AVT-966.pdf

Karta przekaźników z interfejsem Ethernet

Karta przekaźników

z interfejsem Ethernet

AVT–966

Kontynuując serię projektów

opartych na interfejsie Ethernet

proponujemy tym razem kartę

przekaźników sterowaną poprzez

stronę internetową. Karta

zawiera 4 przekaźniki i jest

dodatkowo wyposażona w 4

wejścia cyfrowe. Oprócz głównej

funkcji sterującej może więc

pełnić także funkcję nadzorującą

cztery linie wejściowe.

Rekomendacje:

przedstawiamy kolejny projekt

realizujący sterowanie układami

domowej automatyki poprzez

Internet.

Zastosowane na karcie przekaź-

niki mogą sterować zarówno ob-

wodami stałoprądowymi (na przy-

kład 12 V), jak również zasilanymi

z sieci energetycznej 230 V. Obcią-

żalność styków pozwala przełączać

prądy o maksymalnym natężeniu

równym 10 A.

Stany wejść cyfrowych, stany

przekaźników oraz przycisków umoż-

liwiających zmianę stanów przekaź-

ników prezentowane są na genero-

wanej przez procesor stronie inter-

netowej. Zaletą takiego rozwiązania

jest uniwersalność, gdyż do obsługi

karty nie jest wymagane dodatko-

we oprogramowanie uruchamiane

na komputerze sterującym, wystar-

czy sama przeglądarka internetowa.

Dzięki temu do obsługi karty prze-

kaźników można zastosować dowol-

ny komputer z dowolnym systemem

operacyjnym (np. Windows, Linux).

Bez przeszkód, do sterowania moż-

na także zastosować komputer typu

PocketPC, czy nawet telefon komór-

kowy. Jedynym wymaganiem urzą-

dzenia sterującego jest dostęp do

Internetu i możliwość wyświetlenia

strony internetowej. Podstawowym

ogniwem, w którym może odbywać

się komunikacja z kartą przekaźni-

ków jest lokalna sieć LAN przy-

porządkowana do jednego routera.

Jeśli taka sieć udostępnia dodatko-

wo dostęp bezprzewodowy, to kartę

można kontrolować również w spo-

sób bezprzewodowy (karta jest do-

łączana przewodowo, ale komputer

może mieć bezprzewodowy dostęp

do sieci LAN). Poza obsługą w ob-

rębie jednej sieci możliwe jest też

sterowanie z odległego miejsca po-

przez sieć Internet. W takim jednak

przypadku konieczne jest odpowied-

nie skonﬁgurowanie routera, tak

aby przekierowywał port o numerze

80 na wewnętrzny adres IP przy-

dzielony dla karty przekaźników.

Pomimo tego, że układ stano-

wi gotowe rozwiązanie, to istnieje

możliwość jego modyﬁkacji poprzez

zmianę sposobu wyświetlania strony

internetowej. W domyślnej stronie,

stany wejść oraz stany przekaźni-

ków są reprezentowane w postaci

dwóch tabel. Strona jest zapisywana

w nieulotnej pamięci EEPROM, tym

samym można ją wielokrotnie mo-

dyﬁkować. W dalszej części artykułu

zostanie opisana budowa domyślnej

strony ze wskazaniem parametrów,

których należy użyć we własnym

projekcie, aby poprawnie wyświe-

tlać stan wejść i wyjść karty.

Zastosowany interfejs etherneto-

wego został zaimplementowany na

układzie RTL8019, który umożliwia

PODSTAWOWE PARAMETRY

• Płytka o wymiarach 110x100 mm

• Zasilanie 12 V/200 mA

• Tryb dynamicznego pobierania adresu

sieciowego (DHCP)

• Możliwość pracy ze stałym adresem IP

• Możliwość zmiany adresu MAC urządzenia

• Liczba wejść cyfrowych: 4

• Liczba wyjść przekaźnikowych: 4

• Obciążalność wyjść przekaźnikowych: 10 A

• Obsługa przez przeglądarkę internetową

• Możliwość sposobu wyświetlania strony

internetowej

• Konﬁgurowanie karty przez port szeregowy

• Zapis strony internetowej przez port szere-

gowy lub sieć LAN (FTP)

• Sygnalizacja stanu pracy diodami LED

Elektronika Praktyczna 2/2007

PROJEKTY

Karta przekaźników z interfejsem Ethernet

komunikację z prędkością 10 Mb/s.

