Схема. Регулятор температуры и влажности в погребе

      Датчиком влажности и температуры в разработанном регуляторе служит SHT21D [1], выбор на который пал благодаря его миниатюрности, точности и интерфейсу I2C. Текущая информация о температуре и относительной влажности воздуха в погребе, о состоянии исполнительных устройств (нагревателя и вентилятора) выводится на двухстрочный символьный ЖКИ регулятор, а по запросу передаётся в компьютер по интерфейсу RS-485. В энергонезависимую память прибора в 00:00 записываются сведения о температуре и влажности в этот момент и в 06:00 тех же суток. Всего в ней умещается информация за 60 суток, затем самые старые записи последовательно замещаются новыми. Хранящаяся в памяти информация передаётся в компьютер только по запросу. Её анализ упрощает подборку параметров регулятора, оптимальных для погреба, в котором он установлен.
       
      Схема регулятора температуры и влажности изображена на рис. 1. Его основа — микроконтроллер ATmega8-16AI, программа для него написана на языке BASIC компилятора BASCOM for AVR ( www.mcselec.com ). Если в программную память микроконтроллера записаны коды из файла SHT21_49_pod.hex, младший байт конфигурации установлен равным 0xFD, а старший — 0xD9, микроконтроллер работает с кварцевым резонатором ZQ2 на указанную на схеме частоту. Это обеспечивает скорость обмена по интерфейсу RS-485 ровно 19200 Бод. Если загрузить в память коды из файла SHT21_8_pod.hex, задать младший байт конфигурации 0хЕ4 и старший 0хD9, то кварцевый резонатор ZQ2 и конденсаторы С6 и С9 из схемы регулятора температуры и влажности можно исключить, оставив свободными выводы 7 и 8 микроконтроллера. Он станет работать от внутреннего тактового RC-генератора частотой 8 МГц. В этом случае скорость будет установлена с некоторой погрешностью. Поэтому при длине линии связи с компьютером более 10 м лучше применить вариант с кварцевым резонатором.

      Датчик SHT21D подключают к разъёму ХР1 прибора по схеме, изображённой на рис. 2. С микроконтроллером он связан по интерфейсу I2С. Для двунаправленного согласования логических уровней сигналов SDA и SCL датчика и микроконтроллера применён узел на полевых транзисторах VT1 и VT2 [2]. По тому же интерфейсу с микроконтроллером связаны микросхемы часов реального времени DD1 (DS1307) и энергонезависимой памяти DS1 (24С64). Они подключены по стандартным схемам. Литиевый элемент G1 обеспечивает питание микросхемы DD1 и бесперебойный ход часов при временном отключении основного источника питания.

      ЖКИ HG1 (WH1602B-VYK-CTK) с поддержкой кириллицы имеет две строки по шестнадцать символов и подключён к микроконтроллеру по схеме с четырёхразрядной шиной данных. Резистор R11 задаёт ток подсветки экрана ЖКИ, а подстроечным резистором R12 устанавливают оптимальную контрастность изображения.
      Микросхема DD2 (SN75176BD) и резисторы R1, R2, R4—R6 служат для согласования линии связи интерфейса RS-485, подключённой к контактной колодке ХТ1, с микроконтроллером. Если к этой линии, кроме компьютера и регулятора температуры и влажности, не будут присоединяться другие устройства, то резисторы R4 и R6 не устанавливают, a R1 и R2 заменяют перемычками. Микросхему SN75176BD можно заменить на МАХ13487Е, МАХ13488Е или AD485.

      Транзисторы VT3 и VT4 управляют по сигналам микроконтроллера установленными в погребе нагревателем воздуха и вентилятором, подключёнными соответственно к колодкам ХТЗ и ХТ4. Если эти устройства потребляют ток более 0,8 А или рассчитаны на напряжение более того, которое подано на колодку ХТ2 для питания регулятора, их нужно подключать через промежуточные реле с достаточно мощными контактами. В этом случае с колодками ХТЗ и ХТ4 соединяют обмотки реле.
      Стабилизаторам DA1 и DA2 обязательно нужен теплоотвод. Я применил готовый размерами 80x80x20 мм от компьютерного процессора. Источник питания регулятора, подключаемый к винтовой колодке ХТ2, может быть напряжением 24 или 12 В в зависимости от номинального напряжения нагревателя и вентилятора. Если он на 12 В, то на плате регулятора интегральный стабилизатор DA1 не устанавливают, а контактные площадки для его выводов 1 и 3 соединяют проволочной перемычкой.

      Печатная плата для схемы регулятора температуры и влажности изображена на рис. 3, а расположение деталей на ней — на рис. 4. Если отверстия на плате не металлизированы, то в те из них, что показаны на рис. 4 залитыми, вставляют и пропаивают с двух сторон короткие отрезки лужёного провода. Индикатор HG1 крепят над платой на четырёх металлических стойках. С той же стороны монтируют кнопки SB1 — SB5, винтовые контактные колодки ХТ1—ХТ4, разъём ХР1, резисторы R11 и R12 (подстроечный) диоды VD1, VD2. Остальные детали, большая часть которых для поверхностного монтажа, монтируют на противоположной индикатору стороне платы.

