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Control domótico vía radio / Jesús Reina Rodríguez.

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5. Hardware En este proyecto se ha desarrollado un maestro y un esclavo TIPO 5. Ambos han sido desarrollados con el software EAGLE.

5.1 Maestro. El maestro dispone de los siguientes elementos:

• Microcontrolador ATtiny 2313 • Dispositivo servidor de páginas web EM202 • Transceptor RF12.

El elemento que lleva el control del sistema, es el EM202, que permite controlar a los diferentes esclavos, así como dar notificación de los elementos que integran la red por medio de una página web. El ATtiny 2313 comunica el EM202 con el transceptor de radiofrecuencia, dicho elemento es necesario porque el EM202 no puede implementar un interfaz SPI de la misma manera que lo haría un microcontrolador. Gracias al ATtiny 2313 la comunicación con el RF12 es sencilla. A parte de los 3 elementos comentados anteriormente, existen otros dispositivos orientados a la representación de información, a la regularización de la potencia, así como a la polarización adecuada de los semiconductores.


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5.1.1 Esquemático.

Figura 32.


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5.1.2 Componentes. Se puede observar en el esquemático la serie de componentes, que son la siguiente: Part Value Device Package Library Sheet AVR_ISP PINHD-2X3 2X03 pinhead 1 C1 330nF CAP-5 C-5 discrete 1 C2 100nF CAP-5 C-5 discrete 1 C3 100nF CAP-5 C-5 discrete 1 C4 100nF CAP-5 C-5 discrete 1 C5 100nF CAP-5 C-5 discrete 1 C6 CPOL-EUE2.5-7 E2,5-7 rcl 1 C7 22pF CAP-5 C-5 discrete 1 C8 22pF CAP-5 C-5 discrete 1 IC1 ATTINY2313V-10P ATTINY2313V-10P DIL20 avr2 1 IC2 78XX-TO3 TO3-78 v-reg 1 LED1 LED3MM LED3MM LED 1 LED2 LED3MM LED3MM LED 1 Q1 4 MHz CRYTALHC18U-V HC18U-V crystal 1 R1 4K7 R-US_0204/7 0204/7 rcl 1 R2 4K7 R-US_0204/7 0204/7 rcl 1 R3 1K R-US_0204/7 0204/7 rcl 1 R4 1K R-US_0204/7 0204/7 rcl 1 R5 4K7 R-US_0204/7 0204/7 rcl 1 SUPPLY NEB21R NEB21R NEB21R con-lumberg 1 U$1 EM202_2 EM202_2 SPECIAL_202 Tibbo 1 U$2 RF12_1 RF12_1 RF12 hope_rf 1

Dicho listado es exportado del propio software de creación de PCBs. La mayoría de los elementos de la lista, se trata de elementos discretos que requieren otros componentes de orden superior. 5.1.3 Sistemas de la placa Maestro: En el propio esquemático de la figura 32, se observan 4 bloques: 5.1.3.1 Bloque de regulación de tensión. La placa Maestro está alimentada a 12 VDC, sin embargo tanto el micro, como el servidor web y el transceptor, deben ser alimentados a 5 VDC. El paso de regulación de una tensión a otra, es por medio un integrado conocido como 7805. Se emplea el 7805 en su encapsulado TO-3, que es el que mayores prestaciones de potencia tiene. El objeto de emplear esta versión específica, se debe a que al consumo que tiene el EM202. Pues este dispositivo opera a 250mA con 5 Vcd, lo que supone un consumo de 1,25 W. Se requiere por tanto un 7805 que no sea sólo capaz de alimentar al EM202, sino que sea también capaz de hacerlo con el ATtiny 2313 (18 mW) y con RF12m (40 mW). El 7805 en este formato es capaz de disipar hasta 7 W sin daño alguno, pudiendo dotar a la salida de 2 A (máximo).


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Figura 33. Esquema del regulador de tensión.

El 7805 está representado por el integrado IC2, la configuración mostrada es la recomendada por los fabricantes de estos semiconductores. Se añade además un LED que permite avisar al usuario que el esclavo está siendo alimentado. 5.1.3.2 Microcontrolador.

Figura 34. Microcontrolador ATtiny2313.


