termostat cyfrowy

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
P R O J E K T Y C Z Y T E L N I K Ó W
Dział "Projekty Czytelników" zawiera opisy projektów nadesłanych do redakcji EP przez Czytelników. Redakcja nie bierze
odpowiedzialności za prawidłowe działanie opisywanych układów, gdyż nie testujemy ich laboratoryjnie, chociaż
sprawdzamy poprawność konstrukcji.
Prosimy o nadsyłanie własnych projektów z modelami (do zwrotu). Do artykułu należy dołączyć podpisane
oświadczenie,
że artykuł jest własnym opracowaniem autora i nie był dotychczas nigdzie publikowany
. Honorarium za publikację
w tym dziale wynosi 250,− zł (brutto) za 1 stronę w EP. Przysyłanych tekstów nie zwracamy. Redakcja zastrzega sobie
prawo do dokonywania skrótów.
Termostat cyfrowy
Pocz¹tkowo termostat
zosta³ zaprojektowany
z†myúl¹ o†utrzymywaniu
sta³ej temperatury
w†akwarium o†pojemnoúci
400l. Mimo øe nie posiada³
moøliwoúci zmiany nastaw
bez zmiany oprogramowania
procesora, oddawa³ znaczne
us³ugi. Zapewnia³ rybom
wiÍkszy komfort øycia,
oszczÍdzaj¹c przy okazji
znaczne iloúci energii
elektrycznej. Koszt budowy
zwrÛci³ siÍ w†ci¹gu paru
miesiÍcy, a†dodatkowe
funkcje zaowocowa³y
zwiÍkszeniem
bezpieczeÒstwa mieszkaÒ
s¹siadÛw. Jednak øycie
wymusi³o na konstruktorze
stworzenie urz¹dzenia
bardziej uniwersalnego,
z†moøliwoúci¹
przystosowania do pracy
w†rÛønych úrodowiskach.
Projekt
064
I†tak powsta³a wersja
urz¹dzenia, ktÛr¹ mam za-
szczyt przedstawiÊ Czytelni-
kom EP. Jest to tani, prosty
w†budowie i†uruchomieniu,
a†jednoczeúnie funkcjonalny
termostat cyfrowy. DziÍki za-
stosowaniu mikroprocesora
firmy ATMEL 89C2051 i†czuj-
nika temperatury firmy Dal-
las DS1820 powtarzalnoúÊ
parametrÛw uk³adu, nawet
w†warunkach amatorskich jest
duøa. Po prostu uk³ad dzia³a
od pierwszego w³¹czenia.
temu. Miganie komunikatu
spowodowane jest prac¹
uk³adu kontroli czasu przez
procesor opartego na prze-
rwaniach.
-
I2CE
- brak, uszkodzenie
pamiÍci US2, uszkodzenie
nastaw (b³¹d CRC), zak³Ûce-
nia na szynie I
2
C. Powoduje
wpisanie do rejestrÛw ter-
mostatu nastaw fabrycznych
zawartych w†pamiÍci pro-
gramu procesora. Dodatko-
wo stan taki sygnalizowany
jest naprzemiennym wy-
úwietlaniem dziesiÍtnych
czÍúci
o
C†i†literki ìFî na
ostatniej pozycji wyúwietla-
cza w†czasie wyúwietlania
temperatury. B³¹d moøe wy-
st¹piÊ rÛwnieø podczas
utrwalania nastaw z†klawia-
tury.
-
Err1
- brak, uszkodzenie
czujnika temperatury,
zwarcie przewodÛw ³¹cz¹-
cych czujnik z†termostatem
(brak impulsu obecnoúci).
Wyst¹pienie b³Ídu podczas
kolejnych dziesiÍciu po-
miarÛw powoduje zabloko-
wanie sterowania i†usta-
wienie przekaünika wy-
júciowego w†stan ìwy³¹czo-
Opis dzia³ania
termostatu
Schemat elektryczny ter-
mostatu przedstawiono na
rys.
