J-202 MIKROPROCESOROWY
®
TERMOMETR - REGULATOR
Ten nowoczesny układ umo\
liwia pomiar i kontrolÄ™
temperatury w zakresie od -30 do +150oC. Zastosowanie
mikroprocesora uprościło znacznie proces skalowania oraz
programowanie regulatora temperatury.
Mikroprocesor AT89C2051 zawiera w swojej strukturze
komparator. Napięcie odniesienia na jego wejściu
odwracającym ustala dzielnik zło\
ony z rezystorów R1 i R2.
Czujnik temperatury KTY 10 podłączony jest do wejścia
nieodwracajÄ…cego komparatora. Dzielnik oraz czujnik zasilane
są z tego samego napięcia, co ma tę zaletę, i\
jego zmiany nie
wpływają na dokładność pomiaru. Sama metoda pomiaru
oparta jest na mierzeniu czasu Å‚adowania kondensatora przez
czujnik temperatury. Czas Å‚adowania jest proporcjonalny do
rezystancji czujnika. KTY10 ma dodatni współczynnik
temperaturowy. Oznacza to, i\
jego rezystancja rośnie wraz ze
wzrostem temperatury. Dla temperatury 25oC wynosi ok.2k&!.
Pomiar rozpoczyna się po dołączeniu końcówki kondensatora
C8 do masy, przez wewnętrzne tranzystory mikroprocesora.
Jednocześnie uruchamiane jest odliczanie czasu. Je\
eli
napięcie na kondensatorze przekroczy próg przełączenia
komparatora, ten zmieni swój stan i zawartość timera zostaje zapamiętana. Znając czas ładowania kondensatora, programowo wyliczana jest
aktualna temperatura. Poniewa\
charakterystyka termistora nie jest idealnie liniowa, program wprowadza jej korektÄ™. W celu uzyskania jak
najlepszej dokładności wskazań mikroprocesor wykonuje kilkanaście pomiarów na sekundę. Na wyświetlaczu wskazywana jest wartość średnia
z kilku ostatnich pomiarów. W celu zaoszczędzenia linii procesora do obsługi wyświetlacza zastosowano 2 rejestry przesuwne UCY74164.
Jeden z nich steruje segmentami, drugi diodami LED i poprzez wzmacniacze tranzystorowe anodami wyświetlaczy. W celu zapamiętania
temperatur wzorcowych, oraz nastaw termostatu w układzie zastosowano pamięć EEPROM. Ma to szczególnie du\
e znaczenie w miejscach
gdzie mogą wystąpić zaniki napięcia zasilającego. Na płytce znajduje się stabilizator, który nale\
y wyposa\
yć w radiator o powierzchni kilku
cm2. Dioda D1 zabezpiecza układ przed odwrotnym podłączeniem zasilacza. Ze względu na zastosowany przekaz
nik termometr nale\
y zasilać z
zasilacza 12V. Pobór prądu nie przekracza 200mA. Cały układ zmontowany jest na trzech płytkach drukowanych. Aby uniknąć niespodzianek,
przed przystÄ…pieniem do monta\
u nale\
y dokładnie sprawdzić płytkę drukowaną, szczególnie w miejscach gdzie ście\
ki przechodzą pomiędzy
nó\
kami układów scalonych. Następnie przymierzamy płytki do obudowy. W razie konieczności krawędzie płytek szlifujemy delikatnie
papierem ściernym. W tylnej ściance wykonujemy otwory słu\
ące do wyprowadzenia przewodów. Płytkę z przyciskami mocujemy do górnej
części obudowy, po uprzednim wywierceniu 4 otworów na przyciski i 2 do przykręcenia płytki. Płytka powinna być zamocowana na 4mm
tulejkach dystansowych.
Monta\
rozpoczynamy tradycyjnie od zwór (2szt) i elementów najni\
szych. Pod mikroprocesor i pamięć EEPROM wlutowujemy podstawki.
Nale\
y zwrócić uwagę na prawidłowy monta\
tranzystorów i diod LED. Płytkę wyświetlaczy nale\
y przylutować bezpośrednio do płytki
głównej. Na płytce wyświetlaczy znajdują się punkty lutownicze oznaczone jako A i B. A
Ä…czymy je przewodami z odpowiadajÄ…cymi im
punktami A i B znajdujÄ…cymi siÄ™ przy przekaz
niku. Płytkę klawiatury podłączamy do układu za pomocą krótkiej wiązki przewodów. Nale\
y
zachować zgodność numeracji przewodów na obu płytkach. Po dokładnym sprawdzeniu poprawności monta\
u mo\
emy przystąpić do
uruchamiania i skalowania termometru. Do złącza na płytce głównej podłączamy czujnik temperatury. Kolejność jego wyprowadzeń jest
dowolna. Czujnik powinien być dokładnie zabezpieczony przed zalaniem wodą jego wyprowadzeń, gdy\
spowoduje to błąd wskazań. Następnie
podłączamy napięcie zasilania (12V), obserwując wyświetlacz. Na prawym skrajnym wyświetlaczu powinny pojawić się przez chwilę trzy
poziome segmenty. Oznacza to, i\
mikroprocesor zainicjował pracę pamięci EEPROM wpisując do niej wstępne ustawienia termometru.
