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.
Cергей , ATMEGA8-16PU, отличается от ATMEGA8-16PI только температурой окружающей среды где предпологается применение данного микроконтоллера .
судя по отзывам с форума радио , radio-forum.ru/forum/viewtopic.php?f=1&t=1551 схема работает.
был бы этот термостат до 100 градусов с удовольствием бы собрал эту схему.
Собрал..не работает..на экране нет вообще никакой инфы..вместо ATmega8-16PI использовал ATmega8A-PU может в этом проблема?