Menu

Email: SakulRaider@seznam.cz

Servery:

Dnes návštěv: 291  On-line: 4

Elektronika

uProcesorové konstrukce

 - Elektronické řízení brány (PE4/2011)

Vyšlo v Praktické Elektronice 4 2011

Elektronické řízení brány

Toto zařízení jsem vytvořil na žádost kolegy z práce. Sám si vyrobil elektricky otevíraná vrata, ale potřeboval elektroniku, která je bude řídit. Díky tomu, že zrovna začínám s mikropočítači to pro mne byla zajímavá výzva a tak se i s Vámi chci podělit o výsledek mého snažení.
Zde je několik podmínek, které bylo třeba dodržet:
1. Brána musí mít Ruční a Automatický režim volitelný přepínačem.
2. V ručním režimu není aktivní Optická závora a ani nejsou aktivní žádné časy, kromě hlídání motoru.
3. Brána musí být schopna sama zjistit svoji polohu a najet do základního postavení v jednotlivých režimech Auto/Ručně.
4. Brána musí rozpoznat chybu na snímačích koncových poloh.
5. Maximální jednoduchost ovládání.
6. Ochrana motoru při zaseknutí brány nebo jiném problému zmemožňujícím pohyb brány.
7. Optická signalizace při pohybu brány (majáček).
8. Možnost libovolného dálkového ovládání.
9. Maximální univerzálnost vstupů pro použití široké škály snímačů (koncáků).
10. V automatickém režimu ovládání jediným stiskem.
 
Napájecí napětí      - 230V/AC
Napájení přijímače DO      - 12V/DC (nestabilizované)
Jištění      - Trubičková pojistka F0,1A
Vstupy      - Opticky oddělené
Výstupy    - Reléové
Řízení      - PIC 16F630 (676)

Popis jednotlivých vstupů a výstupů

Vstupy:
S1   RA0   Snímač zavřené brány      (aktivní v log0)
S2   RA1   Snímač otevřené brány      (aktivní v log0)
S3   RA2   Snímač otáčení motoru   (pohybu vrat)      (aktivní v log0)
OPTZ   RA4   Optická závora      (aktivní v log0)
TLAC   RA5   Ovládací tlačítko   (paralelně i vstup z dálkového ovládání)      (aktivní v log0)
VIP   RA3   Vypínač režimu Ručně – Automat      (Automat aktivní v log0)
 
Výstupy:
RE1   RC0   Relé zavírání brány      (aktivní v log1)
RE2   RC1   Relé otevírání brány      (aktivní v log1)
RE3   RC2   Relé signalizace – Brána v pohybu      (aktivní v log1)
LED   RC3   Led signalizující poruchu   (Bliká – Závažná chyba, Svítí – drobná chyba)      (červená)
LED1   RC4   Led signalizující blikáním, že se točí motor      (žlutá)
LED2   RC5   Led signalizující Ručně / Automat   (zelená)      (Ručně = LED svítí)

Možné chyby v provozu signalizované LED

Svítí – drobná chyba      – Pokud je přerušená optická závora.
Nutná kvitace                   – Pokud je optická závora přerušena déle než minutu.
                                            – Dojde k přerušení závory při zavírání.
Nutná kvitace                   – Při pohybu vrat nepřichází pulzy od S3 i v ručním režimu.
Platí většinou pro automatický režim.
 
Bliká – Závažná chyba    – Jsou sepnuty zároveň S1 a S2.
                                             – Při zapnutí je sepnuto tlačítko. Dále jen TLAC.
Platí pro oba režimy        – Automat i Ručně.

Popis jednotlivých režimů Auto/Ručně

Inicializace a základní stav:
Po zapnutí napájení se kontroluje, zda není sepnuto TLAC. Pokud je TLAC sepnuto je to závažná chyba a čeká se na jeho uvolnění. Také jsou kontrolovány snímače S1 a S2, zda nejsou sepnuty současně. Dále se rozhoduje v jakém je brána režimu (Automat nebo Ručně). Všechny výše popsané kontroly jsou nezávislé na volbě režimu.  
 
