Post on 20-Oct-2020
E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h Czerwiec 2015 45
Do czego to służy?Przedstawiony układ służy do utrzymy-wania określonej temperatury w nadzo-rowanym miejscu. Dzięki temu, że tem-peratura załączenia i wyłączenia przekaź-nika ustawiana jest niezależnie, uzyskano praktycznie nieograniczoną możliwość konfiguracji. Termostat może pracować zarówno w trybie grzania, jak i chłodze-nia z dowolnym zakresem histerezy. Do jego budowy zastosowano tylko elementy przewlekane oraz gotowy, wodoodporny czujnik temperatury. Aby jeszcze bardziej uatrakcyjnić urządzenie i uprościć cały proces jego budowy, dla termostatu zapro-jektowana zastała płyta czołowa, dopaso-wana do obudowy typu KM-48N.
Jak to działa?Schemat ideowy układu pokazany jest na rysunku 1. Układ powinien być zasila-
ny napięciem stałym o wartości 9...14V dołączonym do złącza VCC. Może to być dowolny zasilacz o wydajności prądowej
nie mniejszej niż 200mA. Dioda D1 zabez-piecza układ przed niewłaściwą polaryzacją napięcia wejściowego, natomiast kondensa-tory C1...C4 pełnią funkcję filtra zasilania. Zewnętrzne napięcie wejściowe jest poda-wane na stabilizator U1 typu 7805. Pracą termometru steruje mikrokontroler U2 ATti-ny4313 taktowany wewnętrznym sygnałem zegarowym, natomiast rolę czujnika tempe-ratury odgrywa układ typu DS18B20. Doko-nuje on pomiaru temperatury, konwertuje na postać cyfrową, a następnie z użyciem magistrali 1-Wire przesyła do mikrokon-trolera. Sam pomiar temperatury przebiega w sposób standardowy, z użyciem komend dokładnie opisanych w dokumentacji pro-ducenta czujnika. Pomiary aktualizowane są co 2 sekundy i wyświetlane z rozdziel-czością 0,1°C. Rezystor R2, podciągający linię danych do dodatniego bieguna zasi-lania, jest niezbędny do prawidłowej pracy
3131
Uniwersalnytermostat
LCD 6X1
DISPLAYRS4
R/W5
E6
DB07
DB18
DB29
DB310
DB411
DB512
DB613
DB714
VSS 1
VDD 2
VO 3
A 15
K 16
CON1
1234567891011121314151617181920
S1
312
4
S2
312
4
S3
312
4
RS
RS
RW
RW
E
E
VCC
VCC
VO
VOGND
GND
GND
GND
GND
GND
GND
GNDGNDGNDGND
A
A
K
K
DB4
DB4
DB5
DB5
DB6
DB6
DB7
DB7
S1
S1
S2
S2
S3
S3
100
+5V123456789
1011121314151617181920
CON1
R3
+5V
DB5ERS
VORW
DB4DB6S1
S2S3
KK
10K
+5V
PR1VO
-+
PIE
ZO PIEZO
ATTINY4313
4,7k
+5V +5V(SCK)PB7 19
(MISO)PB6 18
(MOSI)PB5 17
PB4 16
(OCI)PB3 15
PB2 14
(AIN1)PB1 13
(AIN0)PB0 12
(ICP)PD6 11
(T1)PD5 9
(T0)PD4 8
(INT1)PD3 7
(INT0)PD2 6
(TXD)PD1 3
(RXD)PD0 2GND10
VCC20
XTAL15
XTAL24
RESET1
U2
R1
1WIRE
DB7DB5
ERS
RWDB4DB6S1
S2S3
PIEZO
BKL
REL
4,7kBC547
+5V
1N4148R4
PK1
T1
D2
REL
100u 100u
7805T
100n 100n
1N4007 +5V
GND
VCC
C2C4GND
VI1
2
VO 3U1
C1C3
D1 + +
DB7
4,7k
+5V
GND
R2
1WIRE1W
Płytka wyświetlaczaPłytka główna
OU
T
Rys. 1
Podstawowe parametry:• zakres pomiaru i regulacji temperatury
–55°C...+125°C z krokiem 0,1°C• sterowanie dołączonym odbiornikiem
poprzez układ wykonawczy z prze-kaźnikiem
• obciążalność styków przekaźnika 8A/230V
• niezależne ustawianie temperatury załączenia i wyłączenia przekaźnika
• praca w trybie grzania lub w trybie chłodzenia
• komunikacja z użytkownikiem przez wyświetlacz LCD 1x6
• nie wymaga kalibracji• prosta i intuicyjna obsługa• zasilanie: 9...14VDC, 200mA
E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c hCzerwiec 201546
interfejsu. Program dla mikrokontrolera, zarówno w postaci źródłowej, jak i pliki wynikowe, jest umieszczony w Elportalu wśród materiałów dodatkowych do tego numeru EdW.
