Собираем «умную розетку», не требующую интернета, Wi-Fi и программирования

В этом мини-обзоре я расскажу про один из простых методов решения распространённой проблемы – когда при включении-выключении одного устройства, надо управлять и питанием нескольких дополнительных устройств.

Вполне обычная ситуация – включили вы с помощью пульта ТВ приставку, и телевизор включился синхронно с ней. Это уже давно не диковинка и управление по HDMI (HDMI CEC) заложено в самом стандарте изначально. Но как быть, если надо подавать питание и на другое устройство, которое этот самый протокол не поддерживает? Это может быть, как и активная 5.1 акустическая система, так и ambilight подсветка, и тысяча других разнообразных устройств. В моем конкретном случае задача была такая – как только монитор моего ПК переходит в ждущий режим (т.е. за ним никто не сидит и не работает), гасить фоновую подсветку за монитором.  Приблизительно лет 15 назад, ещё во времена кинескопных телевизоров, я похожую проблему решал немножко по-другому – управление питанием телевизора происходило по детектированию видеосигнала на выходе спутникового ресивера. С современным монитором такое не проканает – он подключается по цифре, и конечно же, при желании, можно «врезаться» и в цифру, но я пошёл более простым путём – определением потребляемой мощности «головного» устройства, и управлением нагрузкой, соответственно измеренной мощности.

Сейчас очень модна тенденция «Умного дома», когда все действия делаются через онлайн, и теоретически, и управление подсветкой можно «привязать» к интернету. Но лично я очень скептически отношусь к таким решениям, и мне просто некомфортно, что данные, скажем, когда у меня в туалете горит свет, поступают куда-то на сервер в Китай или в США. Именно по этой причине, у меня нет ни экаунта гугл, ни банковского счёта, ни пейпала на свое имя :) Так что вариант с «онлайн розеткой» я даже и не рассматривал, а решил подумать про «оффлайновые» решения. 

На просторах интернета была найдена нижеприведённая схема, которая на поверку оказалась не совсем рабочей, и с помощью участников форума ixbt, была доведена до ума. Скажу сразу, вполне возможно, что схема не самая идеальная, её можно упростить или как-то ещё улучшить, но самое главное – она своё дело делает и проверена на нескольких разных конфигурациях – мониторы, телевизоры, ТВ боксы и даже игровые приставки.

Для желающих знать принцип работы схемы – краткое описание: Ток, проходящий через первую обмотку дросселя (трансформатора), наводит напряжение во второй обмотке, которое усиливается операционным усилителем, и выпрямляется и сглаживается цепочкой из выходного диода и конденсатора. Далее, полученное постоянное напряжение подаётся на вход второго ОУ, который включён в режиме компаратора, и порог переключения которого, настраивается подстроечным резистором.

Для изготовления устройства, понадобятся вполне доступные, ширпотребные электронные компоненты, общая стоимость которых не превышает 5$. Плату специально была разведена по простой топологии, с использованием только trough hole компонентов, для облегчения её изготовления, как и при помощи ЛУТ, так и при помощи ЧПУ фрезерного станка (Я делал на Roland EGX-350). Для особо эстетствующих, в прилагаемом к скачиванию архиве, есть и герберы для заказа плат в Китае – в них я дополнительно развёл дорожки и под SMD вариант использованного операционного усилителя. 

Список использованных компонентов:

— Операционный усилитель LM358 – 1 штука. (Любители винтажа могут использовать и КР1040УД1)

— DIP8 панель для ОУ (Опционально) – 1 штука.

— Любые выпрямительные диоды хотя бы на 0.1А тока – 4 штуки. Я использовал 1N4004 (Можно и Д226Б, КД105, Д161-200 и так далее)

— Резисторы 10К – 3 штуки, можно использовать любые типы и мощности, у меня часть на 0.125 вт, часть на 0.25 – взял первое, что попалось под руку.

— Резисторы на 100К, 220К, 33К, 1К и 4.7К – по одной штуке, требования по мощности те же, что и выше.

— Транзистор NPN проводимости на ток хотя бы 0.1А – 1 штука. Можно использовать BC547, 2N3904, S8050, C9013, КТ315, КТ3102, 2Т610А и многие другие.

— Электролитические конденсаторы на 10 и 100мкф и как минимум, на 6.3 вольт – по одной штуке. LowESR, 105C и другие MIL-SPEC тут не нужны, пойдут любые (ну, я бы конечно постеснялся ставить К50-3, ЭТО или К52-2, но это уже дело вкуса – работать будет и то и другое)

— Керамические (плёночные) конденсаторы 10мкф – 2 штуки, 0.1мкф – 1 штука.

— Реле типа SRD 5VDC-SL C – одна штука.

— Подстроечный многооборотный резистор на 10К – 1 штука.

— Дроссель от входного фильтра маломощного импульсного БП – 1 штука.

— Фольгированный текстолит или монтажная плата размерами не менее 64х52мм – 1 штука.

— Импульсный (а можно и трансформаторный) блок питания на 5В 0.1А – 1 штука.

— Желание что-то сделать своими руками, а не только срач в комментах разводить – без ограничения.

Для начала, надо аккуратно смотать с одной стороны дросселя обмотку, а вместо неё намотать 3-4 витка проводом потолще – это и будет «силовая» обмотка.

В остальном, всё вроде понятно и сложностей в сборке возникать не должно. Желательно, для улучшения токового режима, на силовые дорожки, по которым протекает ток нагрузок, напаять дополнительные проводники, или покрыть толстым слоем олова.

ВНИМАНИЕ: В схеме используется опасное для жизни напряжение в 220 вольт. Ни в коем случае не беритесь за сборку, если у вас нет опыта в подобных делах, лучше попросить кого-либо знающего.

После того как схема собрана и все соединения проверены, надо выставить регулятор резистора в крайне верхнее по схеме положение и можно подавать питание. Признак работоспособности – в момент подачи питания реле щёлкнет и отпустит. Если этого не произошло, внимательно смотрим схему и ищем, где же косяк. После того, как всё исправлено, можно перейти к настройке под конкретную нагрузку. Для этого, подключаем нагрузку, потребляемый ток которой следует отслеживать, к выводам, обозначенным на плате как TV, нагрузку, которой надо управлять, подключаем к контактам с маркировкой LED, а   сетевое напряжение подаём на вход, обозначенный как IN.

Для правильной настройки срабатывания, включаем устройство, режим работы которого надо отслеживать, в активный режим, и подкручиванием подстроечного резистора, добиваемся срабатывания реле. Крутить надо медленно, у схемы есть небольшая задержка, в приблизительно 1 секунду, и если крутить быстро, то нужную позицию можно «проскочить». После срабатывания реле, переводим отслеживаемое устройство в пассивный (дежурный) режим и проверяем, отключилось ли реле. Если не отключилось (некоторые устройства переходят в дежурный режим с задержкой, иногда до 3-5 секунд), то подкручиваем резистор на пару оборотов, пока нагрузка не отключится. После этого, опять переводим устройство в активный режим и смотрим, срабатывает или нет реле. Если не срабатывает, то значит, в предыдущем режиме резистор слишком перекрутили, и его надо немножко подкрутить в противоположенном направлении. Несмотря на «сложность» описания, на всю процедуру настройки уходит не более 2х минут. В особо тяжёлых случаях, когда отслеживаемая нагрузка прожорливая – скажем, плазменный телевизор или мощный проектор, надо будет увеличить номинал резистора R1 с 10К до 22, а то и 33К. С указанными же на схеме номиналами, устройство чётко и стабильно отслеживает изменение в потребляемой мощности в пределах 5-100вт, что вполне достаточно для практически любого современного телевизора или монитора.

Изначально, размер платы был подогнан с учётом её установки в стандартную NEMA коробочку, платы даже были заказаны в китае, но по своей оплошности, запустил в производство промежуточный, нерабочий вариант схемы, так что пришлось делать заново уже дома. Установка колодки с контактами не планировалось, но назло, тот фольгированный текстолит что у меня был в этот момент, имеет очень тонкий слой фольги, и при пайке, толстые провода его просто-напросто отрывают. По этому, пришлось ставить колодку, а с колодкой в этот корпус уже не влезло, пришлось подбирать корпус побольше. Для экономии места и простоты подключения, в качестве разъёмов использовал кабель UPS<>PC, который был разрезан посередине и подключён соответственно к входу и выходу устройства. Ну а для подключения управляемой нагрузки, использовал обычный провод с припаянной розеткой на конце.

При желании, блок питания можно исключить, а питание +5V получать по шине USB — это даст ещё один плюс — при отключённом ПК, не будет лишнего потребления эл. энергии.  Неплохо было бы добавить стабилитрон в цепь опорного напряжения — сейчас оно привязано к питающему напряжению, и если оно у вас «дышит», вполне возможны ложные срабатывания. Также, можно блок питания переделать на безтрансформаторный (Рекомендую почитать вот этот документ, если возникнет желание по переделке схеме питания), компоненты все применить SMD, а реле заменить на симистор. Всё это вместе, позволит серьёзно уменьшить размер всего устройства, и по идее, его можно будет размещать прямо в корпусе сетевого удлинителя.  Я плотно работаю над этим вопросом в данный момент, и обязательно опубликую follow up, если будут заметные успехи.

Файлы для скачивания доступны по адресу: https://gofile.io/d/0uoAsz

Архив содержит исходный рисунок платы в формате Sprint Layout 6.0, Комплект герберов и сверловок, подготовленных соответственно требованиям Expresspcb, jlcpcb и так далее (файл forchina.zip) и отзеркаленный гербер файл для любителей ЛУТ :)