED R REL REL REL REL REL REL REL REL REL REL REL REL REL REL REL0 REL REL REL REL REL REL REL0 LED WieżaPokój LED R WieżaPokój LED R WieżaPokój LED R WieżaPokój LED R WieżaPokój LED R WieżaPokój LED R WieżaPokój LED R WieżaPokój LED R WieżaPokój LED0 R0 WieżaPokój WieżaRezystor WieżaRezystor PokójPrawy PokójLewy R 0R/W R 0R/W R 0R/W R D D D D D D D D0 D D D D D D D D D D0 D D D D

5 Funkcje urządzenia Podstawową funkcją urządzenia jest przyłączenie wzmacniaczy dwóch zestawów muzycznych, stereofonicznych do kolumn ustawionych w pięciu pokojach. Jest to realizowane poprzez przyporządkowanie pokojów do zestawów na ekranie modułu sterującego. Lewym przyciskiem ustawia się przypisanie pokoju do zestawu wyświetlanego w górnym wierszu wyświetlacza, a prawym przyciskiem, do zestawu wyświetlanego w dolnym wierszu. Możemy zmienić przypisanie obu zestawów w tym samym cyklu przełączenia, gdyż po zmianie wartości jednego z nich program czeka przez chwilę na zmianę przypisania drugiego i dopiero po chwili przełącza kolumny. Program umożliwia również konfigurowanie urządzenia. Przejście do trybu konfiguracji następuje po przytrzymaniu obydwu przycisków przez ponad sekundę. Lewym przyciskiem przechodzimy do konfigurowania kolejnych elementów, a prawym przyciskiem zmieniamy wartości danego parametru. Po przejściu do następnego parametru jest zapamiętywana wartość poprzedniego parametru. Możliwe jest ustawienie następujących parametrów.. Czas podświetlania (0 s, 0 s, 0 s, min, min, min, ciągłe).. Liczba pokoi (od do ).. Nazwy zestawów muzycznych.. Nazwy pokoi. ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA /0 Zmiana nazw wież i pokojów możliwa jest po naciśnięciu i przytrzymaniu lewego przycisku przez czas dłuższy od s. W trybie tym jest włączany kursor, który pokazuje pozycję edytowaną. Kolejne krótkie przyciśnięcia lewego przycisku zmieniają pozycję kursora. Kolejne naciśnięcia przycisku prawego powodują wstawianie w pozycji kursora kolejnych liter, cyfr oraz polskich znaków. Dłuższe naciśnięcie przycisku prawego powoduje wstawiania kolejnych znaków najpierw wolno, a po znakach szybko. Z edycji nazw wychodzimy poprzez ponowne dłuższe naciśnięcie lewego przycisku. Tryb testowy, w którym pokazywane są hexadecymalnie bajty nadawane i odbierane przez moduł sterujący. Wyjście z trybu konfiguracji możliwe jest poprzez dłuższe naciśnięcie obydwu przycisków. Automatyczne wyjście z konfiguracji następuje, jeśli nie jest naciskany żaden przycisk przez minutę. Budowa Na rysunku pokazano schemat modułu sterującego, a na rysunku płytki przycisków. Jest on typowym systemem z mikrokontrolerem ATmega i wyświetlaczem LCD o rozdzielczości znaków. Potencjometr PR umożliwia ustawienie kontrastu, a tranzystor T steruje włączeniem podświetlania. Do wyświetlacza przylutowano listwę goldpin, a na gnieździe wpiętym do tej listwy zrealizowano podłączenia do masy nieużywanych końcówek wyświetlacza oraz przylutowano kabel ze złączem zaciskanym na kablu pinów. Jako driverów linii transmisyjnej użyto układów MAX. Moduły są połączone standardowym, -żyłowym kablem telefonicznym. Kable, które kupiłem miały połączenie na krzyż (-, -, -, -) i dlatego przeprojektowałem PCB, aby takim kablem można było połączyć urządzenia. Zasilanie jest przesyłane parą przewodów dołączoną do końcówek -, a transmisja parą przewodów -. Dioda D zabezpiecza układ przed odwrotnym połączeniem zasilania. Rezystor R, kondensator C i dioda D, to układ zerowania kontrolera zalecany przez producenta. Zasilanie jest zrealizowane za pomocą układu LMN pracującego w typowej aplikacji. Schemat ideowy modułu wykonawczego pokazano na rysunku. Oprócz wspomnianych wcześniej przekaźników przełączających źródła sygnałów, zawiera on: Zasilacz sieciowy. Drivery przekaźników wykonane na układach ULN00A. Układ wykrywający zanik napięcia sieciowego. Sterownik zasilania modułu sterującego i przekaźników. REKLAMA niu za pomocą wewnętrznego generatora RC.

