Нынче затеяли мы тут модернизацию дачного отопления, было рассмотрено несколько вариантов и в дополнение к газовому котлу было решено дополнительно оставить котел на дровах, а чтобы он эффективнее обогревал помещения дома разумно поставить циркуляционный насос, гоняющий жидкость, которая переносит тепло по трубам по всем комнатам. Таким образом на случай всяких кризисов-шмизисов всегда будет резерв тепла для своего дома, нужно лишь нарубить дровишек и кинуть их в топку. Так вот за счет циркуляционного насоса (система батарей герметичная) мы получим более или менее равномерный обогрев дома, а также достаточно быстрый обогрев более отдаленных комнат от самого котла. Кроме того, это позволит обогревать дом более эффективно, так сказать КПД, как многие утверждают лучше.
Логика здесь следующая – бросаем дрова в топку, теплоноситель разогревается и нагретая жидкость разносится по комнатам этим самым циркуляционным насосом. Но не слишком хорошо, если насос будет работать постоянно – не экономично, будет, кроме этого и гудеть. Для решения этой проблемы необходимо применить некоторый термостат. Как этот термостат должен работать? Исходя из логики, которая упоминалась выше, теплоноситель должен сначала прогреться, а уж потом это тепло разнести жидкостью по всему дому. Значит, термостат должен включать насос по достижении температуры теплоносителя до какого-то значения, а в процессе распределения тепла теплоноситель охлаждается и как лишь температура понижается до нижнего предела, насос отключается, чтобы теплоноситель прогрелся заново. Кажется ничего сверхъестественного. Тогда приступим к проектированию нашего термостата для циркуляционного насоса системы отопления.
Сам циркуляционный насос выглядит так:
Недолго думая, была задумана схема на микроконтроллере Attiny2313A:
Кроме микроконтроллера задействована достаточно стандартные комплектующие – семисегментный индикатор на два разряда для визуализации текущей температуры, а также настроек порога температуры и гистерезиса, исполнительный элемент – реле (циркуляционный насос работает от сети 220 вольт), простенький блок питания для работы схемы, пара светодиодов для индикации режимов работы, а в качестве термодатчика – DS18B20. В случае с термометром можно было бы, конечно, использовать и просто терморезистор, но DS18B20 был приобретен в удобном водонепроницаемом корпусе с проводом – это упрощает крепление термометра к теплоносителю и повышает надежность.
Температура отображается на семисегментном индикаторе с общим анодом, плюс питания подается на цифры через транзисторы T2 и T3, используются КТ3102, заменить можно на любые другие n-p-n транзисторы. Резисторы R8 – R15 ограничивают ток через сегменты цифр индикатора. С такими номиналами в 390 Ом яркость свечения светодиодов индикатор достаточная на мой взгляд. Индикатор применен с маркировкой HLEC-D512GWA2 – два разряда, общий анод, зеленый цвет светодиодов. Заменить можно на любой аналогичный по характеристикам. Исполняющим элементом является реле, использовать можно абсолютно любые реле с достаточным запасом по току. Диод VD1 включается параллельно катушке реле, это необходимо для того, чтобы погасить напряжение самоиндукции в момент выключения реле, что не даст транзистору T1 сгореть. Транзистор T1 можно также применить любой n-p-n, но уже желательно средней мощности, такой как КТ815. Блок питания для устройства собран по наиболее простой схеме с применением миниатюрного маломощного трансформатора BV EI 382 1189 – вход 220 вольт переменного напряжения, выход 9 вольт переменного напряжения, мощность 4,5 ватт. Этого с головой хватит для питания микроконтроллера и управления реле. По габаритам такой трансформатор лишь немногим крупнее импульсного блока питания, например, от старого зарядного устройства для телефона, чем можно и заменить предложенный блок питания. В исходной схеме применен стабилизатор напряжения на 5 вольт L7805, его замена возможна на любой другой стабилизатор с выходным напряжением 5 вольт. Все диоды по схеме 1n4007, если таких диодов нет в наличии, то можно заменить на любые другие с запасом по току и напряжению относительно схемы термостата. Для корректной работы термодатчика DS18B20 между выводами плюса питания и вывода данных необходимо поставить резистор сопротивлением порядка 4,7 – 10 кОм (по схеме это R2). Управление устройством осуществляется через три кнопки S2, S3, S4. Для дополнительно индикации используется два светодиода и бузер со встроенным генератором. Светодиоды можно применять любые, в моем случае я использовал 3 мм яркие светодиоды, чтобы режим работы был наиболее заметен. Бузер нужно использовать с номинальным напряжением работы 5 вольт. По большому счету он нужен по задумке для звуковой индикации перегрева теплоносителя (более 90 градусов), а также при включении и нормальном старте он издаст несколько писков. В конце для себя решил нецелесообразным его использование, но из прошивки не стал выкидывать, просто не впаивал в печатную плату. Вместо предохранителя и выключателя S1 можно использовать автомат на ток 1 – 5 ампер.
