18 January 2018

Z-Wave LED контроллер с энкодером. Z-Uno + MOSFET + Encoder

GadgetsSmart HouseIOTDIY
Tutorial


В комнате где играет ребенок я установил дополнительную подсветку в виде LED ленты. Изначально я планировал, что буду управлять яркостью ленты, это удобно для настройки ночной подсветки. У меня уже был Z-Wave диммер на 220В, поэтому дешевле было докупить диммируемый трансформатор на 12В за 1000р, чем специальный RGBW контроллер от Fibaro за 5500р.

Это решение работает, но есть минусы:

  • Задержка при диммировании
  • Нельзя установить очень маленький уровень яркости

Спустя год использования, я решил изготовить свой Z-Wave LED контроллер, но с энкодером и в корпусе от диммера, для установки в подрозетник.

Принципиальная схема устройства элементарна, к Z-Uno напрямую подключается энкодер 3-мя пинами: пин A, пин B и кнопка. Мосфет подключается к PWM пину.



Материалы и цены:
Материал Фото Цена
1 Z-Wave плата Z-Uno 3500 р
2 MOSFET IRLR8729 27 р
3 Encoder EC11 50 р

Z-Wave плата Z-Uno программируется в среде Arduino, скетч для обработки сигналов от энкодера и управления мосфетом занимает всего 143 строчки кода с комментариями. Скетч работает следующим образом:

Каждые 128 мкс по прерыванию от таймера проверяем, в какую сторону крутят колесико, от дребезга защищаемся 4-х кратной проверкой состояния. В лупе проверяем нажатие кнопки, при каждом нажатии выключаем ленту или включаем на предыдущий уровень яркости. Яркость можно задавать как с энкодера, так и с телефона или другого Z-Wave выключателя.



Код Rotary Dimmer LED Control
#define PUSH_BUTTON       23
#define ENCODER_CHA_PIN   19
#define ENCODER_CHB_PIN   20
#define LEV_SHIFT         8
#define ENCODER_DEBONCE   4
#define STATE_IDLE       0xFF
#define STATE_SKIP       0xFE

ZUNO_SETUP_ISR_GPTIMER(gpt_handler);
ZUNO_SETUP_CHANNELS(ZUNO_SWITCH_MULTILEVEL(getter, setter));

byte level = 0;
byte last_reported_level = 0;
byte g_state = STATE_IDLE;
byte g_pins  = 0;
byte g_debounce_time = 0;
byte last_push_button_state = HIGH;
byte stored_level = 0;
dword last_level_changed_time = 0;

// Runs every 128 μs
void gpt_handler() {
      byte pins = 0;
      pins = !digitalRead(ENCODER_CHA_PIN);
      if(!digitalRead(ENCODER_CHB_PIN))
        pins |= 2;

      if(g_pins == pins) {
          // Is the state stable?
          g_debounce_time++;
          if(g_debounce_time>ENCODER_DEBONCE) {
              if(g_state == STATE_IDLE) {
                  g_state = pins;
              }
              else if(g_state == STATE_SKIP) {
                   if(pins == 0)
                     g_state = 0;
              }
              else {
                  if((g_state == 0 && pins == 1) ||
                     (g_state == 1 && pins == 3) ||
                     (g_state == 3 && pins == 2) ||
                     (g_state == 2 && pins == 0) ) {
                        if (level < 39) {
                            level++;
                        }
                        else if ((level + LEV_SHIFT) <= 255) {
                            level += LEV_SHIFT;
                        }
                        else if ((level + LEV_SHIFT) > 255){
                            level = 255;  
                        }
                  }
                  else
                  if((g_state == 0 && pins == 2) ||
                     (g_state == 2 && pins == 3) ||
                     (g_state == 3 && pins == 1) ||
                     (g_state == 1 && pins == 0) ) {
                        if (level <= 39 && level !=0) {
                          level--;
                        }
                        else if (level >= LEV_SHIFT) {
                          level -= LEV_SHIFT;
                        }
                        else if (level < 0) {
                          level = 0;
                        }
                  }
                    
                  if(g_state != pins)    
                    g_state = STATE_SKIP;
              }
              g_debounce_time = 0;
          }  
      }
      else {
          g_debounce_time = 0;
      }
      g_pins = pins;
}

void setup() {
    Serial.begin();
    pinMode(PUSH_BUTTON, INPUT_PULLUP);
    pinMode(ENCODER_CHA_PIN, INPUT);
    pinMode(ENCODER_CHB_PIN, INPUT_PULLUP);

    zunoGPTInit(ZUNO_GPT_SCALE1024|ZUNO_GPT_CYCLIC); // 32 MHz/1024 = 31.25 kHz (tick is 32 μs)
    zunoGPTSet(4); // 32 μs * 4 = 128 μs
    zunoGPTEnable(1);
}

void loop() {
    // Do we need to report the level?
    if(last_reported_level != level) {
        if (level > 0) {
          stored_level = level; 
        }
        last_reported_level = level;
        analogWrite(PWM1, level);
        last_level_changed_time = millis();
        
