SERIE 10F2XX

RADIOCOMANDO

PER COMANDO ILLUMINAZIONE E ALTRO...

Sovente capita di cambiare la disposizione dei mobili di una stanza e trovarsi in difficoltà con la disposizione delle luci e relativi punti di accensione. Il presente circuito può risolvere alcuni di questi problemi.

Presentazione

Come succede in tutte le famiglie del mondo, arriva il momento che la gentile consorte decide di rinnovare il mobilio di casa. Ciò che crea scompiglio in famiglia oltre alla necessità di reperire i soldi per l’acquisto di nuovi arredi è la disposizione degli stessi che, con la scusa di “cambiare aria”, non coincidono con i vecchi. A questo punto sorgono i problemi, nel senso che il vecchio impianto elettrico non è più disposto in modo da gestire in maniera efficiente e pratica l’accensione delle luci e la soluzione che per prima viene in mente, riguarda il rifacimento o la modifica dello stesso con tutto il caos che comporta. Immaginando nuove tracce nei muri, calcinacci e polvere, diversi week-end sprecati con martello e cazzuola, siamo subito corso ai ripari studiando soluzioni alternative. Sono queste le premesse che ci hanno spinto a realizzare il radiocomando che vi presentiamo in queste pagine. 

Considerando lo scopo finale del dispositivo, non abbiamo cercato di sviluppare un sistema ultrasicuro ma ci siamo ispirati più alla semplicità e alle dimensioni che devono risultare le più ridotte possibili nonché all’economicità dell’intero sistema. Come risultato finale, abbiamo a disposizione un trasmettitore tanto piccolo da essere inserito all’interno di un “tappo” della serie IDEA della ditta VIMAR. Unico problema è la necessità di disporre nelle vicinanze di una fonte di alimentazione a 230 V, come una presa di corrente. Nulla vieta di alimentare il circuito modificato, vedremo più avanti come, con un adeguato pacco di batterie da nascondere all’interno della scatola dove sarà presente il pulsante di accensione.

Non pensate di trovarvi tra le mani un circuito semplice ma poco affidabile, durante le nostre avventure sopra citate, ne abbiamo piazzati due e funzionano egregiamente da più di due anni.

Vediamo lo schema elettrico del trasmettitore.

Allo scopo di contenere i costi e nello stesso tempo ottenere un circuito finale tanto piccolo da trovare posto all'interno di un tappo della serie “IDEA”, abbiamo preferito fare uso di un microcontrollore della Microchip in formato SMD e la scelta è caduta su un micro della famiglia PIC10, precisamente il PIC10F220, serie dotata di scarse caratteristiche tecniche, ma sufficienti a soddisfare le aspettative finali. Esternamente si presente in un contenitore SOT-23 ed è dotato di soli sei piedini, due sono destinati all'alimentazione, il pin 6 può essere usato solo con ingresso, i restanti tre piedini indifferentemente come ingresso o uscita. Internamente contiene un oscillatore a 4 o 8 MHz. Un timer a 8 bit completo di prescaler e un ADC sempre a 8 bit completano le risorse a disposizione dell’utilizzatore. La memoria programma, di tipo FLASH, è ridotta a 256 Byte mentre l'area di memoria RAM è limitata a 16 Byte. Sicuramente qualche Byte di EEPROM per memorizzare in maniera definitiva qualche dato sarebbe stato vantaggioso, nel nostro caso avremmo potuto memorizzare l'indirizzo del trasmettitore, siamo comunque riusciti a canalizzare il sistema utilizzando dei ponticelli. Il costo al dettaglio di un micro della famiglia PIC10 si aggira intorno ai 50 centesimi IVA compresa.

La pressione del pulsante dell'impianto di illuminazione, vedi “pulsante VIMAR” di figura 1, invia 230V ai capi di X1. La semionda negativa viene bloccata da D1 che permette il passaggio solo di quella positiva, il condensatore C1 limita la tensione ad un valore accettabile dal circuito ed è stabilizzata dallo zener DZ1 al valore di 4,7V. La resistenza R1 limita la corrente iniziale che può assumere valori importanti a seconda della posizione della sinusoide al momento iniziale di alimentazione del circuito considerando il condensatore completamente scarico. La R2 scarica il condensatore C1 quando il circuito non è alimentato, evitando shock elettrici da contatto visto che C1 assumere un potenziale prossimo a quello della rete elettrica. Il C2 da 100 µF filtra in maniera adeguata la tensione di 4,7V.

