UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTINFACULTAD DE INGENIERA DE PRODUCCIN Y SERVICIOSESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA ELECTRNICA

PROYECTOSTEMA:DISEO E IMPLEMENTACION DE UNA RED DOMOTICA BASADO EN EL PROTOCOLO X-10NOMBRE:ZEA DIAZ , JOEL

ABRIL 2014

Domtica Usando el PIC16F877AX - 10 es un protocolo de comunicacin diseado para el envo de seales a travs de cableado 120 VCA . X- 10 utiliza 120 kHz rfagas sincronizadas con la red de alumbrado cruces por cero para representar la informacin digital. Mdulos enchufables disponibles de varios fabricantes permiten a los usuarios crear sistemas de automatizacin del hogar utilizando el cableado de CA ya est instalado dentro de una casa . Microcontroladores PIC fcilmente se pueden utilizar en conjuncin con la tecnologa X - 10 para crear aplicaciones de automatizacin del hogar . El microcontrolador PIC especfica ( MCU ) utilizado debe seleccionarse con base en la memoria RAM , ROM , frecuencia de funcionamiento , perifrica , y los requisitos de costede la aplicacin particular . El PIC16F877A fue seleccionado para esta aplicacin debido a su versatilidad como un microcontrolador de propsito general , su memoria de programa Flash (para la facilidad de desarrollo ) , EEPROM de datos y un amplio I / O.

Esta nota de aplicacin describe la implementacin de X- 10 en un PIC MCU para crear un controlador de casa que puede enviar y recibir seales X-10 . El lector puede implementar el controlador de casa como es, o adaptar los circuitos y firmware para otras aplicaciones. Se proporciona una biblioteca de X- 10 funciones para facilitar el desarrollo de los otros X- 10 aplicaciones utilizando PIC MCU . Descripcin general del hardware La aplicacin del controlador casa se describe en esta nota de aplicacin permite al usuario programar encendido y apagado para hasta diecisis dispositivos, utilizando una pantalla de cristal lquido de 2 x 16 y cinco pulsadores. Un sensor de luz incorporado se puede usar para encender las luces en la oscuridad, y apagarlas al amanecer. El controlador casa est diseada para facilitar la experimentacin con la automatizacin del hogar utilizando el PIC16F877A. Adems del PIC16F877A,la placa aceptar cualquier otro PIC MCU que comparte el mismo pinout, como el PIC18F452. Por lo tanto, los experimentadores pueden ampliar la aplicacin con el ms alto rendimiento de la familia PIC18 de piezas sin cambiar el hardware. Con cuidado, ingenieros y entusiastas de control del hogar pueden experimentar con la automatizacin del hogar utilizando la herramienta de desarrollo MPLAB ICD 3. Sin embargo, se deben tomar las debidas precauciones de aislamiento del circuito para evitar daos a las herramientas informticas o de desarrollo. Consulte la Figura 1 y la nota de advertencia!ADVERTENCIA: VSS o tierra en el circuito de aplicacin est ligado a la posicin neutral del 120 VAC. Para conectar de forma segura sus herramientas de desarrollo o equipo para el controlador principal, debe alimentar a travs de un transformador de aislamiento y dejar suelo pared (el cable verde en la mayora de los casos) desconectado. Los instrumentos de prueba (como un osciloscopio) que se conectan a el circuito de aplicacin, deben ser alimentados a travs del transformador de aislamiento, as, con desconectada suelo pared. Adems, todo el circuito debe ser encerrado dentro de una caja adecuada para evitar el contacto accidental con la tensin de red!

FIGURA 1: PRUEBA DE AJUSTE AL UTILIZAR HERRAMIENTAS DE DESARROLLO

DESCRIPCIN DEL HARDWARE Una visin general del controlador de hardware de aplicaciones en casa se muestra en la Figura 2. La funcionalidad del hardware de los circuitos X-10 se puede dividir en cuatro bloques funcionales: Detector de cruce por cero Detector de portadora de 120 kHz Generador de seal de 120 kHz Fuente de alimentacin sin transformador Hay varias funciones de la aplicacin que no estn directamente relacionados con la interfaz X-10. Funciones de la interfaz de usuario se llevan a cabo con una pantalla LCD y cinco botones. Un reloj en tiempo real se ha creado usando Timer1 y un oscilador de 32 kHz externo. Datos de control de usuario modificado, como unidad de encendido y apagado, se almacenan en la EEPROM integrada del PIC MCU. Un sensor de luz y el interruptor de carga tambin se utilizan en esta solicitud.

