Проблема с периодическим зависанием контроллера для лестниц.

Сегодня я опишу проблему с которой к нам обратился клиент, профессиональный электрик, взявшимся за реализацию динамической подсветки лестницы. Учитывая длину  и мощность светодиодных лент было решено использовать контроллер Smart Stairway SS-26 LCD PRO V.4. Пожалуй это самая сложная проблема за последнее время, для решения которой потребовалось много времени, так как была допущена целая серия ошибок при прокладке кабелей и подключении оборудования. А решение оказалось совсем иным.

Описание объекта и выбранного оборудования.

Лестница была уже полностью готова на момент обращения клиента. Все отделочные работы завершены, места установки сенсоров подготовлены. К сенсорам были проложены не экранированные провода ПВС 4х0,5. Сверху и снизу сенсоры смотрят в проходные зоны и выбор пироэлектрических сенсоров не возможен, так как они будут вызывать ложные включения при проходе мимо лестницы в зонах их видимости. Установка ультразвуковых сенсоров затруднена в связи с тем, что провода не экранированные и высота установки сенсоров слишком низкая и они могут видеть пол или ступеньки и не верно измерять расстояние. Использование ИК дальномеров также не желательна так как лестница имеет ширину 120 см, а ИК сенсоры стабильно работают на дистанциях до 80 см. Было решено предложить клиенту использовать ультразвуковые сенсоры, но сделать их наклон вверх на 10 градусов. 

Суть проблемы: 

После подключения клиент сообщил, что возникает постоянное срабатывание от нижнего сенсора, что может свидетельствовать о том, что либо сенсор получает отраженный сигнал от пола, либо проблема в помехах в неэкранированном проводе. Видео с демонстрацией измеряемых на дисплее расстояний показало, что дистанция плавала от 120 см до 5 см в беспорядочном режима от второго сенсора вообще не поступал сигнал.

Попросили клиента подключить сенсоры прямо к контроллеру и посмотреть результаты. На видео видно, что оба сенсора работают в таком режиме, но значения изменяются слишком значительно, но нам не известно где стоит человек с камерой относительно сенсоров и есть ли другие препятствия перед сенсорами.

Что бы исключить возможные проблемы с проводом было принято решение заменить сенсоры на ИК дальномеры. ИК дальномеры в режиме ожидания поддерживают в сигнальном проводе высокий сигнал и только в момент срабатывания подтягиваются к нулю и дают низкий сигнал на вход контроллера, инициируя включение подсветки. Это важно, если сигнальный провод не экранированный и проложен рядом с проводами питания светодиодных  лент, в результате чего в проводе могут возникать индукционные наводки, делающие не возможным использование пироэлектрических или ультразвуковых сенсоров. Замена сенсоров помогла решить проблему с произвольным включением и сдать объект заказчику. Но через пару дней заказчик вновь обратился к нашему клиенту, с проблемой, что срабатывает УЗО при включении подсветки лестницы кнопкой-выключателем. Это вызвало массу вопросов у нас так, как кнопка подключена к выходу контроллера 5В, а УЗО стоит на линии питания переменного тока 220В. И очевидно это теоретически не возможно. 
Приехав на место установки лестницы наш клиент столкнулся с тем, что контроллер вообще не работал. Мы попросили прислать нам контроллер и обнаружили, что всё работает как надо, за исключением того, что была механически вырвана дополнительная клемма питания "-" и 3 жилы провода ПВС 3х1.5 были скручены и напрямую припаяны через расковырянное отверстие в корпусе к плате контроллера в месте оторванного винтового клемника.

Так как пайка была выполнена небрежно при прикосновении к проводу он замыкал на клему "+", что могло вызывать короткое замыкание и уход блока питания в защиту. Мы заменили ему отломанную клему, протестировали сутки на нашем стенде с логированием срабатывания, не найдя проблем отправили контроллер обратно. Клиент установил контроллер на место и в течении нескольких часов контроллер хорошо работал, но ночью того же дня всё повторилось.  Приехав на место выяснилось, что после включения контроллер пишет артефакты на дисплее и зависает.