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En el micro se observan una serie de elementos necesarios para que funcione, por un lado tenemos el cristal oscilador de 4 MHz, que permite dotar de una señal de referencia de la que se saca una señal de reloj, que requieren los circuitos secuenciales digitales que integran el micro. Tenemos también el pin de reset puesto a nivel alto mediante una resistencia, de esa forma no entra en reset el micro. Si se quisiera resetear, sólo habría que poner a nivel bajo tal pin. Entre la tensión de alimentación del micro y tierra, está dispuesta una capacidad de poliéster de 100 nF, esta se conoce como capacidad de Bypass, y sirve para amortiguar la demanda de potencia de la lógica digital en tiempo de conmutación interna. También permite filtrar los picos de potencia que se pueden producir en la placa, evitando que se fuerce un reset por una mala alimentación. Para mejorar el efecto de la capacidad de Bypass, algunos diseñadores añaden en paralelo otra capacidad dieléctrica, sin embargo esta práctica se reserva para entornos muy ruidosos. También se observa una hilera de pines ( 2x3 ) que está dedicada a la programación del micro, se conoce, como programación ISP (serie). Gracias a este conector podemos programar el micro “in-circuit”, sin necesidad de tener que sacar el dispositivo del zócalo de 20 pines. 5.1.3.3 Servidor Web.

Figura 35. Servidor web.


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Dispone de una capacidad de Bypass ( poliéster), así como un pequeño tanque formado por una capacidad y una resistencia conectados al pin de reset, el empleo de este montaje es una recomendación de fabricante, para que se provoque un reset limpio tras alimentar el EM202. Omitir este montaje puede traer problemas de funcionamiento anómalo. 5.1.3.4 RF12.

Figura 36. Esquema del transceptor.

Sólo se observa el empleo de una capacidad de Bypass para mantener la alimentación al integrado.


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5.1.4 Layout. La parte inferior (bottom) se muestra a continuación:

Figura 37. Bottom.


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La cara superior (top) quedaría de la siguiente manera:

Figura 38. Top.

Se trata de una placa de doble cara, sin embargo la sencillez de diseño de la placa superior puede permitir que se emplee una única cara, implementándose la superior por medio de “puentes”.


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La placa montada quedaría:

Figura 39. Resultado final del montaje.

5.2 Esclavo. Recordando lo mencionado antes, usamos un esclavo TIPO 5, es decir:

• 4 salidas de control a TRIACs. • 1 entrada digital.

La placa está integrada por un microcontrolador ATmega8, éste controla el transceptor de radiofrecuencia por medio de la interfaz SPI. Podrá emitir y recibir los mensajes que requiere el protocolo. Por otro lado llevará las temporizaciones necesarias que permiten hacer el control dimming de las salidas de control a TRIACs, es una tarea que requiere una temporización precisa.


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5.2.1 Esquemático.

Figura 40. Esquemático del esclavo.


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5.2.2 Componentes. Part Value Device Package Library Sheet AVR_ISP PINHD-2X3 2X03 pinhead 1 B1 RECTIFIER-2KBB RECTIFIER-2KBB 2KBB rectifier 1 C1 330nF CAP-5 C-5 discrete 1 C2 100nF CAP-5 C-5 discrete 1 C3 100nF CAP-5 C-5 discrete 1 C4 22pF CAP-5 C-5 discrete 1 C5 22pF CAP-5 C-5 discrete 1 C6 100nF CAP-5 C-5 discrete 1 ENT1 W237-102 W237-102 con-wago-500 1 ENT2 W237-102 W237-102 con-wago-500 1 IC1 78XXS 78XXS v-reg 1 IC2 ATMEGA8L-8P ATMEGA8L-8P DIL28-3 avr2 1 LED1 LED3MM LED3MM LED 1 LED2 LED3MM LED3MM LED 1 OK1 IL410 IL410 DIL06 optocoupler 1 OK2 IL410 IL410 DIL06 optocoupler 1 OK3 IL410 IL410 DIL06 optocoupler 1 OK4 IL410 IL410 DIL06 optocoupler 1 POWER W237-102 W237-102 con-wago-500 1 Q1 8 MHz CRYTALHC18U-V HC18U-V crystal 1 R1 220 R-US_0204/7 0204/7 rcl 1 R2 220 R-US_0204/7 0204/7 rcl 1 R3 220 R-US_0204/7 0204/7 rcl 1 R4 220 R-US_0204/7 0204/7 rcl 1 R5 100 R-US_0204/7 0204/7 rcl 1 R6 100 R-US_0204/7 0204/7 rcl 1 R7 100 R-US_0204/7 0204/7 rcl 1 R8 100 R-US_0204/7 0204/7 rcl 1 R9 4K7 R-US_0204/7 0204/7 rcl 1 R10 1Meg R-US_0204/7 0204/7 rcl 1 R11 1Meg R-US_0204/7 0204/7 rcl 1 R12 1K R-US_0204/7 0204/7 rcl 1 R13 1K R-US_0204/7 0204/7 rcl 1 SALIDA1 W237-102 W237-102 con-wago-500 1 SALIDA2 W237-102 W237-102 con-wago-500 1 SALIDA3 W237-102 W237-102 con-wago-500 1 SALIDA4 W237-102 W237-102 con-wago-500 1 T1 TIC225S TIC225S TO220DS TRIAC 1 T2 TIC225S TIC225S TO220DS TRIAC 1 T3 TIC225S TIC225S TO220DS TRIAC 1 T4 TIC225S TIC225S TO220DS TRIAC 1 TIERRA W237-102 W237-102 con-wago-500 1 U$1 RF12_1 RF12_1 RF12 hope_rf 1 U$2 CROVISA_2_9 CROVISA_2_9 CROVISA_2_9 trafo_crovisa 1 VOLT W237-102 W237-102 con-wago-500 1