      Датчик ВК1 и конденсатор С15 устанавливают на небольшой печатной плате, показанной на рис. 5. Её помещают в удобное для контроля температуры и влажности место и соединяют с разъёмом ХР1 на основной плате регулятора четырёхпроводным плоским кабелем с разъёмом XS1. При длине кабеля менее метра конденсатор С15 можно не устанавливать.
      Нагреватель изготовлен из автомобильного подогревателя сиденья на 12В. Подогреватель разобран, из него извлечены два нагревательных элемента. Они уложены между двумя алюминиевыми листами толщиной 2 мм, скреплёнными винтами по периметру. Для работы при напряжении 24 В элементы соединены последовательно.

      Можно сделать нагреватель из отрезка металлической трубы диаметром 110 и длиной 700 мм, намотав на неё нагревательный кабель в один слой по всей длине. Для лучшей циркуляции воздуха внутрь трубы желательно поместить вентилятор от компьютера.
      Для вытяжной вентиляции погреба использован вентилятор с двигателем на 12 или 24 В, большее напряжение в погребе лучше не применять. Если имеется уличный вентилятор на 220 В защищённой от поражения человека электрическим током конструкции, он должен быть установлен вне погреба и соединён с ним воздуховодом. Управлять им следует с помощью установленного в самом вентиляторе реле с низковольтной обмоткой.
      В процессе работы регулятора на экран ЖКИ выводятся, как показано на рис. 6, текущие значения температуры (в градусах Цельсия), относительной влажности воздуха (в процентах), времени и даты. О включённых вентиляторе и нагревателе сигнализируют мнемонические значки в нижнем правом углу экрана.

      Поскольку при первом запуске регулятора EEPROM микроконтроллера не содержит необходимой информации о дате, времени и режимах работы регулятора, туда её необходимо занести. Для этого нажатием на кнопку SB4 входят в меню, показанное на рис. 7, и кнопками SB2 и SB3 выбирают один из его пунктов.
      При нажатии на SB2 изображение на экране сменяется показанным на рис. 8. Кнопками SB2 и SB3 устанавливают две последние цифры номера текущего года и вводят его нажатием на кнопку SB5. Слово «Год» сменяется словом «Месяц». Выбрав нужный, снова нажимают на кнопку SB5 и аналогичным образом устанавливают номер дня (число месяца). После следующего нажатия на SB5 заголовок «Дата» изменится на «Время» и можно будет установить часы и минуты текущего времени. После ввода минут изображение на экране вновь примет вид, подобный тому, что на рис. 6, но уже с установленными значениями даты и времени.

      Чтобы задать значения температуры и влажности, при которых в погребе включаются и выключаются нагреватель и вентилятор, теперь следует нажать на кнопку SB4, а за ней на SB3. Экран примет вид, показанный на рис. 9. Теперь можно описанным выше способом установить температуру включения нагревателя, а затем температуру его выключения, относительную влажность включения и выключения вентилятора. Заключительным нажатием на кнопку SB5 возвращаются в основной режим. Все введённые значения сохраняются в EEPROM микроконтроллера, а на экране вновь появляется изображение, подобное показанному — на рис. 6.

      В EEPROM хранится также адрес ячейки памяти микросхемы DS1, начиная с которой в конце суток будет произведена запись данных о температуре и влажности. Благодаря этому, даже после выключения и повторного включения питания, запись будет выполнена именно с этой ячейки.
      Компьютер, с которым работает регулятор, должен быть оснащён интерфейсом RS-485. Если его нет, следует приобрести и установить в компьютер плату контроллера такого интерфейса. Существуют и переходники с USB на RS-485. Для пользователя этот интерфейс выглядит как обыкновенный СОМ-порт. На компьютере должна быть запущена терминальная программа, например, «Terminal v1.9b by Br@y++» [3], или аналогичная. Скорость обмена устанавливают 19200 Бод при восьми информационных разрядах без контроля чётности и одном стоповом разряде.

      Регулятор исполняет четыре команды, набираемые в окне передачи терминальной программы:
$15$01 — запрос текущих значений контролируемых величин и конфигурации регулятора;
$15$02 — запрос передачи всего содержимого энергонезависимой памяти микросхемы. Аналогичную операцию можно выполнить, нажав на кнопку SB1;
$15$03 — запрос времени и даты;
$15$04 — запрос включения вентилятора на 1 мин.
      Это позволяет дистанционно контролировать микроклимат в погребе.
      Автор выражает благодарность В. Степанову и В. Пондину, оказавшим большую помощь в разработке схемы регулятора температуры и влажности.

Прилагаемые файлы:    SHT21_pod.zip   

ЛИТЕРАТУРА
1. SHT21 Humidity and Temperature Sensor 1C. — <   www.sensirion.com/fileadmin/user_upload/customers/sensirion/Dokumente/Humidity/Sensirion_Humidity_SHT21_Datasheet_V3.pdf   >.
2. Согласование логических уровней 5 В и 3,3 В устройств. — <   www.we.easyelectronics.ru/Shematech/soglasovanic-logichcskih-urovney-5v-i-33v-ustroystv.html   >.
3. Terminal com port development tool. — <   www.sites.google.com/site/terminalbpp/Terminal20111230.zip?attredirects=0   >.

А. НЕДОРОСТКОВ, г. Пенза
«Радио» №5 2013г.

Похожие статьи:
Измерители температуры и влажности с предельно малым потреблением
Регулятор мощности паяльника