6 PROJEKTY Wykaz elementów Moduł sterujący Rezystory: (SMD 0) R, R:, kv R: 00 V R: 0 V R: 0 V R, R:, kv PR: 0 kv (pot. nastawny CAV) Kondensatory: (SMD 0) C, C: pf (opcjonalnie) C C: 00 nf CE: 00 mf/ V (elektrolit., low ESR) CE: 0 mf/, V (elektrolit., low ESR) Półprzewodniki: D, D: LL (Shottky A) D: N (SMD) T: BC- U: LMN (DIP-) U: ATmega-PI (DIP-) U: MAX (DIP-) Inne: Kwarc MHz (opcjonalnie) L: 0 mh/0 ma (dławik 00-0,) Wyświetlacz LCD RC0B (Raystar optronics) znaków Złącze RJGK Złącze programujące pin Dip switch mm wysokości (od podstawy) szt. Obudowa ABS-(KM-) Moduł wykonawczy Rezystory: (SMD 0) R R0, R, R: 00 V (THT, / W) R R: 0 V (THT, W) R, R, R: kv R: 00 V R:, kv R0: kv R:, kv R: 0 kv Kondensatory: (SMD 0) C, C: pf (opcjonalnie) C C: 00 nf C0: 0 nf C: mf CE: 000 mf/ V CE: 0 mf/, V (elektrolit.) Półprzewodniki: D D: N (SMD 0) B: MBS LED LED, LED: diode LED mm, czerwona LED: dioda LED mm, zielona T: BC- T: BC-0 T: BC -0 U: ATmega (DIP-) U, U: ULN00A (DIP-) U: MAX (DIP-) Inne: REL REL: przekaźnik P Kwarc MHz (opcjonalnie) J J: PWL0R J: ARK J: RJGK Transformator TEZ,0/D V Bezpieczniki polimerowe: 0 ma/0 V, 0 ma Obudowa Z- Wykrywanie zaniku napięcia sieciowego zrealizowano na diodzie D, kondensatorze C0, rezystorach R0 i R oraz tranzystorze T. Do sygnalizowania zaniku napięcia wykorzystano wejście przerwania INT0 mikrokontrolera. Sterowanie zasilaniem modułu sterującego i przekaźników wymaga omówienia. Blok ten pełni dwie funkcje: Likwiduje stany nieustalone powodujące przypadkowe załączania przekaźników, które są niedopuszczalne w tym zastosowaniu. Wyłącza moduł sterujący i przekaźniki w momencie wykrycia zaniku zasilania sieciowego, co wydłuża czas zasilania mikrokontrolera układu wykonawczego po odłączeniu zasilania i umożliwia zapisanie danych w pamięci EEPROM. Moduł ten składa się z rezystorów R i R, kondensatora C, tranzystorów T i T. Do jego sterowania służą dwa wyprowadzenia mikrokontrolera: PD steruje włączaniem zasilania, a PD rozładowuje C w momencie wyłączenia zasilania. Umożliwia to poprawne działania układu w przypadku wyłączenia i natychmiastowego jego załączenia. Na rysunku pokazano oscylogram zdjęty w czasie włączania zasilania. Pokazuje on przebieg napięcia zasilania na kondensatorze CE (żółty przebieg) oraz napięcie na przekaźnikach (zielony przebieg). Kondensator nie był całkowicie rozładowany (występowało na nim napięcie ok. + V). Górna linia (żółta) pokazuje napięcie + V, przy którym działa prawidłowo stabilizator modułu wykonawczego. Przekaźniki zasilane są po ok. ms od załączanie zasilania, gdy kondensator CE jest naładowany. Na rysunku pokazano oscylogram zdjęty podczas wyłączania układu. Pokazuje on napięcie zasilania na kondensatorze CE (żółty przebieg) oraz napięcie na wejściu INT0 mikrokontrolera (zielony przebieg). Zagięcie charakterystyki żółtej (przecięcie z lewą linią niebieską) to moment zadziałania przerwania i odłączenia napięcia zasilającego moduł wykonawczy i przekaźniki. Do spadku napięcia do + V Rysunek. Załączenie napięcia zasilającego Rysunek. Wyłączenie napięcia zasilającego (prawidłowe zasilanie stabilizatora) upływa ok. 0 ms, co w zupełności wystarcza do zapisu pamięci EEPROM (zapisujemy tylko jeden bajt). Montaż Schemat montażowy modułu sterującego pokazano na rysunku, natomiast wykonawczego na rysunku. Przełącznik jest zbudowany z elementów mieszanych, jednak elementy SMD są w dużych obudowach 0, które nie powinny sprawić trudności w montażu. We fusebitach zmieniono jedynie taktowanie mikrokontrolera z MHz na MHz. Ustawienie najważniejszych fusebitów mikrokontrolerów: Ustawienia fusebitów 0 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA /0

7 Przełącznik kolumn głośnikowych Rysunek. Schemat montażowy modułu sterującego Oprogramowanie Oprogramowanie napisano w Bascom AVR. Oprogramowanie modułu sterującego zajmuje % pamięci Flash, a modułu wykonawczego %. Jednym z najistotniejszych algorytmów jest sposób przełączania wież. Czynności wykonywane przez program można przedstawić w punktach:. Dołącz rezystor do zestawu.. Opóźnienie. Odłącz pokój od zestawu.. Dołącz rezystor do zestawu,. Opóźnienie.. Odłącz pokój od zestawu.. Opóźnienie.. Dołącz pokój do zestawu.. Opóźnienie. 0. Odłącz rezystor od zestawu.. Dołącz pokój do zestawu.. Opóźnienie.. Odłącz rezystor od zestawu. Zaprezentowano w nich najbardziej złożony przypadek, gdy przełączane są równocześnie dwie wieże. Ze względu na to, że moc transformatora VA jest na granicy mocy przy równocześnie załączonych przekaźnikach i pod- ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA /0

8 PROJEKTY świetlaniu wyświetlacza przyjęto, że nie mogą być równocześnie załączone obydwa przekaźniki załączające rezystory obciążenia. Zastosowano opóźnienia 0 ms pomiędzy cyklami przełączania, co z dużym zapasem zapewnia załączenie i zwolnienie przekaźników, jak i czas na zlikwidowanie drgań zestyków przekaźników. Modułem nadrzędnym jest moduł sterujący. Wysyła on rozkaz przełączenia zestawów muzycznych lub zapytanie o stan połaczeń. Rozkazy i odpowiedzi są jednobajtowe. Rozkaz przełączenia wież składa się z dwóch półbajtów i podaje, do których pokojów mają być dołączone wieże: Zawartość bajtu informacji:. wartość od do oznacza przyłączenie zestawu do pokoju. wartość od do oznacza przyłączenie zestawu do pokoju. Rozkaz przełączenia wież może mieć wartość od &H do &H. Zapytanie o stan podłączenia pokoi do wież ma wartość &HAA. Moduł wykonawczy odpowiada stanem przyłączenia wież lub w przypadku błędu odpowiada bajtem &HA. Krzysztof Ciesiółka krzysztof.ciesiolka@kimball.com Rysunek. Schemat montażowy modułu wykonawczego ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA /0