Устройство для проверки розеток

Как разрабатывали беспроводную розетку 220В для EctoControl.

Как разрабатывали беспроводную розетку 220В для EctoControl.

Ни для кого не секрет, что Умный дом в первую очередь – это всякие беспроводные лампочки, самокрутящиеся моторчики, самооткрывающиеся ворота гаража и самодвижущиеся шторы, приходящие в движения от одного запаха их приближающегося хозяина. Одним словом, полноценное управление электроприборами – это уже почти умный и почти дом. А поскольку самый распространенный электроприбор, жаждущий умного удаленного управления, по многолетней традиции нашей необъятной родины оснащен шнуром и соединителем типа CEE 7/4 «Schuko», он же тип С2 согласно ГОСТ 7396.1-89 (в простонародье «евровилка») – сделать управление такими электроприборами хотелось давно и многим. Настала и наша очередь хотеть. У нас будет своя розетка, с радиосетью и скидками!

Никакая инженерная разработка невозможна без плана.

План у нас есть. Хороший. Но обо всем по порядку:

• питаемся от бытовой электросети 220В, непременно с заземлением;
• управляем электроприбором на всю катушку (не противореча ГОСТу, конечно, то есть до 16А);
• габариты – чем меньше, тем лучше;
• управлять удаленно по радиоканалу (GSM, WiFi, Bluetooth…);
• возможность управления по неким предопределенным алгоритмам (поддержание температуры, работа по расписанию);
• ручное управление для экстренного включения и отключения пальцем (на Умны Дом надейся, да береги жизнь смолоду);
• легкая настройка и эксплуатация (чтобы бабушке на 80-летие подарить можно было и не прогадать);
• возможность легкой покупки и управления нескольких розеток (а лучше – нескольких десятков розеток, вдруг бабушка – подруга жизни дедушки – нефтяного магната);
• невысокая стоимость владения розеткой (для каждой розетку свою SIM-карту покупать или свое приложение устанавливать даже нефтяная бабушка вряд ли согласится, ведь все эти магнаты – жмоты зачастую ужасные).

Действуем!

Помечтали? Тогда спустимся с небес под крышу дома своего и оглядимся вокруг, ибо посмотреть есть на что. Вот такие устройства аналогичного принципа действия предлагает современный рынок:

Вдумчивый анализ показал, что наш забористый план реализован мировым прогрессивным сообществом по всем пунктам без исключений. Однако мысль какой-то несовершенности предлагаемых решений начала терзать нас с самого начала и со временем беспокоила все больше и больше. Спустя пару вечеров нас посетил простой вывод: ни одно из имеющихся решений не удовлетворяет всем пунктам сразу. А вот это уже интереснее. Попробуем устранить это недоразумение?

Как рассказывали нам в техническом вузе, дома танцуют от печки, а в электронике – от электропитания. Ищем варианты еврокорпусов с веровилками и евророзетками, не забывая о заземлении и габаритах. Находим вот это:

Какая-то она слишком белая и безмолвная, прямо по Джеку Лондону. Но то такое, а у нас сначала будет слово! Вот, уже что-то получается:

Теперь разберемся с управлением. Казалось бы, самое простое решение – GSM розетка. Модем в нее да SIM-карты слот, реле мощное и все, управляй себе SMS-ками. Ну или позвонить на нее можно будет, голосовое меню нам поможет. Представьте: ваша подруга/жена/теща просыпается среди ночи и спрашивает: с каким-таким обладателем девичьего голоса ты там воркуешь в темноте? А вы им в ответ – «спи давай, я в туалете свет выключить забыл, звоню вот, выключаю». Милота!

Ну ладно, про периодические звонки и сообщения паре десяток розеток мы вспоминать не будем. Вряд ли кто-то купит пару десятков сим-карт и занесет их все в записную книжку, обзванивая их в надежде не запутаться.

Тогда, может быть, WiFi? Загнал все розетки в приложение и управляй ими сколько влезет, домашний WiFi нам пока по цене воздуха обходится, платим только за интернет, да и то привыкли. Но получается неувязка с простотой использования: нужно как-то сказать розетке, к какой сети и с каким паролем подключиться. Конечно, можно снабжать каждую розетку QR-кодом, а потом сканировать его камерой смартфона из приложения управления. Но для управления такой розеткой через интернет потребуется создать и настроить сервер-посредник при выполнении команд приложения, либо работать с ней только локально, а такие решения в категорию «умный дом» попадают чуть менее, чем никак. Поднимать сервер и обслуживать его годами, честно говоря, избыточно для такого простого случая, да и надежность от этого не увеличивается. Случай с Bluetooth еще менее интересен. Его радиус действия сильно ограничен, да и с настройками не мы одни сыны ошибок трудных, там тоже не все однозначно.

А потом осенило нас: ведь есть же EctoControl! Радиосеть – есть, WiFi – есть, приложение – есть, GSM – есть, программы контроля поддержания температуры есть, работы по расписанию есть, даже по сигналу тревоги с датчиков управление имеется!

Делаем плату. Ставим реле на 16А, разводим приемопередатчик и контроллер радиосети, не забываем и про источник питания. Сами его проектировать не будем, возьмем готовый модуль. Ах, да, не забываем про защиту от перенапряжений в сети: плавкий предохранитель хоть и обесточит нашу розетку в случае повышения входного напряжения, но спасет от разрушения и нагрузку, и саму себя.

Двух светодиодов и одной кнопки хватит всем.

Теперь, пока программисты заняты адаптацией прошивки системы, займемся интерфейсом. Кнопка у нас всего одна, индикатор тоже один. В них нужно «зашифровать» очень многое: индикацию включения и отключения в ручном и автоматических режимах, индикацию программирования розетки в систему и тест радиосвязи. Для кнопки «зашифровываем» перевод розетки в режим программирования в радиосети, в режим проверки радиосвязи, включение и выключение розетки в ручном режиме.

Делаем так. Индикатор делаем двухцветным: красный цвет говорит нам о состоянии реле (включено или выключено), зеленый – режим работы с радиосетью. Зажигаться они будут только поочередно, никакой цветовой «каши», никаких новогодних елок. Выглядит индикация так:

Автоматический режим (система управляет розеткой сама по своему усмотрению):

• красный индикатор горит – реле включено, не горит – отключено.

Ручной режим (активируется нажатием кнопки):

• красный горит с короткими погасаниями – реле включено, не горит с короткими вспышками – отключено.

При переходе в режим программирования в радиосети красный индикатор гаснет полностью, загорается зеленый. Как и во всех беспроводных датчиках системы EctoControl переход в режим программирования начинается с короткого свечения зеленого индикатора и заканчивается одной или несколькими вспышками: одна длинная вспышка – программирование не удалось, три коротких – программирование успешно завершено. Режим проверки радиосвязи – постоянное моргание, чем чаще вспышки – тем связь лучше.

В отличие от вышеупомянутых датчиков для перевода радиорозетки в режим программирования в радиосети никаких магнитов не нужно, ведь у нас уже есть кнопка! Чтобы не путать нажатие кнопки с целью включить или выключить розетку с переходом в режим программирования или проверки связи делаем так: переключение реле в ручном режим будет производиться только после длительного удержания кнопки (свыше 5 секунд), переход в режим программирования – нажатие на 1 секунду, проверка радиосвязи – нажатием на 3 секунды.

Добавляем возможность управления радиорозеткой в Личном кабинете и в приложении. Не забываем и о возможности добавления радиорозетки в программы управления наравне со встроенными реле.

Приемосдаточные испытания.

А теперь – финальное тестирование. Что бы нам такого подключить к розетке, светящееся, греющееся и многопотребляющее? Универсальное устройство для проверки силовых розеток с индикацией состояния и инфракрасным излучением было быстро найдено, ибо как раз настало время обеда: таким устройством стал обычный электрический чайник. Пока мы отнимаем чайник у любителей обеденного кофе и плюшек, программисты закачивают свежий билд прошивки в микроконтроллер:

Итак, начинаем! Воде занять свое место в чайнике, систему унести подальше на склад, чтобы проверить устойчивость радиоканала, программистам приготовиться ловить баги. Поехали!

Что получилось?

• управление по SMS;
• управления с сайта ЛК;
• управление из приложения;
• автоматическое управление по программам поддержания температуры, по расписанию, по тревоге датчиков;
• управление вручную с кнопки;
• возможность управление чрез интернет и локально, при локальном управлении сети GSM и WiFi можно не использовать;
• радиосеть 868 МГц, до 300м на открытом пространстве;
• до 32 независимых радиорозеток;
• невысокая стоимость приобретения и нулевая стоимость владения (все расходы на владение уже заложены в эксплуатацию самой системы);
• ну и конечно же скидки при приобретении от двух розеток и выше!

Подводим итоги.

Вот и готова наша радиорозетка. Чем она поможет в нашем не в меру Умном доме?

удаленная перезагрузка роутера или компьютера: один клик, и «подвисшее» оборудование снова в строю!

Вот так, с помощью нехитрых решений можно превратить обычную радиорозетку в полноценный управляющий элемент Умного дома на основе системы EctoControl.

Кстати, приложения для EctoControl давно доступны.

Разнообразие мультиметров

Сегодня выпускается большое количество разновидностей таких тестеров. Все они подразделяются на два типа – стрелочные (аналоговые) и цифровые (индикаторные).

Стрелочные аналоговые тестеры

Стрелочные измерительные приборы были распространены и популярны в конце прошлого столетия, когда карманные цифровые ещё только появлялись на рынке и были очень дороги. Стрелочниками пользовались тогда все инженеры-электронщики, электрики. У этих приборов есть один недостаток – стрелки показывают немного заниженное значение напряжения, а также силу тока в розетке. Связано это с инертностью отклонения стрелки, показывающей не пиковые, а эффективные значения параметров переменного тока и напряжения.

Но достаточно попрактиковавшись, можно успешно использовать и стрелочный тестер. Как измерить силу тока в каком-либо схемотехническом узле или разность потенциалов – зависит от устройства переключателя и шкалы каждого конкретного прибора. Для начинающих замеры представляют определенные трудности, так как не всегда понятна градация шкалы, а также то, с какой из нескольких шкал снимать показания.

Современные цифровые измерители

Сегодня распространены цифровые электронные устройства. Прогресс развития схемотехники и технологии изготовления привел к тому, что эти мультиметры доминируют на рынке. Они гораздо более точны, чем стрелочные и так же просты, поэтому управлять их работой может даже школьник. Функционал их более широк – многие модели позволяют сделать, например, такую работу, как прозвонить проводку или выполнить проверку транзистора. Как измерить ток или напряжение – подробно описано инструкциями, которые идут к каждому такому устройству.

Бытовая электросеть

Чтобы правильно выполнить измерения, нужно иметь хотя бы минимальные представления о параметрах сети электропитания. Розетка является точкой приема напряжения, поэтому полезно знать о величине этого параметра.

В мировой практике принято несколько категорий электросетей, которыми пользуются бытовые потребители. Сколько в розетке вольт знает каждый — 220. Частота составляет 50 герц. В системе имеются два провода (фазовый и нулевой).

Для энергообеспечения частных домов и современных квартир нередко подводят трехфазную сеть, где напряжение составляет 380 вольт, а частота — все те же 50 Герц. Трехфазные схемы рассчитаны на мощные бытовые приборы и оборудование.

Многие электроприборы рассчитаны на некую заданную частоту и напряжение. К примеру, азиатская техника часто предназначена для работы с 60 герцами. В условиях стандартных 50 герц оборудование просто выйдет из строя. Некорректная частота или напряжение по отношению к технике может значительно поменять коэффициент ее полезного действия, что также приведет к поломке.

Как измерить 220 в мультиметром

Для измерения используются мультиметры. Они бывают двух видов:

• Стрелочные или аналоговые. Такие модели использовались до появления электронных. Стоят недорого, не требовательны при работе и не требуют источника постоянного тока. Недостатком устройства является неудобство снятия показаний из-за размеров шкалы.
• Электронные или цифровые. Это современные удобные устройства с большим количеством функций. Стоят дороже, но точность показания выше. Большинство специалистов используют данный вид устройств.

• постоянное и переменное напряжение;
• сопротивление;
• емкостные и частотные характеристики;
• силу постоянного и переменного тока;
• параметры диодов и транзисторов;
• температурный режим.

Переключение режимов производится при помощи ручки на панели устройства.

Алгоритм работы:

• Перед началом работы устройство собирается. В разъем с надписью COM всегда вставляется черный щуп. Красный нужно подключить к разъему с надписью VΩmA. Существует третий выход 10 А – это значит, что мультитестер способен измерять силу тока до указанного значения.
• После подключения выбирается режим измерения. Его нужно выставлять внимательно, так как при неправильных настройках устройство может выйти из строя. Менять положение переключателя во время работы запрещено. Поворотный выключатель устанавливается в поле ACV или V в положение 750.
• Теперь щупы можно вставлять в гнезда розетки и смотреть результат. Значение в 220 В будет иметь отклонения, по ГОСТу погрешность достигает 10%. Если значение выходит за рамки погрешности, рекомендуется установить дома стабилизатор напряжения.

