ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЧЕСКОГО ОСВЕЩЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ BLUETOOTH В КАЧЕСТВЕ ДАТЧИКА ПРИСУТСВИЯ

АННОТАЦИЯ

В данной работе будет рассмотрен процесс проектирования устройства, позволяющего автоматизировать освещение в жилом помещении. В работе было произведено проектирование схемы электрической принципиальной устройства, печатной платы, и корпуса для печатной платы, а также разработан технологический процесс сборки устройства.

Ключевые слова: автоматическое освещение; датчик присутствия; умный дом; микроконтроллер; энкодер; BLE технология.

Умный дом на данный момент является довольно актуальным направлением во многих развитых странах. Несмотря на достаточно широкое распространение технологии умного дома, вариантов развития технологий бесконечное множество. Автоматическая подсветка является частью умного дома, с целью облегчить управление светом в помещении, и снизить расходы на освещение.

Главной целью разработки данного устройства является автоматизация управления освещением в жилом помещении. Задачей нашего устройства ставится включение освещения во время нахождения человека в помещении и выключать его автоматически, когда человек покидает его, или пока человек сам его не отключит.

Основной вопрос, который необходимо рассмотреть, это как зафиксировать присутствие человека на протяжении всего времени нахождения его в помещении. Обычный или даже сверхчувствительный PIR датчики тут не подойдут. Т. к. они детектируют лишь движение, а не присутствие объекта излучающего тепло. Аналогично с ультразвуковыми и СВЧ датчиками, только они помимо определения движения в самой комнате, улавливают движения и за пределами нее, только в данном случае повышается количество ложных срабатываний. Если отойти от уже готовых решений, можно за основу взять определение присутствия с помощью метки, которую можно прицепить на одежду, сумку, телефон и т. д. Соответствующе свет будет включаться только при наличии рядом метки, по аналогии с иммобилайзером в автомобиле. RFID(Radio Frequency Identification, радиочастотная идентификация) технология не подойдет из-за своей дороговизны. Можно воспользоваться технологией BLE (bluetooth с низким энергопотреблением).

Bluetooth Low Energy – это сравнительно новая технология беспроводной передачи данных. Основным отличием от обычного Bluetooth является сверхнизкое энергопотребление как во время работы, так и в состоянии простоя.

Принцип работы устройства: имеется BLE метка и BLE модуль, при появлении метки в зоне видимости модуля, система понимает, что «хозяин» дома. Вместо BLE метки возможно использовать телефон, но маловероятно, что пользователи будут ходить с включенным Bluetooth, или включать его перед  тем, как войти домой. В использовании BLE модуля есть еще один несомненный плюс – это возможность без дополнения лишних функций в схему устройства, осуществить управление подсветкой с телефона.

Управление автоматизацией не обходится одним лишь датчиком. Поэтому в пару к BLE модулю необходимо добавить датчик сумеречного света для определения времени суток и исключить срабатывания в дневное время.

На рисунке 1 представлена функциональная схема. В схеме BLE модуль определяет присутствие пользователя с BLE меткой в зоне действия модуля, также он отвечает за возможность управления цветом и свечением с телефона по протоколу Bluetooth. Датчик сумеречного света посылает сигнал в случае уменьшения или увеличения освещенности в помещении, порог срабатывания можно будет изменять программно с телефона. С энкодера будет доступна возможность изменения цвета освещения. Микроконтроллер осуществляет управлением освещением. Логика включения освещения в помещении отображена на рисунке 2.

Рисунок 1. Функциональная схема

Рисунок 2. Алгоритм включения / выключения света

Готовая схема удовлетворяющая текущую задачу отсутствует, существуют только разработки отдельных функций. Была разработана принципиальная схема устройства, выполняющая поставленную задачу.

На рисунке 3 представлена электрическая принципиальная схема устройства. Краткое описание схемы: главную функцию выполняет микроконтроллер, который формирует 3 ШИМ сигнала для регулировки яркости разных цветовых каналов, измеряет ток, считывает данные с энкодера и BLE модуля.

Рисунок 3. Схема электрическая принципиальная устройства

Корпус устройства (рисунок 4) выполнен из пластмассы ABS в силу своих прочностных характеристик и довольно большой популярности, что означает доступность и сравнительно невысокая стоимость. Само устройство подвешивается на стену, далее к нему уже подсоединяется блок питания на 100 Вт и сами источники света.

Рисунок 4. Конечный вариант блока управления светом

В ходе данной статьи, авторами был рассмотрен процесс разработки устройства с автоматической подсветкой с использованием технологии BLE. Ввиду отсутствия готового решения, авторами статьи была разработана электрическая принципиальная схема и корпус устройства. В качестве датчика присутствия была выбрана технология Bluetooth Low Energy ввиду низкого энергопотребления при сравнительно аналогичных характеристиках по сравнению с обычной технологией Bluetooth.

Cписок литературы:

1. Конструирование узлов и устройств электронных средств: учебное пособие / Д. Ю. Муромцев, И. В. Тюрин, О. А. Белоусов – Ростов н/Д: Феникс, 2013 – 540с, ISBN 978-5-222-20994-3.
2. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: Пер. с англ. – Изд. 2. – М.:Издательство БИНОМ. – 2014. – 704 с., ил., ISBN 978-5-9518-0351-1
3. Altium Designer Россия [Электронный ресурс]: Документация Altium Designer – Режим доступа: URL:  https://www.altium.com/documentation/ru/altium-designer