Do komunikacji z użytkownikiem wykorzystany został wyświetlacz LCD o organizacji znaków 1x6. Jak się okaza-ło w praktyce, do tego typu zastosowań wyświetlacz z tak niewielką liczbą zna-ków sprawdza się idealnie. Komunikacja z nim odbywa się w trybie 4-bitowym. Potencjometr PR1 służy do regulacji kon-trastu wyświetlanych znaków. Rezystor R3 ogranicza prąd płynący przez diody podświetlające. Wyświetlacz wskazuje na bieżąco mierzoną temperaturę, sygnali-zuje tryb pracy termostatu, stan styków przekaźnika oraz umożliwia ustawienie parametrów pracy.
Na potrzeby wprowadzania nastaw i konfiguracji termostat wyposażono w przyciski S1...S3. Brzęczyk piezo pełni funkcję sygnalizatora wciśniętego przy-cisku. Jako układ wykonawczy zastoso-wano przekaźnik typu JQX68F/121ZS (cewka 12 VDC, styki 8 A/230 VAC).
Procesor steruje nim za pomocą tranzystora T1, w którego kolektor jest włączona cewka. Rezy-stor R4 ogranicza prąd płynący przez bazę, natomiast dioda D2 zabezpiecza tranzystor przed uszkodzeniem. Przy sterowaniu obcią-żeniem o znacznej mocy należy zwrócić uwagę na obciążenie styków przekaźnika oraz ście-żek płytki drukowanej. Aby poprawić ich obciążalność, można pocynować ścieżki lub ułożyć na nich i przylutować drut mie-dziany. Przy naprawdę dużych prądach warto zastosować przekaźnik zewnętrzny, którego cewka sterowana będzie przez przekaźnik wbudowany w termostat.
Montaż i uruchomienieUkład można zmontować na dwóch płyt-kach drukowanych, których projekt poka-zany jest na rysunku 2. Montaż układu jest typowy i nie powinien przysporzyć problemów. Wykonujemy go w sposób standardowy, zaczynając od wlutowania w płytkę sterownika oporników i innych elementów o niewielkich rozmiarach,
a kończymy, montując kondensatory elek-trolityczne, przekaźnik oraz złącza śru-bowe. Osoby niedoświadczone powinny poprosić kogoś o pomoc w zaprogramo-waniu procesora albo zdecydować się na zakup gotowego zestawu do samodzielne-go montażu z gotowym, zaprogramowa-nym już układem.
Na płytce wyświetlacza montujemy przyciski oraz sam wyświetlacz, ten ostat-ni należy przylutować bezpośrednio do płytki. Kolejnym etapem jest dołączenie do płytki dedykowanego panelu fron-towego – do pocynowanych pól miedzi należy przylutować śrubki w taki sposób, aby przeszły one przez otwory w płyt-ce wyświetlacza, a następnie przykręcić nakrętki fotografia 1. Żeby całość zmieś-ciła się w obudowie, konieczne będzie
wycięcie w jej wnętrzu wypustów montażowych – fotografia 2.
Tworzywo obudowy jest na tyle miękkie, że można to
zrobić bez większych trudności, używając
Rys. 2
1 162
1314 15 1 2
3 4
1 2
3 4
1 2
3 4
DIS
PLA
Y
CON1
S1
S2
S3
1 2 1 2 1 2
GNDGND W1CCV
C2C4
PR
1U1
C1
C3
U2 CON1
R1
R2
R4R3
D1
PK
1
PIEZO
T1D2
Fot. 1
Fot. 2
Fot. 3
Fot. 4
E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h Czerwiec 2015 47
do tego celu ostrych szczypiec bocznych.