FIGURA 2: DIAGRAMA DE APLICACIN DEL BLOQUE

Un resumen de uso de los recursos se puede ver en la Tabla 1. Detalles de las secciones funcionales se discuten a continuacin.

ResourceFunctionDescription

ExternalinterruptonRB0Zero-crossingDetectGenera una interrupcin cada cruce por cero.

CCP1/Timer2inPWMmode120kHzModulationTRISC se utiliza para activar / desactivar la salida de 120 kHz. Oscilador principal es 7.680 megaciclos.

Timer2interruptthroughpostscalerTriacDimmerTimingGenera incrementos temporales de dimmer para controlar Triac.

Timer1interruptReal-timeClockSe utiliza como tiempo de mantenimiento del reloj y el reloj de exploracin clave. Uno interrupt/25 ms, 40 interrupciones / 1 seg.

Timer0interrupt120kHzEnvelopeTimingTiempos de duracin 1 ms rfagas y aparicin de rfagas segunda y tercera fase.

ADCLightSensorSe utiliza para detectar el amanecer y el anochecer.

PORTBKeyPressInputsCinco botones se utilizan para la navegacin de mens.

PORTBReservedforICDPrecauciones de aislamiento requerido. Ver nota de advertencia!

PORTDLCDDatapins8 lneas de datos para el LCD.

PORTELCDControlpins3 lneas de control de LCD.

DATAEEPROMNon-volatileControlDataStorageTiendas de encendido y apagado y otra informacin programable por el usuario.

Zero - Crossing DetectorEn X- 10 , la informacin se mide el tiempo con los cruces por cero de la corriente alterna . Un detector de cruce por cero es fcilmente creado mediante el uso de la interrupcin externa en el pin RB0 y slo un componente externo , una resistencia , para limitar la corriente en el PIC MCU ( vase la Figura 3 ) .En los Estados Unidos, Vrms = 117 VAC, con un voltaje de pico es 165V . Si seleccionamos una resistencia de 5 M , Ipeak = 165V / 5 M = 33 A, que est dentro de la capacidad de corriente de un alfiler PIC MCU I / O.Diodos de proteccin de entrada (diseadas en los pins PIC MCU I / O) sujetan cualquier tensin superior o inferior a VDD VSS. Por lo tanto, cuando la tensin de CA es en la mitad negativa de su ciclo , el pasador RB0 se sujeta a VSS - 0.6V . Este ser interpretado como un cero lgico.Cuando el voltaje de CA se eleva por encima del umbral de entrada, el valor lgico se convertir en un '1 ' .En esta aplicacin , RB0 est configurado para interrupciones externas , y el buffer de entrada es un disparador de Schmitt . Esto hace que el umbral de entrada 0,8 VDD = 4V en el flanco ascendente y 0,2 VDD = 1V en un flanco de bajada .Tras cada interrupcin, el bit de interrupcin Edge Select en el registro OPTION_REG se alterna de manera que se produce una interrupcin en cada cruce por cero. El uso de la siguiente ecuacin, es posible calcular cuando el estado del pin cambiar en relacin con el cruce por cero: V = Vpk*sin(2**f*t), donde ser alta Vpk = 165Vand f = 60 Hz En un flanco ascendente, RB0 aproximadamente 64 s despus del paso por cero, y en un flanco de bajada, lo har ir bajo unos 16 ms antes del paso por cero. Ms informacin sobre la interfaz PIC MCUs a las lneas de alimentacin de CA se puede encontrar en la nota de aplicacin AN521, "Interfaz con elctricas Lneas AC", que est disponible para su descarga desde el sitio web de Microchip.

