Нова інтелектуальна розетка для розумного будинку - Статьи :: Международный Электротехнический Журнал Электрик
Рубрика

Виробництво і ресурси

252
Нова інтелектуальна розетка для розумного будинку

Одна з функцій розумного будинку – економія електроенергії та інтелектуальне керування освітленням. Розумний будинок має на увазі автоматизацію, при якій керування побутовими приладами та системами можна здійснювати віддалено за допомогою смартфона або іншого мережевого пристрою з будь-якого місця, де є підключення до мережі. Крім створення комфорту та зручності управління технікою, системи «розумний будинок» служать для забезпечення безпеки житла та дозволяють скоротити споживання електроенергії.

Економія електрики досягається за рахунок можливості віддаленого відключення побутових приладів, що не використовуються, що виключає ситуації, коли прилад забули вимкнути. Крім цього, знизити витрати можна, створюючи розклад роботи побутової техніки, наприклад, включення пральних або посудомийних машин можна запрограмувати на той час, коли немає піків споживання та вартість електроенергії найменша.

Найпростішим способом економії є установка інтелектуального освітлення, що дозволяє регулювати яскравість і включати світло лише у певний час, уникаючи порожніх витрат електроенергії. Для автоматизації будь-яких пристроїв у розумному будинку використовують інтелектуальні розетки. Такі розетки можна підключити до бездротової мережі та керувати всіма пристроями через програму на смартфоні, а також відстежувати параметри споживання.

 

Інтелектуальна розетка STDES-BLUEPLUG2

Інтелектуальна розетка STDES-BLUEPLUG2 призначена для застосування в системах «розумний дім» та IoT. STDES-BLUEPLUG2 є платою лічильника споживання електроенергії з можливістю бездротового підключення за рахунок вбудованого процесорного модуля BLUENRG-M2SP. Цей модуль відповідає специфікації Bluetooth Low Energy (BLE) версії 5.2, що забезпечує безпечну передачу даних про навантаження по радіоканалу та дозволяє використовувати розетку як провідний або ведений пристрій в мережі Bluetooth. На платі також встановлені:

  • вимірювальна мікросхема STPM32 для точного виміру споживання з використанням датчиків струму;
  • симистор для комутації струму та фазового регулювання напруги на навантаженні.

Живлення мікросхем подається з виходу неізольованого знижувального перетворювача на основі VIPER06XS. Такий тип живлення ідеально підходить для застосування, де не потрібен великий струм і важливий малий форм-фактор. Споживання плати STDES-BLUEPLUG2 у мережі змінного струму становить 3...7 мА.

За допомогою безкоштовної програми ST BLE PLUG, доступної в Google Play, плату можна підключити до будь-якого Android-пристрою та здійснювати моніторинг та управління навантаженням. У програмі доступні функції увімкнення та вимкнення навантаження, вимірювання та регулювання її параметрів, а також можливість налаштування роботи за розкладом.

На рис.1 представлені компоненти плати STDES-BLUEPLUG2:

1. сімістор BTA12-800BWRG на 12А;

2. вимірювальна мікросхема STPM32TR;

3. процесорний модуль BLUENRG-M2SP;

4. перетворювач VIPER06XS (робоча частота 30 кГц);

5. високовольтний випрямляч STTH110RL;

6. LDO-стабілізатор L4931 .

На рис.2 показано структурну схему STDES-BLUEPLUG2.

Технічні параметри плати:

  • номінальна напруга 240/120 AC;
  • номінальний струм 12 А;
  • споживана потужність 0.7 Вт (макс.);
  • регулювання сигналу на навантаженні симистором до 12 А;
  • наявність інтерфейсу NFC для налаштування плати та збереження даних для журналу подій.

Пропонований дизайн інтелектуальної розетки призначений для обліку електроенергії, управління освітленням та відстеження параметрів підключеного до мережі навантаження віддалено каналом BLE. Вона ідеально підходить для застосування в системах «розумний дім».

 

Основна функціональність плати STDES-BLUEPLUG2

Управління симистором

На платі STDES-BLUEPLUG2 зібрано схему виявлення переходу змінної напруги через нуль. Точка переходу є опорною для спрацьовування симистора. Схема включає три резистора, підключених до фази мережі і знижують напругу від мережі, і один підтягуючий резистор на базі p-n-p транзистора. Коли напруга бази падає нижче робітника, транзистор перемикає вихід на низький рівень ( рис.3).

Дана схема переводить симистор у провідний режим при зниженні напруги на навантаженні до нульового, тобто на початку та в середині кожного періоду змінної напруги. Таким чином, підстроюванням фази включення симистора можна змінювати вихідну напругу, тобто регулювати сигнал, що подається на навантаження розетки. На рис.4 показано спрацьовування транзистора при виявленні переходу напруги через нуль, а на рис.5 зображено приклад зменшення вихідної напруги симистора вдвічі.

 

Живлення плати

Як джерело живлення використовується неізольований понижувальний перетворювач на основі VIPER06XS із ШІМ на частоті 30 кГц. Потужність плати в режимі очікування становить менше 30 мВт. Вихідна напруга джерела встановлено на рівень 4.3 В і подається на LDO-стабілізатор L4931, який знижує його до 3.3 В для живлення всіх аналогових і цифрових компонентів схеми. Схема харчування показана на рис.6.

 

Логіка роботи плати

На рис.7 представлено блок-схему алгоритму роботи процесорного модуля BLUENRG-M2SP. При запуску відбувається налаштування системної частоти, висновків загального призначення, а також усієї периферії: інтерфейсу USART для роботи вимірювальної мікросхеми STPM, таймера спрацьовування симистора, інтерфейсу I2C для можливості підключення EEPROM. Далі ініціалізується BLE та перевіряється можливість підключення до керуючого пристрою. При успішному підключенні відбувається обмін пакетами: плата отримує команди від керуючого пристрою BLE, виконує їх і відправляє результат вимірювання параметрів навантаження. Дані вимірювань оновлюються незалежно від переривання кожну секунду.

 

Інтерфейс керування на стороні смартфона

Для підключення до плати зі смартфона необхідно завантажити та встановити безкоштовну програму ST BLE PLUG 2.0. У програмі потрібно просканувати всі доступні для підключення пристрою та вибрати STDES-BLUEPLUG2 (рис.8). У разі успішного підключення світлодіод на платі блимає з частотою 2 Гц.

На рис.9 зображено інтерфейс керування освітленням за допомогою STDES-BLUEPLUG2. У програмі як навантаження вибрано параметр Bulb (лампочка). Шляхом натискання зображення лампочки можна керувати включенням і вимкненням освітлення, а повзунком змінювати яскравість, як показано на рис.9,б . Крім того, у програмі відображаються всі параметри споживання.

 

Розглянута вище плата STDES-BLUEPLUG2 поки що недоступна для продажу, проте на сайті компанії STMicroelectronics представлена вся проектна документація, включаючи опис роботи, електричні схеми, гербер-файл проекту друкованої плати, а також програма процесорного модуля BLUENRG-M2SP. Доступні матеріали дають змогу повністю повторити запропонований дизайн інтелектуальної розетки.

Сподобалась стаття? Розповідайте друзям!
СХОЖІ СТАТТІ
comments powered by Disqus

ASANZA banner

ELEKTROSVIT banner

UKRPOSHTA banner

UKRPOSHTA banner

UKRPOSHTA banner

banner