Serwisy partnerskie:
Close icon
Serwisy partnerskie

Mikroregulator

Article Image
Elmax
Mikroregulator temperatury powstał z potrzeby chwili. Czasem potrzebny jest jakiś łatwy do zrobienia i prosty regulator temperatury. Czy to do przydomowej wędzarni, czy do zaadaptowania w bojlerze, kiedy oryginalny analogowy się zużył. Dzięki technice mikroprocesorowej oraz niewielu linijkom kodu oprogramowania powstało coś w skali mikro. Mikrowymiary, mikroprocesor, mikrokrótki kod softu i można się cieszyć efektami. Przy budowie postawiłem na odczyt temperatury z siedmiosegmentowego wyświetlacza LED oraz na regulację dwoma przyciskami. LED-owe wyświetlacze są świetnie widoczne w każdych warunkach i są ekonomiczne.

Jak to działa?

Schemat mikroregulatora widzimy na rysunku 1. Sercem jest oczywiście ATmega8 w obudowie SMD (TQFP). Elementy TS2/14, B1, C7, C5, 7805, C4, C6 tworzą najzwyklejszy zasilacz dostarczający układowi napięcia 5V. Jeśli skorzystamy z innego źródła zasilania (nie sieciowego), np. z dowolnego zasilacza 9V, wtedy nie musimy montować trafka TS2/14 i regulator naprawdę nabiera rozmiarów mikro.

Rysunek 1.

Cały port D ATmegi steruje katodami wyświetlacza. Tranzystory Q1–Q3 sterują w odpowiednich momentach anodami tych wyświetlaczy.

Do pomiaru temperatury zastosowałem wdzięczny czujnik – „cyfrowy termistor” MCP9700A, dający na wyjściu napięcie proporcjonalne do temperatury z offsetem 500mV. Dla temperatury 0°C daje 500mV, dla 25°C daje 750mV. Procesor ATmega8 odczytuje napięcie z czujnika temperatury podane na wejście ADC1 przetwornika ADC, dokonuje obliczeń (zwiększenie rozdzielczości, odjęcie offsetu) i przygotowuje dane do wystawienia na port D, aby zaświecić LED-y na wyświetlaczu.

W aktualnej wersji oprogramowania napisanego w Bascomie histereza jest stała i  wynosi ±0,1°C. 

Sterowanie obciążeniem zrealizowane jest przez elementy R13, T1, K1. W podstawowej wersji wykorzystałem klasyczny przekaźnik. Warto jednak zamiast niego zastosować przekaźnik elektroniczny – SSR według rysunku 2. 

Rysunek 2.

SSR – (ang. Solid State Relay) to zespolony przekaźnik elektroniczny. Przykład na fotografii 1.

Fotografia 1.

Schemat blokowy przekaźnika półprzewodnikowego widać na rysunku 3.

Rysunek 3.

Zalety SSR:

  • duża trwałość i niezawodność działania, wielomilionowe załączenia,
  • brak łuku na stykach jak w klasycznych stycznikach pozwala przełączać duże moce,
  • odporność na agresywne środowisko, kurz, wibracje,
  • nie wywołują zakłóceń elektromagnetycznych związanych z drganiem styków jak w mechanicznych przekaźnikach,
  • łatwość sterowania, wprost z układów logicznych, mikroprocesorowych,
  • szybkie w działaniu, czas załączenia < 1ms.

Wady SSR:

  • spadek napięcia na złączu (1...1,6V), wydzielanie się ciepła, konieczność stosowania radiatora,
  • określona rezystancja złącza, wrażliwość na przepięcia – konieczność stosowania gasików RC lub warystora,
  • prąd upływu, nie zapewnia przerwy galwanicznej obciążenia.

Ogólnie biorąc, SSR-y mają istotne zalety. Dzięki swej kompaktowej budowie łatwo je montować, obudowa jest z tworzyw, ma dwa otwory montażowe. Są ciche i odporne na kurz, warunki środowiskowe, ponieważ cały obwód wewnątrz jest zalany żywicą. Najważniejszą zaletą jest brak mechanicznych styków, które się z czasem wypalają. Do tego minimalne wymagania co do budowy i instalacji. Przekaźnik SSR można przykręcić do radiatora albo do chłodnej metalowej części obudowy, do której zamontujemy nasz mikroregulator. Sterowanie to dwa kabelki z napięciem z zakresu przeważnie 3...30V i prąd do 20mA – w naszym przypadku sygnał z miejsca, gdzie właczona ma być cewka przekaźnika. Warto zamontować rezystorki RA, RB o wartości 10...30Ω będą one chronić tranzystor przed uszkodzeniem na wypadek zwarcia wejścia SSR-a. Wyjście SSR-a włączamy szeregowo z obciążeniem.

Montaż i uruchomienie

Montaż na płytce pokazanej na rysunkach 4 i 5 jest typowy. Ale uwaga – rysunek 4 przedstawia nietypowo widok płytki od strony lutowania. Pomocą w montażu będą fotografie modelu. Zaczynamy od najmniejszych elementów, kończymy na największych.  Układ nie wymaga ani uruchomiania ani kalibracji – działa poprawnie po zmontowaniu i zaprogramowaniu ATmegi. Program i dokumentacja płytki oraz fotografie są dostępne w Elportalu wśród materiałów dodatkowych do tego numeru EdW.

Rysunek 4.
Rysunek 5.

Opisany mikroregulator nie musi wcale być regulatorem temperatury. Można zamiast czujnika temperatury podłączyć potencjometr, do jego osi ramię z pływakiem i mamy gotowy cyfrowy wskaźnik poziomu cieczy. Pozostaje tylko zmienić obliczenia w programie aby dopasować wartości wyświetlane do mierzonych.

Wykaz elementów
R1-R8
150-330Ω smd (w zależności od koloru wyświetlaczy)
R9-R11
1kΩ smd
R12
10kΩ smd
R13-R14
1kΩ smd
RA,RB
10-30Ω tht zamiast przekaźnika w wersji z SSR-em
C1-C5,C9
100nF smd
C6
100μF/16V tht
C7
470μF/25V tht
C8
100nF tht (montować tuż przy nogach MCP9700A)
U1
ATmega8 TQFP32
U2
7805 smd
JP1
podłączamy czujnik temperatury MCP9700A
T1
BC817 smd npn
T2-T4
BC857 smd pnp
B1
mostek prostowniczy smd
D1
1N4007
D2
LED smd
LED
wyświetlacz potrójny ze wspólną anodą
K1
dowolny przekaźnik na 12V, 4052
TR1
trafo TS2/14
S1,S2
mikroprzyciski 6mm
Galeria
Firma:
AUTOR
Źródło
Elektronika dla Wszystkich styczeń 2015
Udostępnij
Zobacz wszystkie quizy
Quiz weekendowy
Czujniki temperatury
1/10 Temperatura to
UK Logo
Elektronika dla Wszystkich
Zapisując się na nasz newsletter możesz otrzymać GRATIS
najnowsze e-wydanie magazynu "Elektronika dla Wszystkich"