Detector de portadora120 kHzPara recibir seales X-10 , es necesario detectar la presencia de la seal de 120 kHz en la lnea de alimentacin de CA . Esto se logra con un condensador de desacoplamiento, un filtro de paso alto , un amplificador sintonizado , y un detector de envolvente . Los componentes del detector de portadora se ilustran en la Figura 4 .Debido a que la impedancia de un condensador es: Zc = 1/(2**f*C), un condensador de 0.1 Fpresenta una baja impedancia ( 13 ) a la frecuencia de 120 kHz portador , pero una alta impedancia ( 26,5 k) a la frecuencia de la lnea de potencia de 60 Hz .Este filtro de paso alto permite que la seal de 120 kHz a acoplar con seguridad a la lnea de alimentacin de 60 Hz, y puede ser usado como la etapa de acoplamiento del generador 120 portadora kHz se describe en la siguiente seccin.Puesto que la frecuencia portadora 120 kHz es mucho ms alta que la frecuencia de lnea de potencia de 60 Hz , es sencillo de disear un filtro RC que pasar la seal de 120 kHz y completamente atenuar el 60 Hz . Un filtro de paso alto constituye la primera etapa del filtro de paso alto y Tuned Amplificador bloque, que se muestra en la hoja 5 de los esquemas en el Apndice C.Para un filtro de paso alto de simple, el punto de interrupcin -3 db es:3 db = 1/(2**R*C). For C = 150 pF and R = 33 k,3 db = 1/(2**150 pF *33 k) = 32 kHz.Este punto dB 3 asegura que la seal de 60 Hz est completamente atenuado , mientras que la seal de 120 kHz se pasa a travs de las etapas de amplificacin . A continuacin, la seal de 120 kHz se amplifica usando una serie de inversores configurado como amplificadores de alta ganancia . Las dos primeras etapas se afinan los amplificadores con respuesta de pico a 120 kHz. Las siguientes dos etapas proporcionan amplificacin adicional . La seal de 120 kHz amplificada se pas a travs de un detector de envolvente , formado con un diodo , condensador , y la resistencia . La salida del detector de envolvente es amortiguada por medio de un convertidor y se present a un pin de entrada ( RC3 ) del PIC16F877A .Despus de cada interrupcin de cruce por cero , RC3 es simplemente comprueba dentro de la envolvente de transmisin 1 ms para ver si o no la portadora est presente . La presencia o ausencia de la compaa representa la corriente de '1 ' s y '0' s que forman los X- 10 mensajes descritos en el Apndice A.