1
. Po w³¹czeniu zasilania
uk³ad US3 generuje sygna³ ze-
ruj¹cy dla procesora. Zastoso-
wany kontroler napiÍcia
sprawdza siÍ rÛwnieø przy
chwilowych ìprzysiadachî na-
piÍcia w†sieci energetycznej,
spowodowanych zak³Ûceniami
na liniach 110kV, zapobiega-
j¹c skutecznie ìzawieszaniuî
siÍ programu i†przypadkowym
wpisom do nieulotnej pamiÍci
nastaw (EEPROM).
Procesor rozpoczynaj¹c
pracÍ ustawia odpowiednie re-
jestry, tryby pracy timerÛw
i†systemu przerwaÒ. Wykonu-
je rÛwnieø kilka testÛw we-
wnÍtrznych i odczytuje nasta-
wy z†pamiÍci US2 poprzez
szynÍ I
2
C. Negatywny wynik
testÛw przedstawiany jest na
wyúwietlaczu:
-
ErrF -
b³¹d CRC pamiÍci
programu procesora. Powo-
duje zatrzymanie pracy sys-
Dane techniczne:
napięcie zasilania: 220V/50Hz;
pobór mocy: ok. 1,5VA;
obciążalność wyjścia 1A AC;
zakres pomiarowy:
0..120
o
C z rozdz. 0,1
o
C;
zakres nastawy regulacji
temperatury (toFF): 0..102,3
o
C co
0,1
o
C;
histereza regulacji (hiSt):
0..25,5
o
C co 0,1
o
C;
zakres nastawy sygnalizacji
temperatur minimalnej (
t Lo
)
0..102,3
o
C co 0,1
o
C;
zakres nastawy sygnalizacji
temperatury maksymalnej (
t hi
)
0..102,3
o
C co 0,1
o
C;
zakres kalibracji błędu (
CAL
)
−12,8..+12,7
o
C co 0,1
o
C;
długość przewodu łączącego
czujnik z termostatem
maks. 30..40m;
częstotliwość wykonania pomiarów
temperatury: 1 pomiar/2 sekundy;
tryb pracy: ogrzewanie.
Elektronika Praktyczna 7/99
85
P R O J E K T Y C Z Y T E L N I K Ó W
Rys. 1.
nyî do czasu ustania przy-
czyny b³Ídu. B³¹d moøe
wyst¹piÊ rÛwnieø podczas
normalnej pracy.
-
Err2
- b³¹d CRC danych od-
czytanych z†czujnika tem-
peratury. Wyst¹pienie b³Í-
du podczas kolejnych dzie-
siÍciu pomiarÛw powoduje
zablokowanie sterowania
i†ustawienie przekaünika
wyjúciowego w†stan ìwy³¹-
czonyî do czasu odczytania
danych poprawnych pod
wzglÍdem CRC. B³¹d moøe
wyst¹piÊ rÛwnieø podczas
normalnej pracy. Program
przedstawia siÍ rÛwnieø
wersj¹ oprogramowania
w†przypadku modelu -
u1.10
.
Po testach wyko-
nywana jest g³Ûwna
czÍúÊ programu, to
jest pomiar tem-
peratury co 2s,
porÛwnanie
zamierzonej temperatury
z†wartoúciami zadanymi,
przegl¹danie klawiatury i†ob-
s³uga wyúwietlaczy.
Zmiany nastaw moøemy
dokonaÊ za pomoc¹ rozwija-
nego menu (
rys. 3
).
NaciúniÍcie przycisku
ìWeî powoduje wejúcie do
menu. Za pomoc¹ przyciskÛw
ìGÛraî, ìDÛ³î, moøemy wy-
braÊ jeden z†parametrÛw:
-
odc. n
- wykonanie przy-
cisk ìîWeî, wyúwietlacz:
-odc
. Powoduje przepisanie
do rejestrÛw dostÍpnych
z†klawiatury aktualnie obo-
wi¹zuj¹cych nastaw. Prze-
pisanie nastaw nastÍpuje
rÛwnieø automatycznie po
wykryciu stanu bezczynnoú-
ci klawiatury przez 60s, po-
woduj¹c jednoczeúnie po-
wrÛt uk³adu do wyúwietla-
nia temperatury. Wyjúcie
przycisk ìWyî.