Przewidziano pracę karty zarówno

w trybie dynamicznego pobierania

adresu IP, jak również ustalania

statycznego. Z uwagi na fakt,

że wszystkie karty domyślnie

posiadają ten sam adres MAC,

istnieje możliwość jego zmiany.

Dzięki temu będzie możliwa

praca kilku kart w jednej sieci

LAN. Do konﬁguracji parame-

trów karty został zastosowany

port szeregowy RS232.

PIC18F452. Posiada on 32 kB pa-

mięci programu oraz 1,5 kB pamięci

RAM. Ze względu na to, że w ro-

dzinie układów PIC18 jedno sło-

wo pamięci programu ma długość

16 bitów, więc do dyspozycji jest

Budowa

Schemat elektryczny karty

jest przedstawiony na rys. 1 .

Można podzielić go na dwa

bloki funkcjonalne: blok inter-

fejsu sieci LAN i blok sterują-

cy.

Za komunikację w warstwie

sieciowej odpowiada gotowy

moduł ethernetowy. Zastoso-

wano układ RTL8019AS wraz

z elementami wymaganymi do

jego pracy. Od strony siecio-

wej znajduje się złącze RJ45,

które służy do podłączenia ze

switchem sieciowym. Sygnały

służące do komunikacji z pro-

cesorem zostały wyprowadzone

na dwa złącza szpilkowe. Mo-

duł nie jest skonﬁgurowany do

pracy w trybie umożliwiającym

bezpośrednią współpracę z pro-

cesorem, w związku z czym od-

powiednie stany na wejściach

adresowych wykonane są ze-

wnętrznie na płytce karty prze-

kaźników.

Układ RTL8019AS jest kon-

ﬁgurowany do pracy w trybie

8–bitowym, co pozwala na do-

łączenie do niego mikrokon-

trolera, używając do tego mi-

nimalnej liczby wyprowadzeń.

Sygnały SD0...SD7 stanowią

dwukierunkową magistralę ko-

munikacyjną, dla której kieru-

nek przesyłania danych wyzna-

czają sygnały IOR i IOW. Linie

A0...A4 są wejściami adresowy-

mi umożliwiającymi ustawienie

adresów rejestrów wewnętrz-

nych służących do konﬁgura-

cji parametrów pracy układu

RTL8019AS. Pozostałe linie ad-

resowe są ustawione na stałe

poprzez dołączenie do masy

lub do plusa zasilania.

G ł ó w n y m e l e m e n -

tem całego urządzenia

jest mikrokontroler typu Rys. 1. Schemat elektryczny karty przekaźników

Elektronika Praktyczna 2/2007

Karta przekaźników z interfejsem Ethernet

się natomiast przez port RS232,

do obsługi którego został zasto-

sowany typowy konwerter napięć

– układ MAX232. Sygnały pocho-

dzące z komputera kierowane są do

złącza CON2, dalej do układu US2

i do procesora. Do transmisji da-

nych wykorzystano tylko linie RxD

i TxD bez linii sprzętowego stero-

wania przepływem danych (CTS,

RTS). Interfejs szeregowy służy do

ustawiania parametrów sieciowych

karty za pomocą komputera. Wy-

magane jest do tego wprowadzenie

procesora w tryb programowania, co

wykonuje się za pomocą przycisku

„S”. Do sygnalizacji pracy proceso-

ra służy dioda D2. Układy cyfrowe

karty oraz moduł ethernetowy są

zasilane napięciem 5 V uzyskanym

ze stabilizatora (US3). Na jego wej-

ściu znajduje się dioda zabezpie-

czająca przed dołączeniem napięcia

zasilającego o nieprawidłowej pola-

ryzacji.

Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce karty przekaźników

Montaż

Karta przekaźników została

zmontowana na płytce przedstawio-

nej na rys. 2 . Dzięki zastosowaniu

zintegrowanego modułu etherneto-

wego uniknięto konieczności mon-

towania elementów SMD. Pozostaje

tylko wlutowanie kilku elementów

„przewlekanych”, do czego nie jest

potrzebna specjalna lutownica, ani

też nadzwyczajna precyzja. Mon-

taż elementów należy rozpocząć

od elementów najmniejszych (rezy-

story, diody, ale bez LED–ów). Na-

stępnie wlutowywane są podstaw-

ki pod układy scalone, tranzystory

i kondensatory. Stabilizator US3

powinien być zamontowany w po-

zycji leżącej. W ostatnim etapie

umieszczamy na płytce wszystkie

złącza oraz przekaźniki. Moduł

ethernetowy jest umieszczony nad

procesorem. W miejscu przeznaczo-

nym dla złączy należy wlutować

dwa gniazda typu Goldpin. Na

samym końcu do płytki powinny

być wlutowane diody świecące,

których wysokość należy dostoso-

wać tak, aby wystawały ponad po-

zostałe elementy.

Do zasilania układu wymagany

jest zasilacz o napięciu wyjścio-

wym 12 V i wydajności prądowej

minimum 200 mA. Dodatkowo do

połączenia z hubem lub switchem

będzie potrzebny kabel sieciowy

(skrętka komputerowa zakończona

wtykami RJ45).

16 k słów. Procesor jest taktowany

sygnałem o częstotliwości 20 MHz

wygenerowanym przy pomocy rezo-

natora kwarcowego X1. Zerowanie

po włączeniu zasilania następuje

w wyniku wytworzenia odpowied-

niego impulsu poprzez wewnętrzny

blok zerowania, dlatego na wejściu

!MCLR jest na stałe wymuszony

stan wysoki poprzez dołączony re-

zystor R3. Magistrala danych jest

obsługiwana przez port RD oraz

sygnały sterujące (IOR i IOW) połą-

czone z portem RE. Linie adresowe

są dołączone do portu RB.

Wejścia pomiarowe zostały utwo-

rzone z wyprowadzeń RA0...RA4

portu RA. Sygnały wejściowe kie-

rowane są ze złączy CON3 i CON4

do procesora przez układ zabezpie-

czający przed zbyt wysokim napię-

ciem. Na każdej z linii została za-

stosowana dioda Zenera, która wraz

z szeregowym rezystorem ogranicza

wartość napięcia wejściowego do

około 5 V. Sterowanie przekaźnikami

odbywa się poprzez wyprowadzenia

RC0, RC1, RC2, RC5. Na każdym

z wyjść znajduje się wzmacniacz

tranzystorowy oraz dioda świecą-

ca, sygnalizująca stan

przekaźnika. Dodatko-

we diody prostowni-

cze D3...D5 służą do

zabezpieczenia tranzy-

storów przed wysokim

napięciem indukowa-

nym w cewkach prze-

kaźników. Ich styki

zostały dołączone do

złączy CON5...CON8.