В настоящее время питание электроприемников в электроустановках жилых и общественных зданий выполняется от сети 380/220 В 50 Гц с системой заземления TN-S или TN-C-S (рис. 1). В системе TN используется непосредственная связь нейтрали источника электропитания с землей, при этом источник электропитания заземлен, а заземление потребителей производится только через отдельный проводник. Во всех зданиях линии групповой сети, прокладываемые от групповых этажных и квартирных щитков до светильников общего освещения, штепсельных розеток и стационарных электроприемников должны выполняться трехпроводными линиями: фазный L, нулевой рабочий N и нулевой защитный PE — проводники.

Рис. 1. Система TN-S переменного тока 220 В. Нулевой рабочий и нулевой защитный (заземляющий) проводник разделены (а), система TN-C-S переменного тока 220 В. Нулевой рабочий и нулевой защитный проводник совмещены в одном проводнике в части системы питания (б)

В новых домах, как правило, используется подключение TN-S с отдельными N и PE – проводниками. В зданиях, где изначально реализована двухпроводная схема соединений, правилами устройства электроустановок рекомендована к применению комбинированная система заземления TN-C-S, упрощающая подключение потребителей к сети [1]. Основным ее недостатком является то, что в результате обрыва или перегорания PE – проводника корпус электрооборудования (в случае нарушения изоляции) может оказаться под напряжением относительно земли.

Итак, особенностью двух систем заземления TN-S и TN-C-S является наличие изолированного от земли (в месте подключения потребителя) PE – проводника. В этом случае при аварийном включении «фазы» на землю ток через заземляющий проводник от источника электроснабжения не протекает, что снижает опасность возникновения пожара и поражения электрическим током.

Кроме главной функции – электробезопасности потребителей – наличие нулевого защитного проводника позволяет уменьшить уровень нежелательных излучений оборудования в низкочастотной области (в диапазоне частот от 5 Гц до 20 кГц). Особенно это важно для персональных компьютеров, уровень нежелательных излучений которых регламентирован санитарными нормами и правилами САНПиН 2.2.2/2.4.1340-03 [2]. При этом оказывается, что отсутствие PE – проводника или ухудшение контакта с ним в евророзетке неминуемо увеличивает нежелательные излучения персонального компьютера в низкочастотной области до недопустимых нормами значений.

Любители высококачественного звуковоспроизведения давно обратили внимание на тот факт, что полярность включения вилки в розетку влияет на качество звучания звуковоспроизводящего комплекса.

Способ №2 – Индикатор в помощь

Если у Вас дома нет мультиметра, который обязательно должен входить в набор инструментов электрика, то можете использовать пробник, который также называют индикаторной отверткой. В этом случае проверить, есть ли напряжение в розетке без тестера, Вам удастся, однако узнать, какая его величина, не получится.

О том, как использовать индикаторную отвертку мы говорили. Для измерения напряжения Вам нужно дотронуться пальцем до пятака на пробнике (как показано на фото), после чего жало поочередно вставить в одно и другое отверстие. Если лампочка в рукоятке загорелась, значит электричество есть в сети, а Вы наткнулись на фазу.

Наглядная видео инструкция:

Измеряем напряжение: пошаговая инструкция к действию

В комплект любого мультиметра входит две вещи: сам прибор и провода с щупами. Перед тем как приступить к работе нужно правильно собрать устройство. На корпусе имеются маркированные разъемы. В отверстие с пометкой COMвставляется черный провод (всегда), красный подсоединяется ко входу с надписью VΩmA. Наличие третьего разъема с надписью 10 А свидетельствует о том, что мультиметр способен измерить силу тока до 10 ампер, а некоторые модели и до 20 А. Для таких случаев красный кабель устанавливается в этот разъем.

Провода подсоединили, теперь выбираем режим измерения. Для проверки напряжения переменного тока нужно перевести рычаг «крутилки» в поле с надписью ACVили V, выбрав положение «750» (для сетей 220 и 380 вольт). Режим с маркировкой «200» предназначен для измерения напряжения сети менее 200 вольт.

Теперь, когда все готово, вставляем щупы (держась за верхние части) в гнезда розетки и смотрим результат. При исправной проводке на табло появятся цифры с точностью до десятых долей. Теперь можно провести суточный/недельный мониторинг показаний напряжения вашей сети и узнать, имеют ли место его перепадыв течение дня.

При незначительных погрешностях и колебаниях волноваться не о чем. Ну а если показания отличаются от нормы или скачут изо дня в день, то рекомендуется принять меры в виде установки стабилизатора напряжения. Но это тема отдельной статьи.

Принцип измерения стрелочным прибором типа «цешка» такой же. После подсоединения щупов к сети смотрим на соответствующую шкалу и считываем показания.