E’ da un po’ di tempo che volevamo proporre un articolo che andasse a coprire un obiettivo preciso: la domotica

Il prototipo che presentiamo in questa pagina e’ il primo progetto di una serie di schede dedicate a rendere piu’ efficiente l’ambiente abitativo. Abbiamo cominciato con il proporre una soluzione specifica per realizzare un antifurto ed un controllo tende o tapparelle.

Volevamo realizzare una scheda che avesse queste caratteristiche:

• Montasse a bordo dei rele’ per pilotare dei carichi. Ne abbiamo inseriti tre con l’intento di controllare una tapparella ed un eventuale ausiliario quale, ad esempio, una luce.
• Disponesse di un buon numero di ingressi ed uscite programmabili dall’utente. Abbiamo deciso di utilizzare un espansore di ingressi/uscite collegato all’SPI. 5 di queste linee sono disponibili su connettori “a vite”. Possono essere utilizzati, ad esempio, per monitorare lo stato dei contatti antifurto presenti su una o due finestre (e ne rimangono anche liberi per il tamper!)
• Avesse un efficiente sistema di comunicazione. Per questo motivo abbiamo aggiunto un’interfaccia RS485
• Avesse a bordo un microcontrollore facilmente programmabile…. qui la scelta e’ stata ovvia: Atmel 328; lo stesso presente su Arduino UNO.
• Potesse accogliere uno dei numerosi shield gia’ in commercio comportandosi come un normale Arduino
• Potesse essere programmato dall’IDE di Arduino, come una normale Arduino UNO
• Fosse cosi’ piccola da poter essere alloggiata in una normale scatola 503

Tutto questo e’ in fase di pre-produzione e test ma vi possiamo offrire l’anteprima dello schematico ed un paio di fotografie del prototipo.

Domoduino 12 Schematico

Noi tutto questo l’abbiamo chiamato “Domoduino 12″.

Le prime foto del prototipo mostrano i tre rele’ e una serie di connettori “a vite” ai quali e’ possibile collegare sensori e/o interruttori quali, ad esempio, i contatti posti sulle finestre… ma non solo! Poiche’ i connettori fanno capo alle linee dell’espansore SPI esse possono essere “convertite” in uscite digitali 0/5V gestibili dal software sull’Atmel. Il microcontrollore e’ programmabile attraverso un normale adattatore USB2Serial, come quello utilizzato per programmare l’Arduino Ethernet. A tal fine basta selezionare come target una Arduino UNO ed effettuare l’upload dello sketch proprio come se si stesse lavorando con essa.

Domoduino 12 - Il primo prototitpo

Subito a fianco dei tre rele’ troviamo il connettore destinato all’alimentazione (i poli piu’ esterni) ed alle connessioni RS485 (le due viti centrali) utili per far dialogare Domoduino 12 con il resto dell’impianto domotico.

Infine, in colore blu, i connettori destinati ad alloggiare gli shield compatibili con Arduino.

Domoduino 12 - Il primo prototipo

A seguito di alcuni feedback ricevuti dagli utenti del forum di Arduino si è deciso di effettuare alcune modifiche al progetto originale.

La modifica più importante riguarda lo stadio di alimentazione. Si è deciso di sostituire il regolatore di tensione lineare con un più efficiente e versatile switching. Questo permette di estendere la tensione di alimentazione in un range più popolare nei sistemi di domotica: 24V. Anche i relè verranno alimentati da questa tensione sgravando l’alimentatore della corrente necessaria al loro funzionamento.

Abbiamo incominciato a testare il nuovo alimentatore costruendo un primo prototipo dello stadio; lo potete vedere nell’immagine qui sotto.

Domoduino12 - Prototipo alimentatore switching

Le misurazioni del prototipo sono state fatte introducendo una resistenza da 1 ohm in serie all’induttore dello switching. Questo si è reso necessario data la mancanza di una sonda di corrente adeguata allo scopo. La misura della tensione ai capi della resistenza, proporzionale alla corrente che fluisce in essa, è un buon sostituto pur introducendo una penalizzazione nel calcolo dell’efficienza dello stadio.

Domoduino12 - Misurazioni dello stadio di alimentazione switching

Il canale1 (la riga gialla) misura l’uscita dello stadio (circa 5V); il canale2 e’ collegato all’ingresso (31.4V). I canali 3 e 4, invece, sono collegati a un resistore appositamente inserito in serie all’induttanza dello switching. La differenza di tensione ai suoi capi e’ proporzionale alla corrente che fluisce in essa (ossia nel carico). Essa e’ visualizzata, come differenza, dalla riga rossa. Al di sotto della schermata dell’oscilloscopio sono riportate due miniature delle misurazioni di corrente all’ingresso (a sinistra) e all’uscita dello stadio di alimentazione.
Dai dati misurati si puo’ abbozzare un calcolo dell’efficienza dello stadio:

Pin = Vin x Iin = 31.4*0.10 = 3.14W
Pout = Vout x Iout = 5.4*0.43 = 2.32W

ossia una efficienza E = Pout/Pin *100 = 73.8%