Вы едете к себе на дачу и хотите чтоб по приезду вас ждала теплая и уютная обстановка ? Конечно можно поставить автомат, который в указанное время выполнит необходимые приготовления, а если вы ездите на дачу не с определненной периодичностью, которую можно запрограммировать ? Для решения подобной задачи Вам поможет предлагаемое устройство !

Дистанционное управление предназначено для удаленного управления включением/отключением нагрузки питаемой от сети 220 вольт или от аккумулятора постоянного тока.  

Технические характеристики устройства управления:

Число коммутируемых каналов – 5.
Питание -  от сети 220 вольт.
Потребляемая от сети переменного тока мощность – 5 Вт.
Мощность нагрузки каждого канала - 500Вт (зависит от типа примененных реле).
Напряжение питания нагрузки (максимальное) - 220 вольт постоянного/переменного тока.
Защита от короткого замыкания в нагрузке (зависит от общего потребления нагрузками) - 5А.
Управляющие команды - стандартный DTMF тон.
Используемый канал связи - любая телефонная коммутируемая линия.
Защита от несанкционированного доступа – пароль из любых 4 цифр.
Защита - гальваническая развязка телефонной линии от устройства управления и питающей сети.

Устройство представляет собой блок управления выполненный на однокристальном микроконтроллере фирмы «Microchip» PIC16F628A-I/P (Рис.1), соединенный с телефонной линией посредством стандартного телефонного шнурка со штекером RJ-12 и с пятью розетками для подключения управляемых нагрузок.

Работа устройства.

При поступлении звонка с телефонной линии, вызывное напряжение переменного тока  поступает на светодиод оптрона ОР1 через конденсатор C9 и токоограничительный резистор R10, (диод VD6 служит для разрядки С9 во время отрицательного полупериода) и вызывает свечение светодиода оптопары, что в свою очередь приводит к уменьшению сопротивления перехода К-Э транзистора, который включен к входу RB7 микроконтроллера DD2. RC-цепочка R11, C10 необходима для исключения ложных срабатываний устройства при наборе номера с параллельно подключенного телефона при обычном использовании телефона, если в нем используется импульсный набор номера. Таким образом, микроконтроллер DD2 отслеживает количество вызывных сигналов и после пропуска двух звонков «снимает» трубку, т.е. занимает телефонную линию -  появляется напряжение логического уровня «1» на выходе порта RB6, транзистор оптопары ОР3 открывается и замыкает на «минус» базу транзистора Т6, который в свою очередь открывается и через стабилитрон VD7, резистор R1 замыкает телефонный шлейф. Далее контроллер выдает в телефонную линию звук «приглашения ввода пароля» в виде трех-тональной (по нарастающей) звуковой посылки с выхода RB5 микроконтроллера DD2, которая через оптопару ОР2 переходом транзистора вызывает шунтирование стабилитрона VD7, а соответственно и линии, резистором R14 в такт звуковым сигналам. Конденсатор С11 служит для сглаживания прямоугольных импульсов с микроконтроллера, таким образом делает их более приятными на слух. Далее, для обеспечения безопасности, чтоб чужой не мог управлять вашими нагрузками необходимо ввести пароль, состоящий из любых 4 цифр, которые программируются при прошивке микроконтроллера в области  энергонезависимой памяти. Пароль и команды управления вводятся на другом конце телефонной линии с помощью ДТМФ–тона (почти что на всех современных телефонах, если они работают в импульсном режиме набора включение ДТМФ-тона осуществляется предварительным нажатием звездочки на клавиатуре телефона). Здесь следует отметить, что тональный (частотный) набор - ДТМФ - применяется в телефонах, радиостанциях и других устройствах связи. Двухтональный ДТМФ сигнал хорошо определяется при наличии помех в канале передачи, поэтому надежность подобных систем дистанционного управления весьма высока, а если устройство оснастить «обратной связью», что реализовано в данной конструкции, то получается в некотором роде «интерактивное» дистанционное управление. Исходя из вышесказанного в конструкции был выбран способ передачи управляющих команд в виде ДТМФ-тона, для чего применена микросхема DD1.
          Микросхема DD1 КР1008ВЖ18  представляет собой приёмник - декодер двухтонального (ДТМФ) сигнала (код 2 из 8). Микросхема изготавливается в пластмассовом корпусе типа 2104.18-А (DIP-18) по КМОП технологии и содержит полосовые фильтры на переключаемых конденсаторах. Микросхема контролирует длительности поступающих двухтональных посылок и пауз между ними. Выходная информация выводится в виде 4-разрядного двоичного кода. Тактирование микросхемы осуществляется кварцевым генератором.

 Основные характеристики ДТМФ декодера КР1008ВЖ18:
• Детектирование всех 16 стандартных DTMF сигналов. 
• Низкая потребляемая мощность: 15 мВт. 
• Один источник питания: 5 В±5%. 
• Используется стандартный телевизионный кварцевый резонатор с частотой 3,579545 МГц. 
• Выходы с тремя состояниями. 
• Режим понижения потребляемой мощности в неактивном состоянии. 
• Низкая вероятность ошибки декодирования: 1/10000.
• Импортные аналоги - MV8870DP, MV8870-1DP, МТ8870, BT8870, НМ9270, IL9270, КТ3170

При вводе цифр пароля, а также управляющих команд сигнал тона с телефонной линии через разделительный трансформатор ТР1, конденсатор С5 и резистор R2 поступает на вход микросхемы DD1 на инвертирующий вход «IN-» внутреннего операционного усилителя микросхемы. Коэффициент усиления внутреннего операционного усилителя (О.У.) Ку = R3/R2 (для данной схемы Ку равен 1). Для смещения входа О.У. подаётся напряжение 2,5B c выхода «VT» на неинвертирующий вход «IN+». Входное сопротивление схемы приблизительно равно сопротивлению резистора R2. Кварцевый резонатор ZQ1 установлен совместно с конденсаторами С6, С7 для устойчивой работы тактового генератора микросхемы DD1 и одновременного тактирования микроконтроллера DD2, таким образом упрощая и удешевляя конструкцию в целом. Продолжительность выходного сигнала логической "1" на выходе DSO (вывод 15) соответствует продолжительности тонального сигнала, поступившего на вход декодера. На этом выходе уровень логической "1" присутствует с момента опознавания сигнала ДТМФ-тона и поступления декодированного двоичного кода на выходы данных «Q1» - «Q4». Выход «DSO» возвращается в состояние "низкого" уровня после опознавания и обработки межцифровой паузы (когда нет ДТМФ-тона). Резистор R4 и конденсатор С8, подключенные к выводам «ESO» и «SI/GTO», задают минимальную длительность обработки тонального сигнала или паузы после того, как сигнал или межцифровая пауза были опознаны:

- длительность обработки тонального сигнала tGTP = 0,875хR4хС8 (26 мс);
- длительность обработки межцифровой паузы tGTA = 0,956хR4хС8 (29 мс).

Как видно из приведенного рассчета, временной интервал, необходимый для уверенного декодирования команды довольно мал и в виду возможных перерывов сигнала в телефонной линии (из-за низкого качества последней) микроконтроллер осуществляет программную фильтрацию сигнала готовности для исключения эффекта дребезга (многократной выдачи команды).  Временные интервалы сигналов микросхемы декодера, ее электрические характеристики и прочие данные приведены в [1, 2].  

Итак, при вводе цифр пароля на входах RA0 – RA4 микроконтроллера DD2  появляется код нажатой цифры и сигнал готовности. Микроконтроллер считывает этот код (так как пароль должен быть уникальным, для удобства пользователя, в подтверждение нажатой клавиши пароля микроконтроллер посылает в линию короткий сигнал «биип»), после ввода всех четырех цифр сравнивает с записанным предварительно в его памяти паролем и если он совпадает, т.е. «принят» выдает два звуковых сигнала высокого тона, если пароль неверен – два  сигнала низкого тона и трубка «ложится», освобождая телефонную линию. В программе микроконтроллера осуществляется контроль времени ввода пароля. Если в течение определенного времени не будет «признаков жизни» т.е. не будут нажиматься кнопки ДТМФ-тона (например при случайном обрыве связи, по вине АТС) то устройство автоматически разрывает связь, таким образом исключается бесконечное «зависание», делая возможность повторной попытки дозвона.

Далее, будем считать что пароль введен верно, для управления нагрузкой необходимо ввести простую до предела управляющую команду в формате «ХХ», где -
первый «Х» – номер канала управления, второй «Х» – желаемое действие (1- включить, 0 - отключить)

Например:

«1» «1» - будет включен 1 канал (подтверждается двойным тональным звуком в телефонную линию); 

«1» «0» - будет выключен 1 канал (подтверждается одиночным длинным тональным звуком в телефонную линию);

«5» «1» - будет включен 5 канал (подтверждается двойным тональным звуком в телефонную линию);

«5» «0» - будет выключен 5 канал (подтверждается одиночным длинным тональным звуком в телефонную линию).

Если до включения канала он уже был включен – никакого действия реально не происходит, за исключением подтверждающих тональных посылок, аналогично, если канал был выключен.

При вводе команды, если:

- она распознана контроллером и принята к исполнению то выдается четыре тональных посылки высокого тона,

- если команда не распознана в телефонную линию выдается высокий + низкий тон (по типу напева: "не так, не так") и никаких управляющих воздействий не происходит, необходимо повторить команду,

- если в течении длительного времени нет команд, устройство автоматически ложит «трубку», освобождая линию и приводится в исходное состояние.

Для того чтоб вручную положить «трубку», в конце работы необходимо нажать на телефоне клавишу «#». Устройство освобождает телефонную линию, приводится в исходное состояние  (но включенные ранее нагрузки не отключает) и ожидает следующего сеанса управления, который начнется аналогично вышеописанному (т.е. с дозвона и ввода пароля). Следует отметить также, что для надежной работы устройства, из-за низкого качества еще эксплуатируемых в стране АТС, нажимать клавиши тона необходимо в течение примерно одной секунды с такой же паузой между цифрами. На более современных АТС или качественных линиях данное ограничение не обязательно!

Порты RB0-RB4 микроконтроллера управляют транзисторными ключами Т1-Т5 и далее реле Р1-Р5, которые осуществляют управление конечной нагрузкой. В зависимости от мощности коммутируемой нагрузки выбирают тип реле. В авторском варианте применены импортные реле с напряжением питания обмотки 12 вольт, рассчитанные на ток 10 А и напряжение 250В. Параллельно обмотки реле необходимо установить диоды VD1-VD5.

В зависимости от конечного назначения устройства схема соединения контактов реле может быть иная, нежели показано на схеме. Их соединяют или группируют в зависимости от питающего нагрузку источника.

Питается устройство управления от сети переменного тока 220 Вольт через понижающий трансформатор ТР2 вторичная обмотка которого рассчитана на напряжение 12 вольт, ток 0,5А.

Налаживание устройства.

Правильно собранное из исправных деталей устройство начинает работать сразу и не нуждается в налаживании. Единственное, что из-за разнообразия АТС на просторах нашей страны, которые могут не выдавать в линию стандартизированных значений напряжений, может понадобиться корректировка номиналов некоторых деталей. Например, если устройство не снимает «трубку» после второго вызывного сигнала или вообще не реагирует на них, необходимо уменьшить номинал резистора R10 в пределах нескольких килоом, либо немного увеличить номинал конденсатора С9 (с шагом 0,1мкф) до уверенной работы узла на оптроне ОР1. Если звук ответных сигналов в линию будет слышен слабо – требуется уменьшить номинал резистора R14 до нескольких десятков ом.

Конструктивное исполнение устройства и примененные детали.

           Печатная плата блока управления изготовлена из фольгированного стеклотекстолита толщиной 2мм. Габаритные размеры платы - 61х97мм (Рис.2, в зеркальном виде), чертеж печатной платы со схемой расположения деталей (Рис.3). Блок управления, блок питания и коммутирующие реле размещают в пластиковом корпусе подходящих размеров. Лучше всего для этих целей подходят корпуса из серии «Z», которые имеются в радиомагазинах в большом ассортименте размеров и конфигураций. На передней панели располагают гнездо «Х2» для телефонной линии, блок розеток для подключения нагрузок соединяют с основным блоком гибким многожильным проводом сечения 0,75…1мм2 (в зависимости от мощности нагрузок). Трансформатор ТР1 – от любого вышедшего из строя компьютерного модема, конечно же если он остался цел. Вместо диодных мостов DB107 можно применить любые другие соответственно действующему на них напряжению. Максимальное напряжение в телефонной линии – 200 Вольт. Оптроны ОР1-ОР3 – указанного типа, но любого производителя. Транзисторы Т1-Т5 – любые n-p-n транзисторы с напряжением К-Э не менее 15 вольт. Конденсатор С9 должен быть рассчитан на рабочее напряжение не менее 200-250 вольт. Остальные – любого типа. У кого музыкальный слух - может подобрать емкость С11,  до получения приятного звучания тональных сигналов. Резисторы все типа МЛТ 0,125-0,250 Вт. Микросхема стабилизатора напряжения 5 вольт отечественная КРЕН5А или любая импортная L7805. Ключевой каскад управления можно выполнить на симисторе КУ202Н, также при необходимости механические реле можно заменить на твердотельные реле, широко применяемые в промышленности.

Так как блок питания устройства имеет гальваническое соединение с сетью переменного тока 220В при сборке следует соблюдать правила техники безопасности !

            Схема на Рис. 1  Чертеж печатки со схемой расположения элементов см. Рис.2, а в формате SprintLayout v4.0 здесь. 

Рис.1

Скриншот печатки.

Рис.2

Фото печатной платы

Рис.3

Рис. 4

Рис. 5

Рис. 6

     За прошивкой контроллера, готовыми печатками и готовыми устройствами обращайтесь к автору !

При обращении к автору пожалуйста не забывайте в письме указывать соответствующую этой конструкции тему, а лучше гиперссылку на нее (просто скопируйте адрес с вашего браузера).  Для гарантированного получения ответа - указывайте пожалуйста действующие и исправные почтовые ящики Е-маила. Если вы не получили ответа в ближайшее время - значит у вас не работает почта, либо повторите ваш запрос !

Публикация в периодических изданиях только с письменного разрешения автора !

Дата публикации:  03.07.2005
Обновлено:  08.07.2006

Якименко Сергей. 
E-mail:  или