Zawartość strony inter-

netowej jest przecho-

wywana w zewnętrz-

nej pamięci EEPROM

(US4) o pojemności

32 kB. Komunikacja

z pamięcią odbywa

się poprzez magistralę

I 2 C. Wymiana danych

z komputerem odbywa

Rys. 3. Przykładowa konfiguracji programu Hyperter-

minal

Elektronika Praktyczna 2/2007

Karta przekaźników z interfejsem Ethernet

Rys. 4. Menu wyświetlone w oknie Hyperterminala umoż-

liwiające zmianę konfiguracji karty

adres jest pobie-

rany dynamicz-

nie z routera. Je-

śli karta zostanie

skonﬁgurowana do

takiego przydziela-

nia adresów, to po

włączeniu zasila-

nia karty, pobierze

ona adres automa-

tycznie, a informa-

cja o tym zostanie

wysłana do kom-

putera przez port

szeregowy. Pozwo-

li to na ustalenie,

pod jakim adresem

znajduje się karta

bez konieczności

sprawdzania tego

w routerze. Informacja o przydzie-

lonym adresie IP jest wysyłana do

komputera po każdym jego pobra-

niu (przy włączeniu zasilania) lub

zmianie. Z reguły router zapamiętu-

je adres MAC urządzenia i przy ko-

lejnym jego „pojawieniu” się przy-

dziela ten sam adres. W przypadku

jednak rekonﬁguracji urządzeń sie-

ciowych, przydzielony adres może

ulec zmianie i ponownie trzeba

będzie „odnaleźć” adres karty. Aby

mieć pewność, że karta zawsze bę-

dzie miała ten sam adres, można

zastosować adres statyczny, który

jest ustalany w trybie konﬁguracyj-

nym karty przekaźników. W tryb

ten procesor jest wprowadzany po-

przez włączenie zasilania po wcze-

śniejszym naciśnięciu i przytrzy-

maniu przycisku „S”. W oknie Hy-

perterminala zostanie wyświetlone

menu umożliwiające zmianę opi-

sanych parametrów ( rys. 4 ). Dioda

„System” będzie świeciła w sposób

ciągły. Daną pozycję menu wybiera

się z klawiatury komputera poprzez

wskazanie przypisanej do niej cyfry.

Pierwsza pozycja „Change Board se-

rial number” służy do zmiany nu-

meru seryjnego sterownika. Podana

liczba może się zawierać w prze-

dziale od 0 do 65535. Zmiana nu-

meru seryjnego jest tak naprawdę

zmianą MAC adresu urządzenia. Za-

programowany procesor jako MAC

adres przyjmuje domyślną wartość

00–04–A3–00–00–00. MAC adres jest

identyﬁkatorem danego urządzenia

i w jednej sieci każde urządzenie

musi mieć inny adres. Aby moż-

liwe było użycie więcej niż jednej

karty, konieczna jest zmiana jej

adresu. Wykonuje się to zmienia-

jąc numer seryjny. Zmiana dotyczy

czterech ostatnich znaków tego ad-

resu (00–04–A3–00–XX–XX). Należy

zwrócić uwagę na to, że wartości

są zapisane w kodzie hexadecymal-

nym, możliwe jest więc uzyskanie

65535 różnych adresów.

Opcja „Change default IP ad-

dress” pozwala na ustawienie sta-

tycznego adresu IP. „Change de-

fault gateway address” umożliwia

ustawienie adresu bramy interne-

towej dla pracy ze statycznym ad-

resem IP. „Change default subnet

mask” pozwala na ustawienie ma-

ski podsieci dla pracy ze statycz-

nym adresem IP. „Enable DHCP &

IP Gleaning” konﬁguruje procesor

do dynamicznego pobierania adresu

IP. „Disable DHCP & IP Gleaning”

powoduje wyłączenie dynamicznego

pobierania adresu IP i przełączenie

procesora w tryb statyczny, stosując

wcześniejsze ustawienia parametrów

trybu statycznego.

Przykładowe parametry dla pra-

cy ze stałym IP mogą być następu-

jące:

Adres IP: 192.168.1.5

Maska podsieci: 255.255.255.0

Adres Bramy: 192.168.1.1

Ustawienia te są jednak zależne

od konﬁguracji sieci lokalnej, i dla-

tego maska podsieci i adres bramy

mogą być inne. Niezbędne informa-

cje o sieci można uzyskać logując

się do routera.

Po prawidłowym zmontowaniu

układu i dołączeniu zasilania dioda

świecąca D2 będzie błyskała. Do

pełnego uruchomienia układu nale-

ży dodatkowo połączyć go z kom-

puterem poprzez port szeregowy za

pomocą złącza CON2. Pozwoli to na

ustawienie i odczytanie parametrów

pracy układu. Do tego celu w kom-

puterze musi zostać uruchomiony

program terminala obsługujący port

szeregowy (na przykład Hypertermi-

nal). Przykład konﬁguracji programu

jest przedstawiony na rys. 3 .

Oprogramowanie karty umożli-

wia pracę ze statycznym oraz dy-

namicznym adresem IP. Domyślnie

List. 1. Zawartość pliku index.htm

<HTML>

<HEAD>

<TITLE>Karta przekaźników</TITLE>

</HEAD>

</FRAMESET>

</HTML>

List. 2. Zawartość pliku status.cgi

<head><title>Web Server Status</title></head>

<tr><td colspan=4>Wejścia</td></tr>

</thead>

</tfoot>

<col>

</colgroup>

<tbody>

</tbody>

</table>

</center></body></html>

Elektronika Praktyczna 2/2007

Karta przekaźników z interfejsem Ethernet

List.3 Zawartość pliku command.cgi

<html>

<head><title>Web Server I/O Control</title></head>

<tr><td colspan=4>Stan przekaźników</td></tr>

</thead>

</tfoot>

<col>

</colgroup>

<tbody>

</td>

</tr>

</tbody>

</table>

</form>

</body></html>

Uruchomienie pliku index.htm

w przeglądarce internetowej powo-

duje wyświetlenie zawartości pliku

status.cgi oraz poniżej command.

cgi. Modyﬁkując zawartość pliku

status.cgi można zmienić sposób

wyświetlania stanów wejść cyfro-

wych, natomiast modyﬁkując plik

command.cgi zmieniony zostanie

sposób wyświetlania stanów i ste-

rowania przekaźnikami.