Po zmontowaniu obydwu pły-tek należy połączyć je ze sobą za pomocą kątowej listwy szpi-lek goldpin, widok gotowych, już połączonych płytek umiesz-czonych w obudowie pokazano na fotografii 3. W następnym kroku dołączamy czujnik tem-peratury. Do tego celu należy użyć złącza śrubowego: biały przewód czujnika dołączamy do styku oznaczonego 1W, a czar-ny wraz z czerwonym łączy-my razem i dołączamy do styku oznaczonego GND. Należy pamiętać, aby przewód połą-czeniowy wcześniej przeprowadzić przez tylną ściankę obudowy, gdyby przewód okazał się za krótki, można go przedłużyć, stosując skrętkę komputerową lub lepiej ekranowany przewód audio. Tak połą-czony czujnik działa prawidłowo nawet z przewodem o długości 30m. Również z tyłu obudowy powinien znaleźć się przewód zasilający wraz z gniazdem zasi-lania oraz powinny zostać wyprowadzone styki przekaźnika ze złącza OUT. W roz-wiązaniu modelowym do tego celu wyko-rzystano przykręconą do tylnej ścianki obudowy złączkę elektryczną. Sposób dołączenia czujnika temperatury oraz przykład wykonania tylnej części obudo-wy ilustruje fotografia 4.
Gdy wszystkie połączenia zastaną wykonane, dołączamy zasilanie i regulu-jemy kontrast wyświetlacza za pomocą potencjometru PR1. Po dołączeniu zasi-lania na wyświetlaczu zostanie wyświet-lony komunikat powitalny oraz po chwili aktualnie odczytana wartość tempera-tury. Widok ekranu podczas
pracy termostatu przedstawiono na rysunku 3. Pierwszy znak
wyświetlacza zarezerwowany został dla sygnalizacji trybu pracy termostatu oraz stanu styków przekaźnika. W górnej czę-ści znaku umieszczona została strzałka, skierowana ku górze oznacza, że termostat pracuje w trybie grzania, czyli temperatura załączenia przekaźnika jest niższa niż tem-peratura jego wyłączenia. Strzałka skiero-wana ku dołowi sygnalizuje pracę w trybie chłodzenia (temperatura załączenia wyż-sza od temperatury wyłączenia). W termo-stacie przyjęto następującą zasadę: w try-bie grzania obiekt samoczynnie stygnie, zaś w trybie chłodzenia samoczynnie się ogrzewa. Dolną część znaku zarezerwo-wano dla sygnalizacji stanu styków prze-kaźnika – pozioma kreska w jego dolnej części oznacza wyłączenie przekaźnika, zapełniona połowa znaku jego włączenie. Wszystkie możliwe stany oraz sposób ich prezentacji pokazano w tabeli 1.
ObsługaObsługa urządzenia jest łatwa i intui-cyjna a odbywa się za pomocą trzech przycisków. Przyciskiem S2, opisanym na płycie czołowej jako SET, dokonuje-my wejścia w tryb ustawiania parame-trów pracy termostatu. Po przyciśnięciu tego przycisku będziemy mieli możliwość zmiany wartości temperatury załączenia przekaźnika, oznaczono ją umownie liter-ką „Z” – rysunek 4. Zmiany wartości dokonujemy przyciskami: S1 – dodawa-nie wartości i S3 – odejmowanie wartości. Dłuższe przytrzymanie przycisku urucha-mia funkcję automatycznego powtarza-
nia służącą do szybkiej zmiany wartości. Kolejne naciśnięcie przycisku SET daje możliwość regulacji temperatury „W”, czyli wyłączenia przekaźnika – rysunek 5. Analogicznie jak poprzednio zmian jej wartości dokonujemy przyciskami S1 i S3. Po dokonaniu zmian i naciśnię-ciu przycisku SET termostat przechodzi w tryb normalnej pracy.
Na rysunku 6 pokazany jest wygląd płyty czołowej, której dokumentacja znaj-duje się w Elportalu wśród materiałów dodatkowych do tego numeru.
EB
Rezystory:R1, R2, R4 4,7kR3 100PR1 potencjometr montażowy 5...10kKondensatory:C1, C3 100nFC2, C4 100uF/25VPółprzewodniki:U1 7805U2 ATTINY4313D1 1N4007D2 1N4148DISPLAY wyświetlacz LCD 1x6T1 BC547DS18B20 MOD – 1szt.Pozostałe:S1–S3 mikroswitch 13mmCON listwa kątowa goldpin 1x20PK1 JQX68F/121ZSDISPLAY listwa goldpin 2x14Piezo piezo z generatorem 5VVCC gniazdo DC 2,1/5,5 (przykręcane do obudowy)Złącza ARK2 – 3szt.
Wykaz elementów
Komplet podzespołów z płytką jest do stęp ny w sie ci han dlo wej AVT ja ko kit szkol ny AVT-3131.
tabela 1
TRYB CHŁODZENIA
Z>W
TRYB PRACYSYMBOL
TRYB CHŁODZENIA
Z>W
TRYB GRZANIAZ