A questo punto il PIC, correttamente alimentato, va a leggere lo stato dei piedini 1, 3 e 6, parametrizzati come ingressi, i quali indicano l'indirizzo del trasmettitore e costruisce una stringa per inviarla al modulo trasmettitore M1 tramite il pin 4, parametrizzato come uscita. In particolare il piedini collegati a J1, con la tecnica del peso binario, vanno a formare l'indirizzo del trasmettitore e solo il ricevitore che avrà la stesso indirizzo cambierà lo stato della propria uscita. In questo modo riusciamo a fare coesistere fino ad otto trasmettitori diversi all'interno della stessa casa, anche se, come vedremo dallo schema elettrico del ricevitore, potremmo gestire non più di cinque indirizzi diversi. L'associazione jumper/indirizzo, risulta evidente dallo schema elettrico.

Lo schema elettrico del ricevitore risulta leggermente più complesso perché sono maggiori le funzioni da gestire.

Contrariamente al trasmettitore, che viene alimentato per il tempo necessario all'invio di una stringa, il ricevitore deve essere sempre pronto alla ricezione di un comando da parte del trasmettitore. Conviene investire in maniera appropriata allo stadio di alimentazione per aumentarne l'affidabilità complessiva. Allo scopo si è utilizzato un classico trasformatore che riduce la tensione, una volta raddrizzata da D1 e filtrata da C1, idonea ad alimentare il relè KA1. L'integrato regolatore U2 con il contributo di C2 riduce ulteriormente la tensione ai classici 5V.

Lo schema elettrico del ricevitore è visibile in figura 2. Il micro utilizzato dal ricevitore è lo stesso del trasmettitore. Al fine di renderlo il più possibile universale, è stato aggiunto il jumper J2 per mezzo del quale possiamo decidere se l'uscita attua un comportamento bistabile o temporizzato. Nel primo caso il relè KA1 viene eccitato alla pressione del pulsante del trasmettitore e resta in tale stato fin tanto che non arriva un secondo comando da parte del trasmettitore. Nell'uscita di tipo temporizzato, al comando il KA1 chiude il proprio contatto per circa due secondi, dopo di che ritorna allo stato di riposo. Nel normale utilizzo di comando luci, tale jumper andrà lasciato aperto per ottenere il funzionamento di tipo bistabile dell'uscita. Come avrete notato non è stata usata alcuna resistenza di pull-up in quanto viene sfruttata quella interna al micro, semplificando ulteriormente il circuito.

La gestione del relè è affidata al GP2 tramite il transistor Q1 che agisce da amplificatore di corrente.

Il modulo ricevitore M1 è di tipo superreattivo il quale garantisce una discreta sensibilità ad un costo decisamente abbordabile, ideale per applicazioni economiche di questo tipo. L'uscita del modulo è collegata al GP3 del micro, che può funzionare esclusivamente come ingresso.

La gestione dell'indirizzo con un unico piedino a disposizione può sembrare ostica. La soluzione adottata è presente anche in qualche datasheet di Microchip, un partitore resistito associato al ADC del PIC. Dallo schema elettrico del ricevitore notiamo la presenza di R1, R2 e R3 collegate a J1. La combinazione dei jumper di J1 viene tradotta dal micro in una tensione e dal programma in un indirizzo. Nello schema elettrico sono presenti le varie combinazioni per ottenere l'indirizzo che va da 1 a 5.

Ogni ricevitore viene controllato esclusivamente dal trasmettitore che possiede lo stesso indirizzo. Ovviamente più trasmettitore possono avere lo stesso indirizzo, controllando di fatto lo stesso ricevitore.

Firmware

Durante la descrizione dello schema elettrico, abbiamo fatto notare quanto siano limitate le risorse del micro utilizzato. In particolare la scarsa memoria a disposizione, ci obbliga a scartare linguaggi ad alto livello indirizzandoci alla programmazione tramite l'assembler.

Il firmware del trasmettitore (Tx_IDEA.asm) è piuttosto semplice. Una volta alimentato, il PIC esegue la giusta parametrizzazione dei vari registri (start), quindi legge lo stato degli ingressi collegati a J1 per determinare l'indirizzo del trasmettitore (_main) e invia la stringa completa al modulo M1 per la trasmissione nell’etere (_Tx).