Generador de portadora de120 kHz X-10 utiliza 120 kHz de modulacin para transmitir informacin a travs de 60 lneas de alta tensin Hz. Es posible generar la portadora de 120 kHz con un circuito oscilador externo. Un solo pasador de E / S se utiliza para activar o desactivar la salida del circuito oscilador. Sin embargo, un circuito oscilador externo se puede evitar mediante el uso de uno de los mdulos CCP del PIC MCU. El mdulo CCP1 se utiliza en el modo PWM para producir un 120 kHz cuadrada de la onda con un ciclo de trabajo de 50%. Debido a que X-10 especifica la frecuencia de la portadora a 120 kHz (+ / - 2 kHz), se elige el oscilador de sistema para ser 7,680 MHz, para que el CCP para generar precisamente 120 kHz. Los clculos para establecer el perodo de PWM y ciclo de trabajo se muestran en el listado de cdigo comentarios para el InitPWM funcin.Despus de la inicializacin, CCP1 est habilitado continuamente, y el bit de TRISC para el pasador se utiliza para puerta de la salida PWM. Cuando se establece el bit TRISC, el pasador es una entrada y la seal de 120 kHz no se present a la clavija. Cuando el bit TRISC es clara, el pasador se convierte en una salida y la seal de 120 kHz est acoplado a la lnea de alimentacin de CA a travs de un amplificador de transistor y un condensador, como se muestra en la Figura 5. Puesto que la impedancia de un condensador es Zc = 1 / (2 * * f * C), un condensador de 0,1 mF presenta una baja impedancia a la frecuencia de 120 kHz portador, pero una alta impedancia a la frecuencia de la lnea de alimentacin Hz 60. Este filtro de paso alto permite que la seal de 120 kHz a acoplar de forma segura a la lnea de potencia de 60 Hz, y que se dobla como la primera etapa del detector de portadora 120 kHz, se describe en la seccin anterior.Para ser compatible con otros receptores X-10, el mximo retardo desde el cruce por cero al comienzo de la envolvente X-10 debe ser de aproximadamente 300 microsiemens. Puesto que el detector de cruce por cero tiene un retardo mximo de aproximadamente 64 microsiemens, el firmware debe tener menos de 236 microsiemens despus de la deteccin del paso por cero para comenzar la transmisin de la envolvente 120 kHz.Sin transformador de alimentacin Los circuitos PIC16F877A y otra de mesa requieren una alimentacin de 5V. En esta aplicacin, el controlador X-10 tambin debe transmitir y recibir sus datos a travs de la lnea de CA. Desde X-10 componentes estn destinados a ser conectados a un enchufe de pared y tienen un factor de forma pequeo, se utiliza una fuente de alimentacin sin transformador. Dos caractersticas de los suministros sin transformador que se deben tener en cuenta son limitados capacidad actual y la falta de aislamiento de la red elctrica (vase la nota de aviso)ADVERTENCIA: Este circuito no est aislada de 120 V CA. Actuar con precaucin cuando la construccin o el uso de un circuito de este tipo, y asegrese de que est contenida dentro de una caja de material aislante adecuado. Siga las precauciones de aislamiento para evitar lesiones personales o daos al equipo y de desarrollo de pruebas de herramientas.La Figura 6 ilustra la fuente de alimentacin sin transformador utilizado en esta aplicacin. Para proteger el circuito de los picos en la lnea de alimentacin de CA, un 130V VDR (resistencia dependiente de la tensin) se conecta entre Lnea y Neutro. El lmite de 47 de resistencia de la corriente en el circuito, y el 1 Mresistencia ofrece una va de descarga para el voltaje de la izquierda en el condensador cuando el circuito est desconectado de la pared. Dos diodos rectifican la tensin a travs del condensador 1000 mF y 5.1V diodo Zener para producir una alimentacin de 5V. El lector puede remitirse a la nota de aplicacin AN954, "sin transformador Fuentes de alimentacin: resistivos y capacitivos" (DS00954), disponible para su descarga desde el sitio web de Microchip, para obtener informacin adicional sobre el diseo de la fuente de alimentacin sin transformador.

Interruptor de carga Un interruptor de carga est incluido en el controlador de casa de modo que puede actuar como un mdulo de la lmpara, con su propia direccin de la casa y la unidad. A Triac fue seleccionado como el interruptor de carga, debido a que su capacidad media de conmutacin de potencia y capacidad de conmutacin rpida que sea muy adecuado para el control de la lmpara y de regulacin. A Triac es un dispositivo de bajo costo, de tres terminales que acta bsicamente como una de alta velocidad, interruptor de AC bidireccional. Dos terminales MT1 y MT2, se conectan en serie con la carga. Una corriente de disparo pequea entre la puerta y MT1 permitir la conduccin que se produzca entre MT1 y MT2. Actual contina fluyendo despus de que se retira la corriente de puerta, siempre y cuando la corriente de carga supera el valor de retencin. Debido a esto, el triac se apagar automticamente cerca de cada cruce por cero como el voltaje de CA cae por debajo de la tensin de enclavamiento.A Teccor L4008L6 Triac fue seleccionado debido a que tiene una puerta sensible que se puede controlar directamente desde la salida de nivel lgico del pin I / O PIC MCU. El Triac puerta sensible puede controlar la corriente de CA en ambas direcciones a travs del dispositivo, a pesar de que el PIC MCU puede proporcionar slo voltajes positivos a la puerta. Un atenuador variable se cre mediante la inclusin de un retraso entre el momento de cada cruce por cero y el tiempo que la corriente de disparo se proporciona para el triac de la MCU. El diseo y el control de una lmpara tenue usando un PIC MCU se discute en detalle en refImag-4 Diseo de referencia "PICDIM Dimmer lmpara para el PIC12C508".

BIBLIOGRAFIA NOTA DE APLICACIN DE MICROCHIP AN236