Automat:
Kontrola v jaké pozici jsou vrata. Pokud není žádná poloha, vrata se po 30 vteřinách automaticky zavřou. Pokud jsou vrata otevřená, také se po 30 vteřinách automaticky zavřou. Toto platí v případě, že optická závora (dále jen OPTZ) není přerušena. Pokud je přerušená OPTZ, čeká se 1minutu na uvolnění OPTZ. Pokud není do minuty OPTZ uvolněna, je to drobná chyba a vrata zůstávají ve stávající poloze, do doby uvolnění OPTZ. Po následném uvolnění OPTZ je nutno krátkým stiskem potvrdit poruchu (zhasne chybová LED) a pak dojde automaticky po 30 vteřinách k uzavření. Vždy po uvolnění OPTZ se čeká 30 vteřin a pak jsou vrata zavřena. Každé další přerušení během těchto třiceti vteřin, čas opět prodlouží o dalších 30 vteřin.
Pokud jsou vrata v pohybu je to signalizováno RE3 a zároveň se kontroluje S3 a OPTZ + patřičný snímač koncové polohy.
Základní a klidový stav je - vrata jsou zavřená, OPTZ není přerušena, je aktivní snímač S1. Při stisku TLAC se vrata otevřou. Jakmile se vrata otevírají nebo zavírají a dojde k přerušení OPTZ, jsou vrata naplno otevřena a pokud během otevírání nebo již v otevřeném stavu dojde k uvolnění OPTZ, jsou vrata za 30 sekund opět zavřena (předtím jsou však plně otevřena). V případě reverzace při zavírání a současném přerušení OPTZ se nejprve vypne pohon zavírání a s 520ms prodlevou je sepnut opačný směr pohybu. Je to ochrana stykačové kombinace, aby nemohly být sepnuty oba stykače pohonu současně a zároveň je to čas k zabrždění pohybu.
 
Ovládání brány:
Bránu je v tomto režimu (automat) možné pouze otevřít (tlačítkem nebo dálkovým ovladačem) a to až v momentě, kdy je v základní pozici. Při stisku TLAC je nutné dodržet cca 300ms dlouhý povel, aby byl platný. Kratší stisk TLAC nebo DO (dálkový ovladač) je brán jako náhodný a nechtěný a nemá na bránu vliv (tato funkce závisí na použitém dálkovém ovládání – některá dálková ovládání nemusí být schopná odeslat kratší impulz jak 300ms).
 
Možné chyby:
Nepřicházejí impulzy od S3 – Pokud se tak stane, vrata se zastaví a rozsvítí se červená LED signalizující drobnou chybu. Zároveň zůstává sepnuto relé RE3. Toto je pro lepší optickou signalizaci, že nastal nějaký problém v pohonu (vrata by měla ještě jet, ale nemůžou). Zároveň LED 1 signalizuje stav snímače snímání otáček motoru S3. V této chvíli je možné stiskem TLAC (stačí krátký stisk – kvitace) potvrdit chybu. V tuto chvíli se brána chová následovně. Pokud byl problém odstraněn a chyba potvrzena zhasne chybová LED a brána se po 30 vteřinách rozjede do základní polohy (zavřená), bez ohledu kam jela v momentě, kdy nastala porucha. V případě, že porucha trvá, je to stejné, ale brána po 30 vteřinové prodlevě zůstane stát a opět vyhlásí chybu.
Jsou sepnuty zároveň S1 a S2 – Tento stav se kontroluje vždy při stisku TLAC nebo před najetím do základní polohy. Pokud tato situace nastane, je to závažná chyba a rozbliká se červená LED. Samozřejmě se nezapne pohon. Pokud dojde k této situaci v momentě, kdy je brána v pohybu, dokončí se pohyb na příslušný koncový snímač a brána nevykazuje žádnou chybu. Až v momentě pokusu o nový pohyb brány je problém detekován a nahlášen. Dokud se neodstraní tato závada, brána je kompletně vyřazena z činnosti. Odstranění závady je detekováno automaticky a nemusí se potvrzovat. V tomto režimu (automat) se vrata pokusí po 30 vteřinách najet do základní polohy.
 
Pzn:
Pokud jsou aktivní S1 a S2 a někdo stiskne a drží TLAC a v tento moment je odstraněna závada na snímačích, vrata se také nerozjedou a je stále signalizována závažná chyba blikáním LED. Teprve po uvolnění Tlačítka je chyba smazána a je možný další provoz.
OPTZ přerušena déle než 1minutu – Pokud je optická závora přerušena déle než jednu minutu, je to drobná chyba. Signalizována je svitem LED a je nutná její kvitace krátkým stiskem tlačítka. Pokud chyba přetrvává i při stisku tlačítka nejde vykvitovat, dokud není problém odstraněn. OPTZ přerušena brána zavřena – Svítí LED. Pokud se jedná jen o krátkodobé přerušení do 1minuty, je chyba automaticky zrušena. Pokud je přerušení OPTZ delší jak 1minutu, je to stejné jako předchozí chyba.
Ztráta základní polohy na S1 – Pokud je brána v základní poloze a dojde z nějakého důvodu ke ztrátě polohy na S1, brána se po 30 vteřinách pokusí opět dosáhnout základní polohy. Pokud se to podaří je tato ztráta polohy následně s 30 vteřinovou prodlevou signalizována krátkým probliknutím LED. Krátkým probliknutím LED je signalizováno i pokud během 30 vteřin brána na S1 opět získá pozici. K této situaci může dojít například při silném větru a špatném seřízení koncových snímačů.
 