Finche il trasmettitore è alimentato, il PIC invia continuamente la stringa intervallata da una pausa per consentire al condensatore C2 di caricarsi.

Il protocollo di trasmissione adottato è molto semplice ed è composto da:

1 bit di start

1 Byte con codice fisso (0x35)

1 Byte contenente l'indirizzo del trasmettitore e lo stesso complementato.

Da notare che l'accoppiata PIC trasmettitore e PIC ricevitore non fanno uso di alcun tipo di oscillatore quarzato. Per ovviare al problema ogni bit è stato diviso in tre parti. In questo modo il micro del ricevitore riesce a sincronizzarsi su ogni singolo bit, ricostruendo in maniera ottimale la stringa inviata dal trasmettitore nonostante possono esserci differenze sulla frequenza di clock tra i due micro.

Ovviamente il ricevitore viene gestito da un programma (Rx_IDEA.asm) leggermente più complesso. Dopo la giusta parametrizzazione dei registri (start), il programma impone al PIC di testare continuamente il GP3 e verificare se è presente una richiesta da parte del trasmettitore (main). Se ciò è verificato, il micro salta alla routine “_Rx”, quindi controlla l'integrità del pacchetto confrontando il proprio indirizzo che deve essere uguale a quello trasmesso (_main_ctr, _ADC). Nel caso il tutto coincida viene attivata l'uscita nel modo stabilito dal jumper J2. Un efficace sistema antiripetizione impedisce al relè di cambiare stato ad ogni stringa inviata. Ciò è necessario per evitare funzionamenti indesiderati nel caso si insista in prolungare pressioni sul pulsante del trasmettitore.

Montaggio

Nonostante il trasmettitore presenti un numero esiguo di componenti particolare attenzione va posta nel montaggio del PIC. A tal fine consigliamo caldamente di costruire fedelmente il circuito stampato proposto in figura 3. Da notare che il PIC presenta un contenitore di tipo SMD pertanto va montato dal lato rame. Anche la disposizione del componente è decisamente importante, un piccolo bollino identifica il piedino 1. Le dimissioni estremamente ridotte impongono un minimo di attrezzatura durante la fase di saldatura, in particolare il saldatore deve avere la punta molto fine ed è necessario disporre di una lente da tavolo o del tipo da indossare sul capo che permetta di avere le mani libere.

Una volta in possesso del circuito stampato inciso e forato, la prima operazione da compiere è proprio la saldatura del micro. Prima di procedere è consigliabile prestagnare con un leggero strato di stagno le sei piazzole su cui andrà saldato il PIC. Piazzate il componente con il pin 1 collegato alla piazzola 2 di J1 e procedete alla saldatura di un unico pin. Verificate se la posizione è corretta e tutti i piedini combaciano con le relative piazzole di rame. Procedete con la saldatura dei restanti piedini e nel caso abbondiate con lo stagno o creiate dei corto circuiti, risolvette il tutto con della treccia di rame dissaldante. Quanto descritto per il trasmettitore vale anche per il ricevitore, prendetemi tutto il tempo necessario durante la saldatura perché si tratta di un'operazione delicata che determinerà in maniera predominante il successo del progetto.

Una volta terminata la saldatura del PIC, completate il montaggio, illustrato dalla figura 4, con i restanti componenti. Se non avete a disposizione una presa a 230V e quindi optate per l'alimentazione a batterie (figura 5), dovette montare solamente la morsettiera X1, i jumper J1 e il modulo M1 che va montato con il lato componenti rivolto all'interno del CS. Un piccolo ponticello e il condensatore C2 da 0,1µF, il cui valore non è determinante, completerà l'intero circuito. Sono sufficienti tre batterie formato mini stilo collegate in serie per alimentare, per diversi anni, il trasmettitore. Infatti l'esiguo consumo, in aggiunta al fatto che lo stesso viene alimentato esclusivamente nel momento che invia il comando, assicurano una durata lunghissima al pacco batterie, soprattutto se di tipo alcaline, le quali presentano, tra le varie caratteristiche, un'autoscarica molto bassa.

Analogamente anche per il ricevitore è stato approntato un circuito stampato estremamente compatto (figura 6). Tutti i componenti trovano posto in una scheda che misura appena 50 x 43 mm. Anche in questo caso la prima operazione da compiere, una volta in possesso del CS inciso e forato, è quella di saldare il micro dal lato rame. Il pin 1 del PIC è collegato alla piazzola 2 di J2.