-
t†hi
- wejúcie w†nastawÍ
przycisk ìWeî, wyúwiet-
lacz: zawartoúÊ rejestru,
przyciski ìGÛraî, ìDÛ³î
zmiana zawartoúci rejest-
ru. Jest to nastawa tempe-
ratury maksymalnej, przy
ktÛrej nast¹pi za³¹czanie
sygnalizacji akustycznej.
Sygnalizacja stanu przez
naprzemienne wyúwietla-
nie dziesiÍtnych czÍúci
o
C
i†litery ìhî na ostatniej po-
zycji wyúwietlacza w†cza-
sie wyúwietlania tempera-
tury. Wyjúcie - przycisk
ìWyî.
-
toFF
- wejúcie w†nastawÍ
przycisk; ìWeî, wyúwiet-
lacz: zawartoúÊ rejestru,
przyciski ìGÛraî, ìDÛ³î
zmiana zawartoúci rejestru.
Jest to nastawa temperatury
wy³¹czenia urz¹dzenia ste-
rowanego.
Wyjúcie przycisk ìWyî.
-
hiST
- wejúcie w†nastawÍ
przycisk ìWeî, wyúwiet-
lacz: zawartoúÊ rejestru,
przyciski ìGÛraî, ìDÛ³î
zmiana zawartoúci rejestru.
Jest to nastawa histerezy re-
gulacji temperatury zgodnie
ze wzorem:
t†on=toFF-hiSt
, gdzie t†on
temperatura za³¹czenia urz¹-
dzenia sterowanego. Wyjúcie
przycisk ìWyî.
-
t†lo
- wejúcie w†nastawÍ
przycisk ìWeî. Podobnie
jak t†hi dotyczy tylko tem-
peratury minimalnej. Od-
pad kryterium po osi¹gniÍ-
ciu temperatury t†on. Syg-
nalizacja literk¹ ìLî. Wyj-
úcie przycisk ìWyî.
-
CAL
- wejúcie w†nastawÍ
przycisk ìWeî, wyúwiet-
lacz: zawartoúÊ rejestru,
przyciski ìGÛraî, ìDÛ³î
86
Elektronika Praktyczna 2/98
Elektronika Praktyczna 7/99
P R O J E K T Y C Z Y T E L N I K Ó W
WYKAZ ELEMENTÓW
Rezystory
R1, R10: 1k
R2, R3: 3k
Ω
R5, R6, R7, R8: 4,7k
R9, R11, R12: 2,7k
R13..R20: 220
Ω
R22: 10k
Ω
Kondensatory
C1, C2: 33pF
C3, C5, C6, C7, C8, C9,
C10, C11, C12, C13, C17:
100nF/63VMKT
C14: 10
F/35V tantalowy
C15: 2200
F/16V
C16: 220
F/6,3V tantalowy
Rys. 2.
F/25V: tantalowy
Półprzewodniki
D1..D4: dowolne małej
mocy diody krzemowe
D5: dioda Zenera 5,6V
D6...D9: 1N5819
D10: 1N4148
T0: transoptor CNY17−2
T1..T4: BC557B
T5..T7: BC547B
US1: AT89C2051
zaprogramowany
US2: 24C02
US3: TL7705
US4: 74LS164
US5: 7805
US6: DS 1820
DL1..DL4: wyświetlacze
siedmiosegmentowe
wspólna anoda dowolny
typ
Różne
Q1: rezonator kwarcowy
12MHz
SW1..SW2: przyciski
monostabilne, zwierne
dowolny typ
F1: bezpiecznik 160mA
F2: bezpiecznik 1A
TR1: transformator sieciowy
TS 3/8/676
PU1: przekaźnik RM 96Z 12V
DC
Z1, Z2: złącze ARK 3
Z3: złącze ARK2
BZ1: dowolny sygnalizator
piezoelektryczny z własnym
generatorem na napięcie
pracy 5..12V DC.
zmiana zawartoúci rejestru.
