Zaloguj się
Wszystkie
16 października 2023
422
- pomiar temperatury w zakresie –55…+125°C,
- dwie wartości temperatur (z zakresu 0...99°C) określające reakcje układu,
- cyfrowy, niewymagający kalibracji czujnik temperatury,
- wejścia na wyłączniki krańcowe silnika elektrozaworu,
- możliwość ustawienia maksymalnego czasu działania silnika,
- dwa tryby działania: grzanie lub chłodzenie,
- dwa wyjścia o obciążalności do 4 A,
- zasilanie napięciem stałym 12 V (lub 24 V po modyfikacji).
Rolą termostatu jest utrzymanie temperatury danego obiektu w zadanych granicach. Metody są różne: elektryczne grzałki, dmuchawy chłodzące, ogniwa Peltiera lub pompy ciepła. Najistotniejsze jest to, że wyjście termostatu jest dwustanowe – sterowany obwód może być załączony lub wyłączony, bez stanów pośrednich. Zaprezentowany układ, w odróżnieniu od znanych na rynku rozwiązań, jest przystosowany do sterowania przepływem cieczy, która ochładza lub ogrzewa kontrolowany obiekt. Może sterować elektrozaworem, w którym znajduje się elektryczny silnik prądu stałego, umożliwiając lub blokując przepływ czynnika. Odpowiednie zarządzanie pracą takiego silnika pozwoli na jego bezawaryjną pracę przez długie lata. Co równie ważne, zadawanie odpowiednich nastaw jest banalnie proste, zatem nie trzeba być mistrzem elektroniki, aby opisanego termostatu z powodzeniem używać.
Budowa i działanie
Najistotniejszym elementem jest mikrokontroler, popularny układ ATmega8A-PU z leciwej, lecz nadal popularnej i niezawodnej rodziny AVR. Jego liczba wyprowadzeń oraz ilość pamięci są całkowicie wystarczające do realizacji tego zadania. Aby komunikacja z cyfrowym czujnikiem temperatury oraz inne zadania wymagające odmierzania czasu przebiegały prawidłowo, częstotliwość jego sygnału zegarowego jest stabilizowana niedrogim rezonatorem kwarcowym. Kondensatory C4 i C5 ułatwiają wzbudzenie oscylacji i stabilizują pracę oscylatora. Kondensatory C1…C3 filtrują napięcie zasilające mikrokontroler i zmniejszają impedancję źródła zasilania.
Do obsługi urządzenia służy sześć przycisków monostabilnych S1…S6. Drabinka rezystorowa RN1 uzupełnia rezystory podciągające wbudowane w mikrokontroler, których wartości mogą mieć znaczny rozrzut. Poprawia to stabilność pracy całego układu w silnie zakłóconym środowisku i nie dopuszcza do przypadkowych zdarzeń symulujących zadziałanie przycisków pod wpływem zakłóceń elektromagnetycznych. Dodatkowo, dwa wejścia mikrokontrolera, również podciągane przez rezystory z tej drabinki, są przeznaczone do wyłączników krańcowych silnika elektrozaworu.
Programowanie mikrokontrolera może odbywać się zarówno po włożeniu układu programowalnego w podstawkę programatora, jak i za pośrednictwem złącza J1. Są do niego doprowadzone linie sygnałowe interfejsu programowania ISP. Rezystory zawarte w drabince RN2 podciągają te wyprowadzenia do dodatniego potencjału zasilania, aby nie gromadziły się na nich ładunki elektrostatyczne.
Cyfrowy czujnik temperatury typu DS18B20 należy podłączyć do zacisków złącza J2. Napięcie zasilające ten czujnik jest filtrowane przez dolnoprzepustowy filtr RC. Obwód ten składa się z rezystora R2 oraz kondensatorów C6 i C7. Dla ochrony wejścia mikrokontrolera przed uszkodzeniem spowodowanym przepięciami na linii sygnałowej, zostały dodane diody ograniczające napięcie do zakresu –0,7…+5,7 V. Rezystor R1 ogranicza prąd tych diod. Z kolei rezystor R3 ogranicza prąd diod zabezpieczających wbudowanych w mikrokontroler, gdyż ich napięcie przewodzenia jest nieco niższe niż zastosowanych 1N4148. Rezystor R3 jest wymagany do prawidłowego działania magistrali komunikującej się z czujnikiem: umożliwia pojawienie się na niej wysokiego stanu logicznego.
Wyłączniki krańcowe o stykach typu NO można podłączyć do zacisków złącza J3. Zwarcie z masą będzie informowało układ o dotarciu głowicy zaworu w skrajną pozycję. Rezystory podciągające zawarte w drabince RN1 w zupełności wystarczają do utrzymania wysokiego stanu logicznego na tych zaciskach. Dla ochrony układu przed zakłóceniami elektromagnetycznymi oraz iskrzeniem styków zostały dodane dolnoprzepustowe układy filtrujące RC. Zwiększają one czas narastania i opadania napięcia na wejściu mikrokontrolera, przez co chronią wbudowane w mikrokontroler diody zabezpieczające. Z kolei rezystory R5 i R6 ograniczają prąd tych diod. Takie rozwiązanie stanowi również całkiem dobrą ochronę przed wyładowaniami elektrostatycznymi w sytuacjach, w których czas reakcji danego wejścia nie jest szalenie istotny.
Napięcie zasilające układ podłącza się do zacisków złącza J4. Dioda D1 odcina zasilanie w przypadku niewłaściwej polaryzacji napięcia. Stabilizator liniowy typu 7805 dostarcza napięcia 5 V dla układów cyfrowych. Moc strat na nim jest na tyle niska, że nie ma potrzeby stosowania przetwornicy impulsowej. Na silnik trafia napięcie zasilające układ, toteż trzeba je dostosować do wymagań silnika. Po wymianie przekaźników na inne modele, układ oraz współpracujący z nim silnik mogą być zasilane napięciem 24 V.
Komunikaty i informacje podawane przez układ są wyświetlane na wyświetlaczu LCD1, który zawiera sterownik typu HD44780 lub z nim zgodny. Potencjometrem P1 ustawia się kontrast owego wyświetlacza. Rezystor R7 pozwala na zasilanie jego podświetlenia z niestabilizowanego napięcia wejściowego, nie obciążając tym samym stabilizatora US2.
Zasilanie dla sterowanego przez układ silnika elektrozaworu jest załączane przez przekaźniki PK1 i PK2. Załączenie jednego z nich wymusza jeden kierunek obrotów, a drugi – drugiego, stąd nie mogą być załączone jednocześnie. Podłączenie ich wyprowadzeń NC do masy sprawia, że po wyłączeniu danego przekaźnika silnik natychmiast jest hamowany – powstaje zwarcie na jego zaciskach. Dwójniki RC w postaci połączonych szeregowo: rezystora 33 Ω i kondensatora 100 nF, zmniejszają iskrzenie styków podczas przełączania, przez co zmniejszają ryzyko niewłaściwego działania lub zablokowania się układu. Same styki również zużywają się przez to wolniej.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