Как работает термостат? Сначала считывается информация датчика температуры, это и есть основа, на которой построена логика работы. Потом считанная текущая температура сравнивается с настройками, которые были введены в побочных меню устройства – температура включения циркуляционного насоса и гистерезис (запаздывание срабатывания) температуры включения и выключения насоса. При нагревании гистерезис прибавляется к значению температуры включения насоса, а при остывании отнимается. Таким образом, если, например, задать температуру 50 градусов и гистерезис 5 градусов, то теплоноситель должен нагреться до 55 градусов, чтобы насос включился и далее остыть до 45 градусов, чтобы насос выключился. На самом деле введение гистерезиса достаточно удобная штука – точное регулирование температуры теплоносителя нам не важно, а вот насосу не придется постоянно включаться и выключаться, чтобы держать точность до градуса. Минимальный гистерезис заложен в прошивке плюс минус 1 градус, а максимальный плюс минус 10 градусов. Думаю, этого вполне достаточно. Далее, считанная с датчика DS18B20, текущая температура сравнивается с предельным порогом значения температуры, программно значение составляет 90 градусов и при превышении которого сработает звуковой сигнал (бузер). Это будет означать, что дрова подбрасывать больше не стоит, да и прогрелось скорее всего уже все до комфортного уровня. При этом насос будет работать и разгонять жидкость по трубам до тех пор, пока температура не опустится до заданных величин, пытаясь охладить теплоноситель, перераспределив тепло в жилые помещения. Все этом можно посмотреть в цифровом формате на Си в исходнике программы для микроконтроллера, поэтому код не привожу тут. И в конце реализуется ещё два уровня меню для ввода настроек температуры и гистерезиса.
Со схемой определились, теперь нужно написать прошивку по вышеописанному алгоритму, а для отладки прошивки схема была собрана на такой макетной плате:
Здесь резисторы отличаются от тех, что применены в схеме, но главное разработать логику работы термостата для циркуляционного насоса.
В устройстве имеется три меню: первое основное меню, индикация текущей температуры теплоносителя и автоматическое управление реле по заданным настройкам, по нажатию кнопки S2 переходим во второе меню, где остальными двумя кнопками задаем температуру включения насоса, ещё раз жмем S2 и переходим в третье меню, где задаем гистерезис или запаздывание температуры от 1 до 10 градусов. При включении насоса загорается светодиод LED2. При включенных меню 2 и 3 будет гореть светодиод LED1. Также он будет моргать при перегреве теплоносителя более 90 градусов (также будет пищать бузер, если он установлен на плату).
Теперь можно собирать все на плате в конечное устройство. По причине некоторых затруднений при изготовлении печатных плат на момент изготовления устройства схема была разбита на две части и собрана на 2-х печатных платах, хотя изначально планировалась одна большая плата, пришлось импровизировать в этом плане.
На плате с индикатором размещен разъем для программирования микроконтроллера, он в основном соединен перемычками с самим контроллером, поэтому его можно вовсе не устанавливать. А нужен был он по большей части для финальной отладки термостата. Между собой платы соединяются шлейфом или 5 проводами. После первого запуска необходимо лишь задать настройки температуры и гистерезиса, особых настроек производить не нужно. Настройки сохраняются в энергонезависимой памяти EEPROM и загружаются при каждом включении, то есть можно один раз настроить температуру и пользоваться.
Осталось дело за корпусом. Было решено все это дело замуровать в стену, чтобы ничего не торчало. В качестве крышки будем использовать тонированное оргстекло, чтобы скрыть содержимое коробки, но при этом не делать кучу отверстий под индикатор и светодиоды.
Сама же коробка была использована первая попавшаяся под руку подходящего размера. Монтируем туда все наше добро и получаем готовое устройство. Вместо обычных таких кнопок можно использовать сенсорные кнопки, чтобы поверхность оставалась гладкой без гаек, но это уже как апгрейт, если кто-то реализует, то обязательно выкладывайте фотки в «я собрал», всем будет очень интересно!
Осталось теперь все это встроить в стену и подключить к насосу и котлу.
Для программирования микроконтроллера нужно знать конфигурацию фьюз битов:
К статье прилагается прошивка для микроконтроллера, исходный код в AVR Studio, печатные платы, а также небольшое демонстрационное видео.
Список радиоэлементовОбозначение
Тип
Номинал
Количество
ПримечаниеМагазинМой блокнот
IC1
Датчик температурыDS18B201
IC2
МК AVR 8-битATtiny2313A1
VR1
Линейный регуляторL7805AB1
VD1 — VD5
Выпрямительный диод1N40075
T1
Биполярный транзисторКТ815А1
или др. NPNT2, T3
Биполярный транзисторКТ31022
или др. NPNC1, C4
Электролитический конденсатор470 мкФ2
C2, C3, C5
Конденсатор100 нФ3
C6
Электролитический конденсатор10 мкФ1
R1, R3, R8-R15
Резистор390 Ом10
0,25 ВтR5, R6
Резистор1 кОм2
0,25 ВтR4
Резистор1.5 кОм1
0,25 ВтR2
Резистор4.7 кОм1
0,25 ВтR7
Резистор10 кОм1
0,25 ВтLED1
СветодиодЗеленый1
LED2
СветодиодКрасный1
7seg1
Семисегментный индикаторHLEC-D512GWA21
EP1
ПьезодинамикBuzer 5V1
Со встроенным генераторомTr1
ТрансформаторBV EI 382 11891
Rel1
Релеhjr-3ff-s-z1
S2-S4
КнопкаКМ1-13
S1 + F1
Автомат5 А1
в зависимости от насоса можно и на другой токИли вместо автоматаF1
Предохраниеткль5 А1
в зависимости от насоса можно и на другой токS1
Выключатель1
Добавить все
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
- 51.hex (5 Кб)
- 51.rar (78 Кб)
- termorele 4.lay6 (145 Кб)