Программируемый терморегулятор для системы отопления

В основном режиме прибор регулиру­ет температуру в помещении по введенному в него графику, задаваемому на каждый час каждого дня недели. В любой момент его можно перевести в режим ТЕРМОСТАТ, и он станет незави­симо от графика поддерживать темпе­ратуру, заданную для этого режима. Этой возможностью удобно пользовать­ся, например, чтобы быстро прогреть помещение. На индикатор прибора выводятся значения текущей (измерен­ной) и заданной температуры, инфор­мация о дне недели и текущем времени. Температура может быть задана в интервале 5…35 ^СС. Погрешность ее измерения не превышает 0,5 °С.

      Схема устройства показана на рис. 1. Основные элементы терморегулятора — микроконтроллер ATmega8 (DD1), циф­ровой датчик температуры DS18B20 (ВК1) и ЖКИ WH1602L (HG1) с табло из двух строк по 16 символов.

Тактовый генератор микроконтрол­лера стабилизирован кварцевым резонатором ZQ1. Это необходимо для обеспечения точного хода часов. ЖКИ подключен к микроконтроллеру по схеме с четырехразрядной шиной дан­ных (PD4—PD7), его управляющие вхо­ды RS, R/W, Е соединены с выходами PD1—PD3. Датчик температуры ВК1 подключен к линии РВО микроконтрол­лера по интерфейсу 1-Wire и измеряет температуру воздуха в помещении каж­дую секунду.

Для управления прибором и ввода в него графика поддерживаемой темпе­ратуры служат кнопки SB1—SB6. Зву­ковой излучатель НА1 со встроенным генератором подает короткие звуковые сигналы при нажатиях на эти кнопки. Подсветку табло ЖКИ включают кноп­кой SB7.

Транзистор VT1 по командам микро­контроллера управляет электромагнит­ным реле К1, которое включает и вы­ключает нагреватель котла системы отопления. Светодиод HL1 служит для индикации состояния реле.

Напряжение внешнего источника пи­тания может находиться в пределах 12…15 В. Потребляемый от него ток в обычном режиме — 18 мА, включение подсветки увеличивает ток на 30…70 мА. Резервная батарея гальванических элемен­тов GB1 предотвращает нарушение счета време­ни микроконтроллером при отключении внешне­го питания, а диод VD1 — разрядку батареи через выходные цепи стабили­затора DA1 и уменьшает напряжение на выходе стабилизатора до 4,5 В.

Чертеж печатной пла­ты устройства и распо­ложение элементов на ней изображены на рис. 2. Плата односто­ронняя, изготовлена из фольгированного стек­лотекстолита толщиной 1,5…2,5 мм.

Закончив монтаж, не­обходимо проверить на­пряжение питания на вы­ходе интегрального ста­билизатора (5 В), после чего можно подключить ЖКИ и установить запрограммированный микроконтроллер в предназначенную для него панель. Подборкой резистора R4 добиваются наилучшей контрастности экрана ЖКИ. При необходимости можно изменить яркость подсветки табло ЖКИ, подби­рая резистор R1.

Если подсветка должна работать непрерывно, кнопку SB7 можно заме­нить перемычкой. Благодаря диоду VD1 подсветка работает лишь при питании устройства от внешнего источника и гаснет при питании от резервной бата­реи, экономя ее энергию.

Собранную плату, индикатор, кнопки управления и батарею располагают в любом подходящем корпусе, куда мож­но поместить и сетевой блок питания. В авторском варианте (рис. 3) корпусом послужила доработанная полистироловая крышка от счетчика электроэнергии.

Индикатор и кнопки ус­танавливают в корпусе так, чтобы вершины толка­телей кнопок были на од­ном уровне с плоскостью ЖКИ, не выступая за пре­делы передней панели корпуса. После установки индикатора и кнопок в корпус необходимо, сняв размеры, нарисовать и напечатать в масштабе 1:1 декоративную наклад­ку на кнопки. Рисовать с точным выдерживанием размеров удобно, напри­мер, в графическом ре­дакторе Corel DRAW. Рису­нок может быть как черно-белым, так и цветным.

Окно в корпусе термостата для ЖКИ и кнопок закрывают изнутри тонкой пленкой, например, вырезанной из прозрачной папки для документов. Под пленку подкладывают лист бумаги с напечатанным на прин­тере рисунком клавиатуры и вырезом для экрана ЖКИ. Пленку и рисунок после центрирования закрепляют клеем или скотчем, а затем устанавли­вают на свои места индикатор и кноп­ки. Промежутки между кнопками сле­дует заполнить пенополистиролом или другим подобным материалом до высоты толкателей, чтобы при попада­нии пальцем мимо них не сминать пленку и рисунок.