Срабатывание УЗО при нажатии кнопки включения, подключенной к выходу +5В контроллера наталкивало на мысль, что провод имеет плохую изоляцию и расположенный рядом в разетке провод переменного тока 220В также поврежден и замыкает через штукатурку, вызывает срабатывание УЗО и дает пробой на провод от кнопки с питанием 5В, что вызывает срабатывание самовосстанавливающегося предохранителя PTC 0.5A, 6V в контроллере установленного после стабилизатора питания DC5V в схеме контроллера. Попросили измерить сопротивление проводов сенсоров, сопротивление хотя и оказалось выше расчетного в два раза, но это могла быть либо погрешность измерения, либо материал провода не медь, а биметалл. Всё было примерно в норме. Было принято решение, убрать предохранитель PTC с микропроцессора и поставить дополнительный предохранитель на 0,75А, 5В на выход питания периферии (сенсоры и кнопки). В результате это должно было исключить полное отключение контроллера в случае проблем в проводах идущих к сенсорам и (или) кнопкам. Отключаться при этом будет только периферическое питание 5В, но контроллер продолжит работать. Но оставался один вопрос, почему у клиента на дисплее были артефакты и кракозябры? Это может свидетельствовать то, что проблемы вызваны просадками или помехами по питанию. Поэтому у нас добавилось еще одно сомнение, кроме качества проводки - источник питания. Так как клиент не имел осцилографа и даже точного мультиметра для проверки блока питания мы заменили схему DC/DC Step Down стабилизатора питания 5В, дополнив его ферритовым фильтром и дополнительными фильтрами на основе электролитических конденсаторов 1000мФ по входу и 470мФ на выходе. Новый преобразователь напряжения построен на основе микросхемы не подверженной нагреву, поэтому еще одна проблема защитного отключения контроллера при перегреве также отпадала, так как термозащиты нет. Протестировав старый контроллер присланный клиентом и новый подготовленный под его объект на нашем стенде с логированием ошибок в течении 4-х суток мы не обнаружили ни одной ошибки. Составив план поиска и устранения проблемы мы отправили новый контроллер клиенту.

План поиска и устранения проблемы.

1. Монтаж контроллера - наблюдение
2.  Замена блока питания - наблюдение
3.  Замена проводов к датчикам - наблюдение.

После установки нового контроллера клиент сообщил, что контроллер работает, но от нижнего сенсора постоянно поступает сигнал на включение. Очевидно, что для выбранного типа сенсоров IR, это означает логический ноль на входе контроллера и в сигнальном проводе. Т.е. либо сенсор уже поврежден, либо обрыв цепи. Так как проверка сенсора показала его исправность и он нормально работал при прямом подключении к контроллеру, клиент пришел к выводу, что провод где-то поврежден. Было принято решение заменить провода. И тут нас ждало самое интересное. Так как провода были проложены в гофрорукав под гипсокартонными стенами и они не вытаскивались, клиент решил демонтировать гипсокартонную панель и получил удар током прикоснувшись к профилю гипсокартонной конструкции. Демонтировав панель, всё стало ясно. Смотрите фото ниже.

В процессе монтажа гипсокартона строители завинтили саморезы насквозь через гофрорукав, пробив высоковольтный кабель и сигнальные провода. Только благодаря тому, что был использован контроллер SmartStairway SS-26 LCD PRO V4 оснащенный защитой входов от перенапряжения, контроллер не сгорел.  Замена провода решила все проблемы. К сожалению нам не известно какой именно провод был поврежден и когда на вход контроллера подавалось высокое напряжение, был ли это провод какого-то выключателя и фаза подавалась только при включении света или это была общая фаза - нам не известно, так как наш клиент решил не вникать в часть работы, за которую он не отвечал и заменил только часть проводов. На металлоконструкции гипсокартона по прежнему осталось напряжение 127В. Также стало очевидно, что не смотря на то, что контроллер выдержал высокое напряжение, которое поступало на его цифровые входы, источник питания всё же был поврежден и видимо он и вызывал периодические зависания контроллера и крякозябры на дисплее. Источник питания к нам не попал и мы не смогли посмотреть его уровень напряжения и пульсации, но на 99% уверены, что проблема была именно в этом, т.к. после замены блока питания проблема с зависанием решилась. Сам факт такого небрежного подхода к работе нас просто потряс. Выражаем искренние сочувствия нашему клиенту впервые взявшимся за динамическую подсветку и со старта столкнувшимся с такой халатностью "специалистов" по гипсокартону. Искренне рады, что все оборудование осталось целым и ниодин электрик не пострадал. :) Проблема разрешилась.