Включение нагрузки и управление RGBA светодиодом через компьютер

На сегодняшний день компьютеры, содержащие СОМ порт серийно почти не выпускаются. Связь компьютерной программы с дополнительным оборудованием осуществляется преимущественно через USB — интерфейс. Скорость передачи данных через USB выше, а также легче идет процесс подключения, дополнительное устройство может гораздо больше сообщать о своем состоянии, готовности, наличие драйверов и т.п..

С учетом того, что COM порт очень быстро исчезнет из системных блоков недалекого будущего, а использование канала передачи данных USB остается актуальным и его содержит каждый компьютер настоящее было принято решение для связи электронного блока управления нагрузкой использовать USB-интерфейс.

С учетом возможностей 8-разрядного микроконтроллера производства фирмы AVR ATtiny45 (Рис. 1, IС1) было изготовлено виртуальный СОМ порт через USB, который не имеет реального RS-232C. Однако RS-232C создается (без контроля линии) после подключения устройства и установки драйверов.

ATtiny45 использует внутренний генератор тактовой частоты 20 МГц RC и PLL. Он калибруеться сигналом USB при подключении. UART осуществляется программно. Этого достаточно для высокой скорости передачи данных, если TxD и RxD инвертируются (восстановление из DUART_INVERT).

Светодиод LED1 служит индикатором подключения устройства к USB. Устройство работает в пределах от 3,3 — 5В. Данного значения напряжения достаточно для того, чтобы обеспечить необходимую силу тока микроконтроллера около 10 мА. Резисторы R1-R4 являются ограничивающими. Передача данных происходит по одному каналу RXD.

Рис.1

Программа управления устройством может работать в двух режимах — «обычный режим» и «режим залипания» (Рис. 2.). Перед тем, как выбрать режим нужно определить и выбрать порт, к которому подключено устройство. В «обычном режиме» пользователь может независимо изменять яркость светодиодов расположенных на каналах 0-3, а также управлять в ключевом режиме светодиодами на каналах 4-7 с помощью флажков. В режиме «залипания» пользователь может управлять только каналами 4-7 следующим образом: сколько времени нажата кнопка соответствующего канала, столько же светится светодиод, после отпускания кнопки светодиод гаснет. При этом настройка каналов 0-3 сохраняется.

Рис.2

При выходе из программы состояния всех 8-ми каналов записываются в файл настроек. Когда открыть снова, то загружается настройке данного файла, чтобы отобразить состояние, в котором находится устройство.

Для включения электрических устройств бытовой сети переменного тока необходимо использовать переход от цифровой (процессорной) части к силовой через гальваническую развязку. В данном случае это выполнено через оптосимистор MOC3061 (Рис.3), управляющий светодиод которой включается на место соответствующих диодов LED 2-9, или параллельно им..

Рис.3.

В данном случае целесообразно использовать так называемый полупроводниковый ключ переменного тока (Рис.4), который имеет на входе упоминавшийся оптодрайвер с детектором нуля фазы, что обеспечивает гальваническую развязку.

Сигнал той же частоты генерирующая микроконтроллер подается через оптопару на управляющий электрод симистора BT138-600. Резисторы R2, R3 ограничивают силу тока через оптопару. Их мощность должна быть не менее 0,5 Вт. Резистор R1 является ограничивающим для светодиода. Если в схеме Рис.1.1 установлены опоры R 9-16, то в схеме Рис.3 R1 не нужен.

На место лампы накаливания можно включать любой другой потребитель, подобрав симистора Т1 необходимой мощности. Для Для коммутации больших токов симистора необходимо установить на радиатор охлаждения.

Рис. 4

Для управления работой устройств, которые питаются постоянным напряжением используется схема изображена на рис. 5

Биполярный транзистор открывается при подаче напряжения на выбранном канале (LED 2-9) замыкая при этом электромагнитное реле REL1..

Рис.5.

С учетом перспективы перехода на светодиодную осветительную сеть в устройстве была разработана функция управления яркостью светодиодных ламп.

Также к данному контроллеру можно включить трехцветный (RGB) светодиодный прожектор. Такой элемент используется для направленной архитектурной подсветки фасадов зданий, стен, деревьев, кустарников, элементов ландшафтного дизайна или освещения небольшой сцены. Благодаря этому появляется возможность динамической подсветки как разными цветами, так и каким-либо одним, статическим цветом свечения меняя его яркость.
Рассмотрим возможные варианты подключения светодиодов к микросхеме PCA9632. С «Datashet» микросхемы на Рис. 6 в общем случае показаны возможные варианты включения светодиодов мощностью 1 Вт.

Рис. 6

При подключении нескольких параллельно светодиодов (при напряжении 5В) или последовательных (при напряжении 12В) необходимо коммутировать их высокочастотным биполярным транзистором. Мощность транзистора рассчитывается с учетом силы тока через данное количество светодиодов и приложенное напряжение.
Если на один канал подсоединить светодиод мощностью 1Вт, нужно осуществлять включение по специально разработанной схеме показанной на Рис.7..

Рис. 7

Т1, Т2, Т3 — N-канальные HEXFet MOSFET транзисторы с RDSon (сопротивление открытого канала транзистора) около 50 мОм. R1, R2, R3 — 2.2 кОм
R4, R5, R6 — 15 кОм. R7, R8, R9 — зависят от типа используемых светодиодов и Vcc. Если использовать мосфеты с высоким значением RDSon, вам нужно учитывать RDSon при расчете резисторов:
Rx = (Vcc-Vf) / Im — RDSon где Vcc — напряжение питания, Vf — напряжение светодиода, Im — максимальный ток светодиода или вывода МК (20 мА).

Для получения прошивок микроконтроллеров и компьютерной программы обращаться к администратору.