Dicho listado es exportado del propio software de creación de PCBs. La mayoría de los elementos de la lista se tratan de elementos discretos que requieren otros componentes de orden superior.


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5.2.3 Sistemas de la placa Esclavo. Son 5 los bloques funcionales de la placa Esclavo. 5.2.3.1 Bloque de rectificación de tensión. La placa esclavo dispone de un bloque de rectificación de tensión, gracias al cual se pasa de 220 VAC a 9 VDC. Cómo la lógica de los diferentes sistemas funciona a 5 V, se incluye además un circuito de regulación de tensión.

Figura 41. Esquemático del montaje rectificador.

5.2.3.2 Microcontrolador. Se usa un microcontrolador de Atmel ATmega8 fijado a una frecuencia de 8 MHz. Lleva entre Vcc y GND la necesaria capacidad de bypass necesaria para amortiguar efectos de conmutación y ruido. También se dispone de 2 resistencias de 1 MΩ, que vienen a usarse para acondicionar las señales de 220 VAC. Con estas resistencias y con los diodos de clampping ( que limitan las tensiones máximas y mínimas que pueden entrar en un pin), se puede encontrar los puntos por donde la tensión alterna cruza por cero. Los puntos de cruce por cero son necesarios para poder hacer el control dimming. Se dispone también del interfaz SPI, necesario para programar el micro. Se incluyen dos LEDs, uno para mostrar información de funcionamiento y otro que nos indica que hay tensión en el sistema.


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Figura 42. Detalle del microcontrolador.

5.2.3.3 RF12. Es similar al punto 5.1.3.4.


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Figura 43. Esquema del transceptor.

5.2.3.4 TRIACs

Figura 44. Esquemático del banco de TRIACs.

Se trata de un banco con 4 bloques idénticos, cada banco consiste en un optoacoplador que ataca a un TRIAC, de esta manera desde una salida digital comprendida entre 0V y 5V, se puede controlar la salida de una señal de alterna a 220 VAC. 5.2.3.5 Entrada y salida. Se dispone de 2 entradas, una digital y otra analógica. Aunque la analógica no está activa.


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Figura 45. Muestra de las entradas analógica y digital.

5.2.4 Layout. La parte inferior (bottom) se muestra a continuación:

Figura 46. Bottom.


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La parte superior (top) es lasiguiente:

Figura 47. Top. El sistema montado quedaría:

Figura 48. Montaje del esclavo.


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5.3 Detalles del montaje. Los montajes del módulo maestro y esclavo, han sido diseñados para poder entrar en cajas de plástico. De esta manera es más fácil poder interactuar con los elementos del sistema. 5.2.5.1 Maestro. La placa del maestro ha sido diseñada para caber en una caja del fabricante Ariston, las medidas de la caja son 78x145x47 mm la referencia de Ariston es CA410N, el montaje es como sigue:

Figura 49. Detalles de maestro. El sistema ha sido diseñado para poder dar acceso al cable de red ethernet, la alimentación, dar salida a dos diodos LED y a la antena de 17 cm del módulo transceptor.


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5.2.5.1 Esclavo. El esclavo ha sido diseñado para caber en el interior de una caja modular de 54 conexiones, esta caja está pensada para un montaje en barra OMEGA DIN EN 50022, el código de referencia de Ariston es CA905, las medidas se muestran a continuación, están dadas en mm:

Figura 50. Dimensiones de la caja.


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El montaje quedaría:

Figura 51. Detalle del montaje de la placa esclavo.

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