        Serial.print("Level: ");
        Serial.println(level);
    }

    // Button handler
    byte current_push_button_state = digitalRead(PUSH_BUTTON);
    if (current_push_button_state != last_push_button_state) {
        last_push_button_state = current_push_button_state;
        // if button pressed
        if (last_push_button_state == LOW) {
            // if LED turned ON, turn OFF   
            if (level > 0) {
                analogWrite(PWM1, 0);
                level = 0;  
            }
            // Restore last level
            else {
                analogWrite(PWM1, stored_level);
                level = stored_level;
            }
        }
    }

    // Send report if 2 seconds level not changed
    if (last_level_changed_time && millis() > last_level_changed_time + 2000) {
        last_level_changed_time = 0;
        zunoSendReport(1); 
    }
}

void setter(byte value) {
    if (value > 99) {
      value = 99;
    }
    level = (long)value * 255 / 99;
    analogWrite(PWM1, level);
}

byte getter(void) {
  return last_reported_level * 99 / 255;
}


Чтобы изменить яркость ленты с помощью диммера, который я раньше использовал, нужно было удерживать клавишу вверх или вниз, это не очень удобно, трудно подстроить нужный уровень яркости. Да и выглядит диммер, как обычный выключатель, а не как классический светорегулятор с колесиком к которому многие привыкли.



Для нового Z-Wave LED контроллера я модифицировал корпус диммера — просверлил отверстие для энкодера и немного поменял крепление рамки, чтобы использовать рамку от другого выключателя. За дизайн не пинайте, делал из подручных материалов. Можно использовать и готовый корпус от обычного диммера, чтобы выглядело эстетично.



ЛУТ решает! Для изготовления единичного экземпляра платы, лучше ЛУТА я не знаю технологии, поэтому изготовил 2 платы, которые идеально помещаются в корпусе старого диммера. В нижней части находится Z-Uno, мосфет и колодка для подключения питания и ленты, кстати мосфет рассчитан на напряжения до 30В, поэтому ленту можно использовать, как 12В, так и 24В, без радиатора ток лучше не превышать более 5А.



В верхней части расположен только энкодер.



Соединив бутерброд из плат и поместив его в корпус, получился Z-Wave LED контроллер.



На данный момент Z-Wave LED контроллер не установлен в подрозетник и лежит на тумбе под телевизор. Некоторое время еще потестирую работу.



Но уже сейчас удобство управления LED лентой сильно повысилось, при управлении с колесика или прикроватного выключателя яркость изменяется мгновенно. В Z-Wave шкала диммирования находится в диапазоне от 0 до 99, с помощью колесика можно выбрать уровень яркости от 0 до 255. При вращении на 1 деление после 0 светодиоды чуть светят, ночью это никого не разбудит, но поможет не наступать на случайно забытый кубик LEGO на полу.

На изготовление устройства ушло 3 вечера, 1 вечер — написание прошивки, 1 вечер ЛУТ, 1 вечер работа напильником.

ОБНОВЛЕНО 21.01.2018
Есть несколько идей по доработке дизайна, хотел бы комментарии получить.
Идея 1. На алике закажу готовый красивый диммер со стеклянной панелью и заменю начинку, с этим я справлюсь.
Идея 2. Использовать крутилку с дисплеем как у климат контроля в машине, на дисплее будет отображаться текущей уровень яркости. Проблема в том, что не могу найти крутилку с дисплеем отдельно от климат контроля.

ОБНОВЛЕНО 23.01.2018
В крепежной пластине Schneider Electric Odace (80 р в Электромонтаже) собрал схему LED контроллера.



Рамка Odace 90 р стоит (которой нет на фото), а вот крутилка отдельно не продается, но у меня была в наличии. Какой либо дополнительный корпус не планируется, устройство полностью готово.

Tags:zunoумный домz-waverazberryz-unoarduinoraspberry pidiyпроизводство электроникимикроконтроллерыумный дом z-waveавтоматизация дома
Hubs: Gadgets Smart House IOT DIY
+18
10.9k 60
Comments 64