Nastawa umoøliwiaj¹ca
ustawienie dok³adnoúci po-
miaru temperatury przez
termostat. Wyjúcie przycisk
ìWyî.
-
CodE
- wejúcie w†nastawÍ
przycisk ìWeî, wyúwiet-
lacz: zawartoúÊ rejestru,
przyciski ìGÛraî, ìDÛ³î
zmiana zawartoúci rejest-
ru. Kod zabezpieczaj¹cy
przed zmian¹ nastaw przez
osoby niepowo³ane (nale-
øy ustawiÊ wartoúÊ 65
przed kaødym utrwalaniem
nastaw). Wyjúcie przycisk
ìWyî.
-
utr.n
- wykonanie przycisk
ìWeî, wyúwietlacz:
-utr
w†przypadku poprawnego
wykonania polecenia,
a†
ErrC
w†przypadku poda-
nia b³Ídnego kodu zabez-
pieczaj¹cego lub I2CE -
patrz opis testÛw. Utrwale-
nie nastaw wprowadzonych
uprzednio z†klawiatury.
Wyjúcie przycisk ìWyî.
Opuszczenie menu przy-
cisk ìWyî. Na wyúwietlaczu
zapalone tylko punkty dzie-
siÍtne do czasu pomiaru tem-
peratury lub po czasie 60s od
wykrycia stanu bezczynnoúci
klawiatury.
Wszystkie zmiany w†rejes-
trach
t†hi
,
toFF
,
hiSt
,
t†lo
,
CAL
obowi¹zuj¹ dopiero po
utrwaleniu. Klawiatura jest ty-
pu ìzegarkowegoî, z†automa-
tycznym powtarzaniem po
d³uøszym przytrzymaniu
przycisku. Kasowanie sygna-
lizacji akustycznej nastÍpuje
przez naciúniÍcie dowolnego
przycisku. Wyúwietlanie tem-
peratury mierzonej sygnalizo-
wane jest miganiem segmentu
ìFî na pierwszej pozycji wy-
úwietlacza w†takt wykonywa-
nych pomiarÛw. Za³¹czenie
przekaünika wyjúciowego syg-
nalizowane jest úwieceniem
punktu dziesiÍtnego na ostat-
niej pozycji wyúwietlacza. Ob-
liczanie temperatury i†porÛw-
nanie z†wartoúciami zadany-
mi realizowane jest z†roz-
dzielczoúci¹ 0,01
o
C.
Ma³a pojemnoúÊ pamiÍci
programu w procesorze
89C2051 powoduje, øe odpo-
wiedzialnoúÊ za prawid³owe
nastawienie termostatu spo-
czywa na uøytkowniku. Nale-
øy pamiÍtaÊ aby:
t†hi
>
toFF
>
t†on
>
t†lo
. Symbol
temperatury T†zmieniono na
t†ze wzglÍdu na wiÍksz¹ czy-
telnoúÊ na wyúwietlaczu sied-
miosegmentowym. Tempera-
tury ujemne wyúwietlane s¹
Rys. 3.
jako 0.0
o
C. Obci¹øalnoúÊ wyj-
úcia moøna zwiÍkszyÊ po-
przez wymianÍ bezpiecznika
F2 i†pogrubienie úcieøek
w†obowodzie przekaünika
i†z³¹czy.
Oprogramowanie dla ter-
mostatu napisano w†asemble-
rze. D³ugoúÊ kodu wynikowe-
go 2043B.
Michał Cuprych
Elektronika Praktyczna 7/99
87
R4: 390
R21: 20k
C4: 1
  [ Pobierz całość w formacie PDF ]