Serwisy partnerskie:
Close icon
Serwisy partnerskie

Cyfrowy termostat

AVT5441
kit
W niektórych miejscach zachodzi potrzeba utrzymania temperatury na żądanym poziomie. Analogowe lub mechaniczne regulatory są dla wielu zastosowań zbyt mało dokładne, ponadto ich funkcjonalność jest ograniczona. Prezentowany układ pozwala w prosty sposób ominąć te niedogodności, przy okazji na bieżąco podając aktualną temperaturę. Może sterować grzałką lub chłodziarką. Zakres regulacji od -55°C do +125°C.
Article Image

Właściwości - cyfrowy termostat

  • zakres pomiaru i regulacji temperatury: –55°C do +125°C
  • zakres ustawiania histerezy: ±1...10°C • komunikacja z użytkownikiem: wyświetlacz LCD 1x16 znaków
  • obciążalność styków do 2A (większa wymaga pogrubienia ścieżek)
  • współpraca z czujnikiem DS18B20
  • • zasilanie 12 VDC / 0,2 A
  • wymiary płytki: 36×81 mm

Opis układu - cyfrowy termostat

Schemat ideowy termostatu jest przedstawiony na rysunku 1. Jego głównym elementem jest mikrokontroler Attiny44 oznaczony symbolem US2. Steruje on wyświetlaczem LCD 1×16 znaków (LCD1) wyposażonym w sterownik kompatybilny z HD44780. Komunikacja z nim odbywa się w trybie 4-bitowym. Potencjometrem P1 jest regulowany kontrast wyświetlanych znaków. Rezystor R7 ogranicza prąd płynący przez diody podświetlające.

Wyświetlacz wskazuje na bieżąco temperaturę mierzonego punktu, sygnalizuje włączenie/wyłączenie przekaźnika oraz umożliwia ustawienie parametrów pracy. Nieużywane linie danych zwarto z masą. Do złącza J3 przyłącza się układ US3, dobrze znany DS18B20. Dokonuje on pomiaru temperatury, konwertuje na postać cyfrową, a następnie – za pomocą magistrali 1-Wire – wysyła do mikrokontrolera.

Rys.1 Cyfrowy termostat - schemat ideowy

W przedstawionej sytuacji, czujnik ma na stałe doprowadzone zasilanie +5 V. Powoduje to, iż czas niezbędny na konwersję temperatury jest krótszy niż przy zasilaniu pasożytniczym z linii danych. Rezystor R3, podciągający linię danych do dodatniego bieguna zasilania, jest niezbędny dla prawidłowej pracy interfejsu. Zasilanie prowadzone do sterowanego obciążenia, czyli układu grzewczego lub chłodzącego, powinno być włączone szeregowo ze złączem J2, czyli stykami przekaźnika PK1. Procesor steruje nim za pomocą tranzystora T1, w którego kolektor jest włączono cewka.

Rezystor R2 ogranicza prąd płynący przez bazę, dioda D1 zabezpiecza tranzystor przed uszkodzeniem. Przyciski S1, S2 i S3 służą do konfiguracji parametrów pracy termostatu. Kondensatory C1…C5 filtrują napięcie zasilania oraz redukują możliwe zakłócenia szpilkowe, które mogłyby się indukować w doprowadzeniach. Stabilizator US1 dostarcza stabilizowanego napięcia zasilania dla układów cyfrowych.

Montaż i uruchomienie - cyfrowy termostat

Układ zmontowany został na dwustronnej płytce o wymiarach 36 mm × 81 mm, której schemat montażowy pokazano na rysunku 2. Rozstaw otworów mocujących oraz umiejscowienie złącza J6 jest zgodne z typowymi wyświetlaczami 1×16 ze sterownikami zgodnymi z HD44780. Montaż przeprowadzany jest typowo poza złączem wyświetlacza LCD, które należy zamontować od strony lutowania.

Rys.2 Cyfrowy termostat - schemat montażowy

Pozostałe podzespoły należy montować zachowując kolejność od najniższych do najwyższych, umieszczając je już typowo, czyli od strony opisów. Zamiast przycisków S1, S2 i S3 można zastosować dowolne inne przyciski chwilowe, łącząc je z płytką przewodem. Po zmontowaniu należy dołączyć do układu zasilanie i wyregulować kontrast wyświetlacza.

Eksploatacja - cyfrowy termostat

Ustawianie parametrów odbywa się trzeba przyciskami:

  • S1 – przechodzenie po kolejnych pozycjach menu,
  • S2 – dodawanie wartości,
  • S3 – odejmowanie wartości.

Po włączeniu zasilania, widoczny jest ekran taki, jak na rysunku 3. Pierwsze naciśnięcie przycisku S1 spowoduje przeskok do pierwszej pozycji menu, jak na rysunku 4. Ustawiana jest w niej, za pośrednictwem przycisków S2 i S3, średnia temperatura utrzymywana przez układ – czyli wartość zadana, wokół której oscylować będzie mierzona temperatura obiektu. Wartość jest wyrażana w stopniach Celsjusza.