Časy:
1. Prodleva na S3 – cca 1vteřina (stejné i v ručním režimu)
2. Prodleva před pohybem brány – cca 30vteřin (pouze automat)
3. Prodleva na OPTZ – cca 1minuta (pouze automat)
4. Prodleva před reverzací – cca 500ms (pouze automat)
 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------  
Ručně:
V tomto režimu vrata ignorují OPTZ a veškeré časovače. Zároveň se nesnaží vrátit do výchozí polohy. Funguje pouze ovládání přes TLAC (Samozřejmě i dálkové ovládání). Jedním stiskem dojde k otevření nebo zavření. Záleží na momentální pozici (pokud jsou například zavřené, tak se otevřou a naopak)
V případě, že jsou v nedefinované poloze, jsou po stisku TLAC otevřena. Je to z bezpečnostních důvodů, protože je v tomto režimu ignorována závora. Reverzace pohybu brány je možná teprve po najetí do nějaké koncové polohy (zavřeno nebo otevřeno).
 
Ovládání brány:
Brána se v tomto režimu (ručně) ovládá pouze Tlačítkem nebo dálkovým ovladačem. Tlačítko se musí podržet cca 300ms, aby byl povel od něho brán jako platný. Kratší stisk se považuje za náhodný a nemá na bránu žádný vliv. Stejný čas je nutné dodržet i na dálkovém ovladači (tato funkce závisí na použitém dálkovém ovládání – některá dálková ovládání nemusí být schopná odeslat kratší impulz jak 300ms). Jedná se o ochranu náhodného nechtěného sepnutí tlačítka.
 
Možné chyby:
Nepřicházejí impulzy od S3 – Pokud se tak stane, vrata se zastaví a rozsvítí se červená LED signalizující drobnou chybu. Zároveň zůstává sepnuto relé RE3. Toto je pro lepší optickou signalizaci, že nastal nějaký problém v pohonu (vrata by měla ještě jet, ale nemůžou). Zároveň LED 1 signalizuje stav snímače snímání otáček motoru S3. V této chvíli je možné opětovným stiskem TLAC chybu potvrdit a pokusit se o další pohyb brány. V tuto chvíli se brána chová následovně. Pokud je v době chyby ještě nebo už v poloze zavřeno nebo v nedefinované poloze pokusí se otevřít (nezáleží na směru, kterým se pohybovala naposledy). Pokud je v poloze otevřeno, pokusí se zavřít. Pokud závada na motoru (respektive snímači otáček motoru) stále trvá je opět nahlášena porucha a pohon se vypne.
Jsou sepnuty zároveň S1 a S2 – Tento stav se kontroluje vždy při stisku TLAC. Pokud tato situace nastane, je to závažná chyba a rozbliká se červená LED. Samozřejmě se nezapne pohon. Pokud dojde k této situaci v momentě, kdy je brána v pohybu, dokončí se pohyb na příslušný koncový snímač a brána nevykazuje žádnou chybu. Až v momentě pokusu o nový pohyb brány je problém detekován a nahlášen. Dokud se neodstraní tato závada, brána je kompletně vyřazena z činnosti. Odstranění závady je detekováno automaticky a nemusí se potvrzovat (vrata se samozřejmě v žádném případě nerozjedou, je nutný nový povel k pohybu).
 
Pzn:
Pokud jsou aktivní S1 a S2 a někdo stiskne a drží TLAC a v tento moment je odstraněna závada na snímačích, vrata se také nerozjedou a je stále signalizována závažná chyba blikáním LED. Teprve po uvolnění TLAC je chyba smazána a je možný další provoz.
 
Časy:
V ručním režimu ovládání brány pracuje s jediným časem a to s prodlevou na S3, kde přicházejí pulzy od motoru. Pokud je motor (brána) v pohybu musí dojít každou cca 1vteřinu ke změně stavu na S3.

Nyní k hardwarovému řešení

Celé zařízení je osazeno na jednostranné desce plošných spojů s jednou drátovou propojkou. Zařízení je napájeno přímo ze sítě 230V a toto napětí je přivedeno na svorky X1. Přes pojistku pak na transformátor 9V/1,9VA. Napájení procesoru PIC16F630 (676) je zajištěno diodovým můstkem a stabilizátorem napět 78L05. LED1 signalizuje zapnutí zařízení. Jednotlivá relátka jsou na 12V a jsou připojena přímo na kladné napětí za usměrňovacím můstkem. ....DOPLNIT

Instalace zařízení

Celé řízení brány obsahuje základní jednotku samotného řízení, ke které se připojují veškeré okolní periferie. Dálkové ovládání je vyřešeno pomocí modulů pro přenos digitálního signálu na frekvenci 868MHz. Přijímač DO se ze základní jednotkou propojuje dvěma kablíky znihž jsou 2 napájecí (připojují se do svorky RX Nap). Přijímač DO je možné napájet napětím 7-24V/DC a napětí nemusí být stabilizované. Dále se přijímač DO propojuje jedním datovým kablíkem na konektor JP2 (střední kolík). Tím je zajištěno bezdrátové ovládání brány. Bližší informace k modulům DO, lze získat z katalogového listu (přiložen k této dokumentaci).
Veškeré koncové snímače polohy S1, S2 a S3 se připojují na patřičné svorky základní jednotky. Lze použít jak mechanické koncové spínače nebo elektronické snímače indukční. S3 snímá otáčky motoru. Vhodné použití tohoto snímače je na snímání ozubeného převodu, kde jsou snímány jednotlivé zuby.
Optická závora se připojuje na svorky OPTZ. Pro vyšší bezpečnost je možné zařadit několik závor (například v různých výškách) sériově. Vhodné jsou laserové závory s modulovaným paprskem (vyšší odolnost vůči rušení).
Protože řízení brány může pracovat ve dvou režimech RUČNĚ a AUTOMAT je možné připojit na svorky VIP nějaký přepínač, kterým se bude patřičný režim volit. Zároveň je však možné nastavit pracovní režim Jumperem JP1. Pokud je osazen, brána bude pracovat v ručním režimu, pokud není osazen, je to automatický režim.
Pokud je potřeba, je možné i pomocí konektorů JP3 a JP4 vyvést signalizační kontrolky (například na kryt zařízení). V tomto případě by se měli použít nízkoodběrové LED (2mA).
Výstupy pro pohon jsou řešeny pomocí relé RE1 a RE2 (maximální zatížení kontaktů je 2A/24V). Pro spínání motoru je vhodné je posílit stykačem (případně stykačovou kombinací doplněnou tepelnou ochranou). RE3 je použito pro spínání majáčku nebo jiné optické signalizace. Maximální zatížení kontaktu RE3 je 1A/24V. Pokud je potřeba vyšší proud nebo napětí je vhodné použít odpovídající relé nebo stykač.
Celé zařízení by mělo být instalováno ve vhodné přístrojové krabičce s ohledem na okolní vlivy v místě použití. Provozní teplota celého řízení je -20 až 45°C.

Plošný spoj + osazovací plán

 

 
 

 

Plošný spoj je vytvořen na jednostranné desce o velikosti 100x75mm. Při osazování součástek by neměl nastat žádný problém. Při pečlivé práci zařízení pracuje na první zapojení a není třeba nic nastavovat. Nezapomeňte osadit drátovou propojku.

Dokumentace

No a na závěr si zde můžete stáhnout veškerou dokumentaci pro stavbu. Je zde i projekt pro Eagle.
DOWNLOAD  - Včetně programu pro procesor
Diskusi pro tuto konstrukci najdete ZDE.
Dne 20.7.2010 přidána úprava pro možnost zavření brány v automatickém režimu tlačítkem. Více info v diskusi nebo v samotné dokumentaci.
 
KONFIGURACE:
- OSCILATOR - INTERNI
- WATCHDOG - OFF
- MCLRE - OFF
- OCHRANA PROGRAMU - DLE UVAZENI

Podpořte tuto konstrukci

Pokud Vás tato konstrukce zaujala nebo Vám dobře slouží, můžete ji podpořit volitelnou částkou. Stačí kliknout na tlačítko DONATE, zadat požadovanou částku, kterou chcete přispět na další rozvoj této a jiných konstrukcí, poté stiskněte Update Total a přihlaste se k odeslání příspěvku. Za jakékoli příspěvky předem děkuji a věřím, že zde najdete mnoho dalších zajímavých konstrukcí, které třeba vzniknou právě díky Vám.

 

 

Prohlášení

Tato konstrukce je z mé hlavy a proto není povoleno bez mého souhlasu přejímání na jiné stránky nebo komerční využití. Je povoleno se pouze odkazovat na tento web a tuto konstrukci. Pro více informací mne stačí kontaktovat. Zároveň nepřebírám jakoukoli odpovědnost za chování zařízení a případné škody spůsobené použitím tohoto zařízení, ať by byly jakéhokoli rázu. Zařízení je určeno pouze k užití pro vlastní potřebu.
V této konstrukci je použit program (program mikrokontroleru), na který se vztahují autorská práva. Na program je udělena zdarma licence na jeho užití pro vlastní potřebu. Jakýkoli prodej není bez souhlasu autora možný.

 

Soubory ke stažení

VIP-Elektronicke_rizeni_brany.zip

Stáhnout

Můj Youtube kanál:

fb-large.png, 5,8kB
Copyright © Resi-Design 2017 www.resi-design.cz.
TOPlist