Continuate con il montaggio dei componenti radenti alla superficie, quindi tutti gli altri lasciando per ultimo il trasformatore T1 e non montate assolutamente il modulo ricevitore M1, altrimenti non riuscirete a programmare il PIC. La figura 7 illustra la corretta disposizione dei componenti.

Nota importante per il trasformatore T1, il modello utilizzato presenta una potenza di 1,5 VA con l'uscita di 19 V, idoneo a pilotare un relè da 24 V. Se nel cassetto avete un trasformatore di analoga potenza ma da 9/10 V e un relè da 12 V, non esitate a montarli al posto di quelli proposti, il tutto funzionerà comunque.

Collaudo

Prima di collaudare le due schede, è necessario caricare il Firmware all'interno di ogni PIC. Essendo questi ultimi in formato SMD, non è possibile montarli su uno zoccolo e procedere al caricamento del programma per mezzo di un programmatore da banco, ma è necessario effettuare dei collegamenti direttamente al circuito stampato e, per mezzo di questi, collegare il programmatore. In particolare nella schedina del trasmettitore vanno collegati i terminali provenienti dal programmatore con questo ordine:

CLK     al pin 1 di J1

DATA  al pin 2 di J1

Vpp     al pin 3 di J1

GND    indifferentemente ai pins 4, 5 o 6 di J1

Vcc     (5V) al punto in comune tra C1, C2, R1 e DZ1.

Se è il micro è stato montato in maniera corretta il programmatore deve riconoscerlo immediatamente, quindi procedete al caricamento del file (Tx_IDEA.HEX) che potete scaricare dal sito della rivista.

Analogamente, il PIC del ricevitore va programmato con lo stesso criterio, i collegamenti da effettuare sono:

CLK     indifferentemente ai pins 5, 6, 7 o 8 di J1

DATA  al pin 2 di J2

Vpp     al pin 14 di M1

GND    al pin 4 di J1 o pin 1 di J2

Vcc    (5V) al pin 1 di J1.

Anche in questo caso il programmatore deve riconoscere immediatamente il PIC eventualmente dopo avere selezionato la famiglia PIC10F2xxx se questo non lo fa in maniera automatica.

Il file da caricare in questo caso è “Rx_IDEA.HEX”. Se il programmatore segnala il corretto caricamento del Firmware e se lo stesso riesce a leggere in maniera corretta il PIC saldato sulla scheda del ricevitore, potete procedere al montaggio del modulo ricevitore M1. Da notare che il modulo va montato con il lato componenti rivolto verso J1 e J2.

Grazie all'utilizzo dei moduli non è necessario nessun tipo di taratura, possiamo quindi procedere immediatamente al collaudo finale.

Il ricevitore va collegato ad una presa di corrente per mezzo di un cordone di alimentazione da connettere ai morsetti di X1, mentre il trasmettitore va collegato come da schema a seconda della versione che avete montato. Se disponete della versione completa funzionante a 230V, è importante che l'indirizzo del trasmettitore vende impostato prima di alimentarlo, per ovi motivi di sicurezza. Impostate lo stesso indirizzo del ricevitore e provate a premere il pulsante del trasmettitore. Il relè del ricevitore deve reagire ad ogni pressione del pulsante.

Provate a cambiare l'indirizzo del ricevitore e agite ancora sul pulsante del trasmettitore. In questo caso il ricevitore deve ignorare il comando del trasmettitore e il relè non deve reagire in alcun modo.

A questo punto potete alloggiare le due schede in appositi contenitori o semplicemente all'interno di una scatola di derivazione.

Nel caso ci siano problemi di portata, è possibile ottimizzare l'accoppiata trasmettitore-ricevitore dotando ciascuno di uno spezzone di filo rigorosamente isolato, da saldare nelle apposite piazzole con la funzione di antenna. Alla frequenza di 433 MHz ogni spezzone di filo deve essere lungo 17 cm.

Conclusioni

Il progetto è nato per soddisfare uno scopo ben preciso, nulla vieta però un utilizzo diverso. Il fatto stesso che sia possibile controllare l'uscita da bistabile a temporizzata, il costo estremamente basso e le dimensioni contenute lo rendono ideale per le più svariate applicazioni.

Puoi scaricare il pacchetto completo dal sito di Fare Elettronica

Il pacchetto non è più raggiungibile dal sito della rivista: scaricalo QUI.

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