Rys.3 Ekran po włączeniu zasilania
Rys.4 Pierwsza pozycja menu

Po upływie ok. 12 sekund bezczynności, układ zapisuje ustawione parametry w nieulotnej pamięci EEPROM, po czym wyłącza menu i wraca do normalnej pracy. W trybie zmiany nastaw, przekaźnik pozostaje wyłączony. Ponowne naciśnięcie przycisku S1 (przy wyświetlonym poprzednim ekranie) spowoduje przeskok do drugiej pozycji, czyli ustawiania szerokości histerezy tego układu) – jak na rysunku 5.

Rys.5 Ustawiania szerokości histerezy układu

Kolejne naciśnięcie S1 spowoduje przeskok do ostatniej pozycji (rysunek 6), czyli ustawieniu, czy układ współpracuje z urządzeniem grzejącym, czy z chłodzącym.

Rys.6 Ustawienie, czy układ współpracuje z urządzeniem grzejącym, czy z chłodzącym

Naciśnięcie S2 lub S3 przełącza rodzaj urządzenia na grzewcze lub chłodnicze. Jest to ważne z tego powodu, że te dwa tryby są sobie przeciwstawne, co ilustruje rysunek 7. Kolejne wciśnięcie S1 lub odczekanie spowoduje zapis ustawień i przejście do pracy. Nadmienić w tym miejscu należy, iż zmierzona przez układ temperatura może się zawierać w przedziale od -55 do +125°C, co wynika z ograniczeń czujnika DS18B20, dlatego możliwa do utrzymania temperatura jest ograniczona tym właśnie przedziałem.

Rys.7 Tryb grzewczy lub chłodniczy

Po ustawieniu właściwej do utrzymania temperatury (dla przykładu, niech to będzie 110°C), układ dokonuje obliczenia maksymalnej histerezy. W tym wypadku, ograniczenie nastąpi „od góry” i wyniesie ±15°C, ponieważ 110°C + 15°C = 125°C. Informacja ta ma na celu wyjaśnienie, dlatego przedział, w którym może znajdować się zmierzona wartość temperatury obiektu, nie może być dowolnie szeroki.

By użytkowanie termostatu przebiegało bezawaryjnie, warto zastosować się do poniższych wskazówek:

Połączenie czujnika DS18B20 z płytką powinno być wykonane kablem ekranowanym. Jeżeli z powodu długości pojawią się błędy w transmisji, dające o sobie znać w postaci nierealnych wartości, należy eksperymentalnie zmniejszyć wartość rezystora R3.

Cyfrowy termostat - zdjęcie płytki

Jeżeli i to nie przyniesie efektów, między skrajnymi wyprowadzeniami czujnika temperatury dolutować kondensator ceramiczny o pojemności 100 nF. Ścieżki na płytce, prowadzące do styków przekaźnika, przystosowane są do przewodzenia prądów rzędu 2 A. Przy wyższych natężeniach, zależy je pogrubić lub, najlepiej, zastosować przekaźnik zewnętrzny, którego cewka sterowana będzie z wbudowanego.

Cyfrowy termostat - montaż

By uniknąć zbyt częstego przełączania się przekaźnika, co może doprowadzić do jego przedwczesnego zużycia, należy ustawić możliwie najszerszą histerezę, tj. różnicę między dopuszczalną najniższą i najwyższą temperaturą.

Wykaz elementów
Rezystory:
 
R1…R6:
3,3 kW
R7:
47 W
P1:
5...10 kW (potencjometr montażowy)
Kondensatory:
 
C1:
220 mF/35 V
C2…C4:
100 nF
C5:
100 mF/16 V
Półprzewodniki:
 
D1:
1N4148
T1:
BC547
US1:
LM7805 (TO-220)
US2:
ATtiny44 (DIP14)
US3:
DS18B20 (TO-92)
Inne:
 
J1:
złącze ARK2/500
J2:
złącze ARK3/500
J3:
złacze ARK3/3.5mm
PK1:
przekaźnik 12 V np..JQC-3FG
Trzy
przyciski kątowe
Półprzewodniki: Podstawka DIP14
 
Goldpin męski + żeński 16 pin
 
Wyświetlacz LCD 1×16, zgodny z HD44780
 
Układ scalony DS18B20 czujnik temp. w wodoodpornej obudowie z przewodem 1m
Zobacz w sklepie avt
DS18B20 czujnik temp. - przykład zabezpieczenia
Zobacz w sklepie avt
Tematyka materiału: DS18B20, ATtiny44, termostat
AUTOR
Źródło
Elektronika dla Wszystkich marzec 2014
Udostępnij
UK Logo