Чтобы уменьшить погрешность из­мерения температуры воздуха в поме­щении, датчик ВК1 рекомендуется вынести из корпуса. Его можно поме­стить в пластмассовый стакан с отвер­стиями для циркуляции воздуха, при­клеенный под корпусом прибора, или вынести на проводах на несколько мет­ров. В любом случае датчик должен располагаться там, где обеспечена хорошая циркуляция воздуха, вдали от сквозняков или мест застоя воздуха, элементов системы вентиляции, ра­диаторов отопления и других нагре­вающихся объектов. Датчик следует защитить от прямого солнечного света.

По умолчанию микроконтроллер запрограммирован на работу с внут­ренним RC-генератором. Для перевода его на работу с внешним кварце­вым резонатором необходимо устано­вить следующие значения разрядов конфигурации: CKSEL3=1, CKSEL2=1, CKSEL1 = 1, CKSELO=1.

Чтобы запретить работу микроконт­роллера при напряжении питания ме­нее 2,7 В (это может привести к иска­жению хранящегося в EEPROM недель­ного графика температуры), следует запрограммировать разряды конфигу­рации BODEN=0, BODLEVEL=1.

Все резисторы — МЛТ, С2-23. Светодиод — любой, имеющий достаточ­ную яркость при токе 1…2 мА, полевой транзистор КП505А заменят КП502А или КП504А, диоды 1N4001 — любые той же серии (1N4002—1N4007). Реле К1— импортное HJR-3FF-S или аналогичное с одной группой контактов, ком­мутирующей напряжение 240 В при токе 3 А. Вместо ЖКИ WH1602L подой­дет и другой с тем же числом символов и строк, оснащенный совместимым с HD44780 контроллером.

При включении устройства в верхней строке ЖКИ отображается день недели и заданное для этого дня недели и вре­мени суток значение температуры. Во второй строке отображается текущее время, а также фактическая температу­ра в помещении.

Работу начинают с установки пра­вильных значений дня недели и вре­мени. Для этого следует нажать одно­временно на кнопки а и т. На экране ЖКИ отобразится мигающее обо­значение дня недели в виде Пн, Вт и так далее. Кнопками ▲ и ▼ выберем день недели и нажмем на кнопку >. Дополнительно ко дню недели на экране отобразятся показания часов и минут, а также хранящаяся в памяти часов поправка, обеспечивающая точ­ность их хода. Нажимая на кнопки ▲ и ▼, установим значения часов, нажмем на кнопку ►, затем установим значе­ние минут, еще раз нажмем на ► и перейдем к вводу поправки. Она равна числу секунд, на которые часы устройства отстают или спешат за сутки. Значение поправки может лежать в пределах ±29 с. При первом включении она равна нулю и изменять ее не следует, просто нажмите на кнопку Е для выхода из меню установ­ки текущих дня недели и времени.

Запишите показания часов с точ­ностью до секунды и ровно через сутки подсчитайте уход в секундах в большую или меньшую сторону. Вновь войдите в меню установки текущего времени, перейдите в нем к вводу поправки и установите нажатиями на кнопки ▲ и ▼. При переходе через ноль перед значением поправки будет появляться знак плюс или минус. Если часы спешили, установите значение с минусом, если отставали — с плюсом. Для выхода из режима ввода поправ­ки нажмите на кнопку Е. Установ­ленное значение будет записано в энергонезависимую память микро­контроллера и не сотрется при выключении питания.

Для установки или просмотра ранее записанного графика зависимости температуры от дня недели и часа суток нажмите на кнопку F. На экране отобра­зится меню, в котором для нача­ла кнопками ▲ и ▼ выберем день недели и нажмем на кнопку F. После этого час суток выбирают кнопками ► и ◄, а температуру устанавливают кнопками ▲ и ▼.

Если заданное значение тем­пературы повторяется от часа к часу, то для упрощения его ввода можно просто нажать на кнопку F, при этом будет скопи­ровано значение температуры, заданное для предыдущего часа. Таким образом заполняют весь график по дням недели и часам.
Недельный график измене­ния температуры   хранится   в энергонезависимой памяти микро­контроллера и не стирается при выключении питания.

Режим ТЕРМОСТАТ, о котором уже было сказано выше, может быть поле­зен не только для поддержания неиз­менной заданной температуры, но и для оперативного изменения режима работы системы отопления без внесе­ния изменений в недельный график. Например, если есть необходимость прогреть помещение тогда, когда это не запланировано, или выключить обо­грев, сохранив в памяти микроконт­роллера заданную программу.

Чтобы включить режим ТЕРМОСТАТ, следует одновременно нажать на кнопки ► и ◄. В верхней строке ЖКИ будут выведены надпись ТЕРМОСТАТ и значение температуры, которую тре­буется поддерживать. В нижней стро­ке — показания часов и текущая изме­ренная датчиком температура. На­жимая на кнопки ▲ и ▼, можно изме­нять заданное значение температуры в пределах от +5 до +35 °С.
Для возвращения в режим работы по графику достаточно нажать на кноп­ку Е.

Прилагаемые файлы: hr_t.zip

В. НЕФЁДОВ, г. Брянск
«Радио» №1 2011г.