Podczas modyﬁkacji należy pa-

miętać, że wszystkie operacje są

wykonywane na rejestrach, które

mają przypisane adresy. Przy od-

czycie informacji, podanie kon-

kretnego adresu zwróci wartość

parametru do niego przypisanego.

W pliku źródłowym strony, są to

parametry poprzedzone znakiem

„%”. I tak adresy %00, %01, %02,

%03 odpowiadają stanom wejść

cyfrowych, natomiast adresy %04,

%05, %06, %07 stanom przekaźni-

ków. Do zmiany stanów przekaźni-

ków przypisanie adresów jest takie

samo, ale procesor traktuje to jako

polecenie zmiany stanu. Działa-

nie procesora jest uzależnione od

tego, czy adres został podany do

odczytu, na przykład wypełnienia

komórki tabeli, czy do zapisu, na

przykład poprzez naciśniecie przy-

cisku. Konkretne parametry należy

podać przy deﬁniowaniu przyci-

sków oznaczonych jako P1...P4 lub

odpowiednich komórek tabeli. Zmo-

dyﬁkowaną stronę należy następnie

skompilować i wgrać do pamięci

EEPROM karty.

Po dokonaniu zmian w wersji

źródłowej strony należy uruchomić

kompilator z odpowiednimi parame-

trami. Aby ułatwić ten proces, na

Rys. 5. Okno przedstawiające stany sygnałów

wejściowych doprowadzonych do karty oraz stany

przekaźników

informacja o ich aktu-

alnym położeniu. Jeśli

przekaźnik jest załączo-

ny, to pojawi się napis

„ON”, w przeciwnym

przypadku widoczny bę-

dzie napis „OFF”. Stro-

na jest automatycznie

odświeżana co trzy se-

kundy, zapewniając tym

samym aktualizację wy-

świetlania stanów wejść

cyfrowych w takim od-

stępie czasu. Informa-

cja o stanie przekaźni-

ków jest aktualizowana

w trzech przypadkach:

w momencie urucho-

mienia strony, zmiany stanu do-

wolnego przekaźnika oraz ręcznego

odświeżenia strony.

Z uwagi na róż-

norodność zasto-

sowań karty prze-

kaźników, sposób

wyświetlania sta-

nów poszczególnych

wejść oraz sposób

sterowania przekaź-

nikami można dosto-

sować do własnych

potrzeb poprzez

modyﬁkację strony

zapisanej w pamię-

ci EEPROM. Strona

domyślna składa się

z trzech plików: in-

dex.htm, status.cgi

i command.cgi. Ich

źródła są przedsta-

wione na list. 1...3 .

Funkcja „Download MPFS ima-

ge” służy do zapisania strony in-

ternetowej do pamięci EEPROM

sterownika.

„Save & Quit” powoduje zapi-

sanie wcześniej podanych parame-

trów do pamięci i wyjście z trybu

programowania.

Po ustawieniu wszystkich para-

metrów, wybranie przydzielonego

do karty adresu w formacie htt-

p://192.168.1.5 spowoduje wyświe-

tlenie strony przedstawionej na

rys. 5 . Storna jest podzielona na

dwie części. W górnej tabeli przed-

stawiono stan wejść karty, w której

„0” reprezentuje stan logicznego

zera na wejściu karty, a „1” stan

logicznej jedynki. W drugiej tabe-

li znajdują opcje dotyczące stanu

przekaźników. Przyciski P1...P4 słu-

żą do zmiany stanu przekaźników,

natomiast nad nimi znajduje się

Rys. 6. Okno wyświetlane podczas transferu danych

do pamięci umieszczonej na karcie przekaźników przy

wykorzystaniu portu szeregowego

Elektronika Praktyczna 2/2007

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: