Обучаемые радиореле: русский кот передает привет сиамскому

Недавно наши журналисты, измученные Навальным нарзаном ЧСВ… ну, ок, просто бедные измученные зайчики, родили информационный повод. То есть, ИТАР-ТАСС больше не о чем писать, кроме как о том, что “Двое студентов Технического университета Таиланда придумали управляемый через Интернет аппарат для кормления домашних животных”.

Возможно, некоторым выдающимся писателям это действительно кажется чудесным и удивительным, но нет. Потому что проблема, героически побежденная тайскими студентами в 21 веке, на самом деле элементарно решается древними автоматическими кормушками, простейшим контроллером и примитивным радиореле.

Это я к тому, что просто о реле рассказывать скучно, а вот что с ними можно сделать дома — уже кое что. Поэтому дальше — про моды железки, радиоуправляемую кормушку и музыку в ванной.



АПДЕЙТ: касательно малого радиуса действия без «модернизации». В комментариях ув. darsh2004 пишет, что наблюдал аналогичное поведение — практически нулевую дальность при комбинации 433 МГц пульт -> 315 МГц реле. Я лично готов поверить в том, что китайцы отправили мне именно 315 МГц версию реле, и в итоге я имею то, что имею.

И все-таки сначала о реле. Изначально у меня была идея до конца автоматизировать свет, не оснащенный даже подобием дистанционных выключателей. Небольшое радиореле, управляемое домашним контроллером казалось неплохим выходом из ситуации. Тем более, что освещение рабочего стола — галогеновое, 12 В, так что даже источник тока, пусть и переменного, под руками есть, и не надо городить огород с внешними блоками питания.

Потом я подумал, что мне и так не сложно рабочий свет включить, когда надо. Тем более, что фоновое освещение уже включается дистанционно. Тогда я решил, что эти же реле можно использовать для управления кранами с электроприводом, чтобы автоматически перекрывать воду в случае протечки. При условии, разумеется, что протечка случилась после этих самых кранов.

Но и эта идея до реализации не дожила. Потому что, во-первых, краны сами по себе еще одно потенциально слабое звено. А, во-вторых, в сантехническом коробе электричества в доступной форме нет, и форма люка не позволяет даже приблизительно изобразить что-то похожее. Разве что аккумулятор, но это все усложняет.

Было жаль, потому что я нашел, как мне казалось, великолепный вариант — не побоюсь этого определения, — очень дешевые обучаемые радиореле у DinoDirect. Устоять перед реле я не смог, поэтому заказал их с надеждой, что когда-нибудь пригодятся. Со всякими скидками, в том числе и за количество (а я купил сразу 5 штук) получилось $3,51 за штуку. Даже не очень верилось.

Характеристики реле вполне подходят для моих задач:

Частота: 433 МГц
Модуляция: ASK
Напряжение питания электроники: 12 В
Коммутируемое напряжение:
— По характеристикам магазина: 7А/250В, 10А/120В переменного тока, 10А/24В постоянного тока
— По характеристикам реле на плате: 10А/30В постоянного тока, 10А/250В и 12А/125В переменного тока

Еще на сайте упоминаются потребление на уровне 8 мА и чувствительность радиотракта -103 dBm.

Как видите, частота и модуляция подразумевают простое управление. По факту — то же самое, что во всех простейших системах автоматики (гаражных, например, или радиорозеточных) с фиксированным кодом, адаптация для Arduino элементарна — этими реле умеет управлять нежно мной любимая библиотека RCSwitch и самый простой ASK-передатчик. А напряжение и ток коммутации вполне достаточны для освещения (и многих других штук), хотя не подразумевают мощную нагрузку вроде обогревателей.

Все казалось очень радужным, пока реле не приехали. Нет, с организационной точки зреняи все отлично: каждое реле в индивидуальном пакетике, ко всему этому ворох скидочных купонов и два инвойса — один мой, другой — на FM-модулятор для какого-то американца.



Сборка, на мой взгляд, довольно аккуратная. Обучаемая часть, очевидно, выполнена на микроконтроллере, но его название по непонятной причине затерто.









Джампер, правда, был только у одного из пяти экземпляров, но главная проблема в том, что реле совершенно глухие. То есть, на пульт они реагируют с расстояния не более 5 см. Но смешно то, что если подносить пульт к проводу блока питания, то управлять реле можно на расстоянии в несколько десятков сантиметров. Сначала я подумал, что одно реле бракованное. Достал второе — та же история. Поменял антенну на свою спиральную — то же самое.

Уже огорчился, но вспомнил, что есть пара запасных приемников, купленных к Arduino. Выпаял штатный, подключил свой. И ровно с этого момента реле заработало так, как нужно, то есть — по всей квартире. В общем, печаль: получается, что для каждого экземпляра придется покупать еще и другой приемник.

Поскольку инструкцию к реле не прилагают, а на сайте, мягко говоря, неточно, рассказываю о том, что узнал на своем опыте.

Назначение лампочек опознается элементарно: красный светодиод — питание, желтый — обучение, зеленый — срабатывание реле.

У реле три режима работы, которые переключаются джампером на плате:

1) Включено, пока нажата кнопка пульта (без перемычки)
2) Переключение состояний одной кнопкой пульта (одно нажатие — вкл, второе — выкл — и по кругу) (перемычка слева)
3) Переключение состояний двумя кнопками (одна кнопка включает, другая — выключает) (перемычка справа)

Переключение режима необходимо выполнять при выключенном реле, иначе его перестает понимать, что происходит.

Привязка к пульту простая:

1) Нажимаем и удерживаем единственную кнопку, пока не погаснет желтый светодиод.
2) Кратковременно нажимаем кнопку
3) Нажимаем на пульте ДУ кнопку, к которой нужно привязать реле.

Во всех режимах нажимается только одна кнопка пульта ДУ. Даже в третьем, потому что у контроллера реле жесткая логика: он “железно” вычисляет вторую управляющую комбинацию на основании великого китайского алгоритма.

Суть в том, что управляющая команда представляет собой некое число (например, 380242). При этом команда выключения на единицу меньше, чем команда включения (380241). В результате контроллер реле считает полученный код кодом включения, вычитает из него единицу для кода выключения.

Из изучения реле можно вынести еще одну полезную вещь. Собственно само реле — одно из армии аналогичных, выполняемых различными производителями в одном и том же конструктиве, с аналогичными характеристиками.

На фото магазина, например, — HLS8L-DC12V-S-C с катушкой постоянного тока, управляющим напряжением 12 В и перекидным контактом (нормально замкнутый и нормально разомкнутый). По виду реле было очень похоже на те, что стояли на релейной плате для Arduino, и я надеялся, что по приезду смогу модифицировать конструкцию и для других, более интересных напряжений.

Всего — 5 контактов, размеры — 19 (Д) х 15,8 (В) х 15,5 (Ш) мм. Для интересующихся — даташит.

В жизни же оказалось, что реле другой марки. Но поскольку характеристики, размеры и расположение контактной группы идентичны — никаких существенных отличий.

Вот, к примеру реле из радиореле и из Чип и Дипа:





КОРМ ПО РАСПИСАНИЮ...
В целом, одно применение было очевидно. Дома лежит несколько автоматических кормушек, рассчитанных на 4 кормления по строго заданному графику. Мне же показалось, что будет удобно превратить такую кормушку в дистанционно управляемую. Например, чтобы не ходить ночью с котом на кухню. Или покормить зверей, когда никого нет дома. Причем — в произвольное время, а не когда установлен таймер.

То есть, щелкнул пультом, или отправил в браузере команду — и кормушка открылась. И я спокоен, и коты довольны.

Конструкция этой кормушки простая: под крышкой располагается разделенная на 4 сегмента миска, каждый сегмент перемещается под соответствующий открытый сегмент крышки в строго заданное время. При этом, разумеется, возможны ситуации, когда “уедет” еще не совсем пустой сегмент миски. Ну а до первого открытия доступ к корму закрывает специальная сдвижная шторка.

Лирическое отступление. С моей точки зрения любая автоматическая кормушка выглядит как емкость с кормом и электромеханический дозатор с переключателем (микроконтроллером, таймером — что угодно), который в нужное время обеспечивает подачу корма. Так вот, дозатору нет никакой разницы, что им управляет — микроконтроллер или обычное реле.

Взяв за основу это предположение, я раскрутил кормушку и посмотрел, что там к чему. Логически все просто: батарейный блок, контроллер, мотор, датчики поворота. Схема подключений прозрачна — видно, где питание, а где управление мотором.

Очевидная проблема — напряжение питания 6 В, вместо требуемых радиореле 12 В (и даже вместо минимальных для срабатывания самого реле 9 В). Разумеется, еще следовало учитывать неизбежную просадку напряжения во время эксплуатации кормушки. Конечно, всегда можно использовать внешнее питание, но мне хотелось, чтобы кормушки сохраняли свою автономность, относительную электрическую безопасность и, что не менее важно — не занимали розеток, которых, как известно, всегда не хватает.

Так что после первого мода — замены приемника — настало время второго: адаптация реле для пониженного напряжения питания. Мне показалось, что оптимально рассчитывать на 5 В, так как второе устройство, с которым я планировал использовать реле (об этом дальше), работает примерно от такого напряжения (и даже ниже).

Почитал даташит, посмотрел каталог Чип и Дип, и нашел требуемое: реле 833H-1C-C 05VDC, по сути близнец исходного, только, очевидно, конкурирущей фирмы и с рабочим напряжением 5 В. Неудивительно, что на плату оно встало, как родное.

Снимаем старое…



… и ставим новое. А заодно — заменяем приемник (монтаж на проводах по корыстной причине: чтобы быстро снять, если понадобится):



Я честно очень надеялся, что, по сути универсальная плата радиореле включает автоматическую адаптацию к разным питающим напряжениям, но это оказались девичьи мечты. На практике к реле приехало около 3 В, что заметно ниже порогового 3.75 В для переключения, несмотря на то, что остальная электроника худо-бедно работала и от 5 В. Разве что светодиод питания светился тусклее, чем раньше.

Снова посмотрел на плату (уже без особой надежды) и зацепился взглядом за какой-то несоразмерных с остальными компонентами размеров “диод”, сидящий точно на плюсовом входе питания. Вариантов было два: это или стабилитрон для питания электроники, или диод, защищающий от переполюсовки. Когда выпаял и посмотрел название — 1N4007 — сомнения пропали: это защита от переполюсовки. Которая, между прочим, кушает до 1.1 В, если верить описанию.

Так что я торжественно обещал реле, что не буду путать плюс с минусом и перемкнул контактные площадки диода. А потом снова проверил работу и, на удивление, теперь схема стала корректно работать от 5 В. Т.е. команды принимаются, обучение работает, реле весело щелкает контактами.

Перемычка вместо диода (здесь фото уже второго модифицированного реле, не пугайтесь):



Заключительный этап — интеграция в кормушку. Места для дополнительной платы внутри достаточно. Подключения простые: плюс и минус от батареек — на плюс и минус радиореле, плюс питания дополнительно подключаем к перекидному контакту реле, а нормально разомкнутый контакт — к мотору. Таким образом, при срабатывании реле произойдет замыкание цепи питания мотора (земля к нему подключена постоянно), и кормушка придет в движение.

Вот так выглядит кормушка:



В разобранном виде:



Датчики:



Мотор:



Последний штрих — извлеченный из радиореле диод 1N4007 подключаем в разрыв плюсового провода, идущего от платы родного контроллера кормушки к мотору. Мне показалось, что будет разумным таким образом избавить выход контроллера от прямого попадания на него 5 В при срабатывании радиореле. Таким образом сохраняется оригинальный функционал кормушки (кормление по таймеру) при возможности дистанционного управления.

И вот так оно выглядит в готовом виде:



Мотор с двумя линиями питания и диодом для защиты контроллера:



Разводка на реле:



Антенна (16,4 мм провода 1х1.5 на оправке около 5 мм) — думал, будет хуже, а она работает лучше простого куска провода и гораздо лучше той, что изначально была с радиореле:



Для экономии кода программы домашнего контроллера на Arduino и/или кнопок пульта я планировал использовать второй режим работы реле, когда для включения и выключения нужна всего одна команда. Но испытания конструкции показали, что при стандартной длине посылки с помощью библиотеки RCSwitch для Arduino реле успевает включиться и выключиться несколько раз за время передачи одной команды.

Поэтому пришлось перейти на третий режим: включение одной командой, выключение — другой.

На всякий случай о командах. Если есть пульт — понятно, как обучать, так? С Arduino не сложнее, просто нужно придумать код, который будет использоваться для управления реле и, соответственно, использовать его в RCSwitch. Лично я для упрощения жизни пользуюсь десятичными кодами, ограничение на размер числа — 24 бита, т.е. не больше 16777216. Вот и все.

Не очень информативное, но все-таки видео о том, как радиореле в кормушке управляется с обычного пульта ДУ от радиорозеток:



Плюсы: управлять кормушкой можно дома с радиопульта, а также — через интернет с помощью домашнего контроллера на Arduino. Комбинация домашнего контроллера, интернета и смартфона с Tasker также позволяет задавать совершенно произвольный график кормления, и менять его откуда угодно и когда угодно.

Теперь минусы. Так как в кормушке стоит “глупое” реле и нет обратной связи, то обеспечивать совпадение сектора миски и прорези в крышке можно только по времени. Т.е. сначала засекаем время, которое требуется для поворота на один сектор, и потом используем его для программирования домашнего контроллера. Проблема в том, что в зависимости от степени заряда батарей это время может изменяться (мне так кажется), поэтому необходимо внимательно следить за батарейками.

Оригинальная схема этого недостатка лишена, так как контролирует вращение миски и, соответственно, точное попадание секторов кормушки в прорезь крышки с помощью оптических и механических датчиков. Поэтому скорость вращения ей как-то до лампочки.

… И С МУЗЫКОЙ ПО ВАННОЙ
Вторая гениальная идея (на самом деле она была первая, но кто считает?) принадлежит жене. Она как-то посетила «дамскую комнату» в модернизированном ЦПКиО и очень впечатлилась ненавязчивой классической музыкой, сопровождающей процесс.

А у меня под руками как раз была маленькая и не очень активно используемая MP3-колонка. Причем особенность этой колонки в том, что при включении она сразу начинает воспроизводить музыку с карты памяти или флешки, если они присутствуют. В общем, вы понимаете.

Колонка питается от 5В по USB или от аккумулятора 3.7 В (в заряженном состоянии, полагаю, 4.2 В, как у всех). Поэтому вполне логичным выглядит решение питать всю конструкцию от 5 В, причем от сети, чтобы музыка не прерывалась на самом интересном месте.

Так что здесь очень пригодился тот самый мод с заменой реле и адаптацией схемы к пониженному напряжению питания.

Разбираем (нужно снять накладку резонатора на дне и выкрутить четыре шурупа):



Схема подключений также элементарна. Нормально разомкнутые контакты реле подключил параллельно выключателю колонки, питание — на контакты, к которым был подключен аккумулятор колонки. Аккумулятор отключил, так как мне показалось плохой идеей подавать 5 В прямо на него.

Подключаем (коричневый и белый — питание, желтый и зеленый — реле):



Укладка плотная, поэтому для избежания неприятностей — изолента:



Разумеется, можно было бы использовать подключение аналогично кормушке, то есть, подавать 5 В прямо через контакты реле, и таким образом сократить количество проводов. Но при текущей схеме есть возможность включать и выключать колонку вне зависимости от внешнего управления (при условии, конечно, что реле выключено), а это показалось полезным.

Удобно, что реле помещается в корпус телефонной розетки, которая нашлась там же, в Чип и Дипе. Надо только аккуратно выломать внутреннее наполнение, и готов небольшой и довольно аккуратный корпус, причем с готовыми отверстиями для проводов:







Сразу разочарую: управление музыкой через сеть не предусмотрено (хотя ничего не мешает). Здесь работает жесткая логика: когда домашний контроллер получает сигнал об открытии двери в ванной, то включает (выключает) свет и одновременно включает (выключает) музыку.

Аналогично кормушке, для управления выбран третий режим реле, когда одна команда включает музыку, а другая — выключает. В противном случае получалось так, что колонка успевала включиться и выключиться во время передачи одной кодовой посылки на включение.

Резюме. Реле я частично доволен: сделаны они неплохо, и обучение работает без проблем. Но вот приемники — самый большой минус. Если такая беда у всех реле этого типа, то не могу их рекомендовать тем, кто не готов решать проблему огнем и железном, то есть — паяльником.

На сайте Dino проблему описал и они, что удивительно, отзыв о товаре опубликовали в неизменном виде. И даже 20 баллов за текст начислили. Наверное, не читали. Или “письмо получили, но не дошло”.

И, в заключение, бонусы тем, кто дочитал до этого места. Вместе с реле DinoDirect прислал ворох купонов на скидки. Публикую их as is с надеждой, что кому-то это поможет.