(UWAGA!!! sytuacja taka wystąpi tylko po pierwszym włączeniu termometru). Po chwili termometr wska\
e temperaturę, której wartość jest
przypadkowa, uzale\
niona od tolerancji elementów wchodzących w skład mostka pomiarowego. Mamy teraz do wyboru dwie metody
skalowania termometru. Je\
eli układ będzie pracował w zakresie temperatur 20.....30oC z czujnikiem na przewodzie o niewielkiej długości,
mo\
emy posłu\
yć się metodą mniej dokładną. Naciskamy przycisk S4 (SKALOWANIE) i przytrzymujemy go przez ok.5 sek. Zapalą się diody
D3 (Hi) i D4 (Lo). Następnie umieszczamy czujnik pod pachą (po uprzednim skontrolowaniu temperatury termometrem lekarskim) i po upływie
kilku minut, kiedy temperatura nie będzie ju\
wzrastać, zatwierdzamy pomiar jednokrotnym naciśnięciem przycisku S4. Diody D3 i D4 zgasną,
a na wyświetlaczach pojawi się wskazanie [36,6]. Druga metoda skalowania jest bardziej dokładna. Nale\
y ją stosować je\
eli czujnik będzie
oddalony od termometru na odległość kilkudziesięciu metrów i chcemy uzyskać du\
ą dokładność wskazań. W celu wyskalowania termometru
naciskamy jednocześnie przyciski S4 i S3 (SKALOWANIE i Lo) i przytrzymujemy je przez ok. 5 sek. Zapali się dioda D4 (Lo). Następnie
umieszczamy czujnik w naczyniu z kostkami lodu i niewielką ilością wody. Po odczekaniu do momentu ustalenia się wskazań jednokrotnie
naciskamy przycisk S4. Dioda D3 gaśnie. Wyświetlacz poka\
e [0.0]. Następnie jednocześnie naciskamy przyciski S4 i S2 (SKALOWANIE i
Hi). Nale\
y je przytrzymać przez kilka sekund do momentu zapalenia diody D3 (Hi). Czujnik temperatury umieszczamy w naczyniu z wrzącą
wodą. W momencie kiedy temperatura czujnika ustabilizuje się, jednokrotnie naciskamy przycisk S4. Na wyświetlaczu pojawi się wskazanie
[100.0]. Skalowanie termometru jest zakończone.
Aby zaprogramować termostat nale\
y wykonać następujące czynności: Jednocześnie naciskamy przycisk S1 i S2 (PROGRAMOWANIE i Hi).
Nale\
y je przytrzymać do momenty zapalenia diod D3 i D5 (PROG i Hi). Przytrzymując przycisk Hi spowodujemy zwiększanie się wskazań na
wyświetlaczu o pełne stopnie z częstotliwością 2 Hz, natomiast pojedyncze naciśnięcia tego przycisku zwiększają dziesiąte części stopni C.
Przyciskiem Lo w ten sam sposób zmniejszamy wskazania na wyświetlaczu. Ustawioną temperaturę zatwierdzamy jednokrotnym naciśnięciem
przycisku PROG (S1). W ten sposób została zaprogramowana temperatura, przy której zostanie wyłączony przekaz
nik. TemperaturÄ™ jego
ponownego załączenia (histerezę) programujemy w sposób następujący: Przez kilka sekund przytrzymujemy jednocześnie przyciski PROG i Lo
(S1 i S3). Zapalą się diody PROG i Lo (D5 i D4). Przyciskami S2 i S3 ustawiamy temperaturę załączenia przekaz
nika tak samo jak w
przypadku jego wyłączenia. Zatwierdzamy ją przez jednokrotne naciśnięcie przycisku PROG. Je\
eli termostat został zaprogramowany na
temperaturÄ™ wy\
szÄ… ni\
ta w której znajduje się czujnik, przekaz
nik zostanie włączony co sygnalizuje dioda D6 (PRACA). Podgląd
nastawionych wskazań jest mo\
liwy przez chwilowe naciśnięcia przycisków Lo lub Hi. W przypadku ustawienia temperatury włączenia
wy\
szej ni\
temperatura wyłączenia jako priorytetowa traktowana będzie ta ostatnia, tz. w ka\
dym przypadku po osiągnięciu przez czujnik
zaprogramowanej temperatury przekaz
nik będzie wyłączany. Wszystkie ustawione wartości są zapisywane w pamięci EEPROM.
DÅ‚u\
sze przytrzymywanie przycisków podczas skalowania i programowania ma na celu wyeliminowanie mo\
liwości przypadkowego
skasowania lub zmiany nastawionych wartości.
Zastosowany przekaz
nik umo\
liwia załączenie grzałek o niewielkich mocach. W przypadku konieczności zastosowania du\
ych obciÄ…\
eń nale\
y
u\
yć stycznika, a przekaz
nik wykorzystać do sterowania jego cewki.
Przewody u\
yte do podłączenia czujnika powinny mieć przekrój nie mniejszy ni\
1mm2, co ma szczególne znaczenie przy du\
ej odległości
czujnika od układu pomiarowego. W przypadku przerwy lub zwarcia w obwodzie czujnika na wyświetlaczach zapalą się wszystkie środkowe,
poziome segmenty. Jednocześnie zostanie wyłączony przekaz
nik.
Ze względu na stosunkowo du\
ą bezwładność cieplną zastosowanego czujnika, pomiar temperatur szybkozmiennych obarczony będzie błędem.
Najdokładniejsze wskazania mo\
na uzyskać w środowisku o stałej lub wolno zmieniającej się temperaturze. W/g danych producenta stała
czasowa czujnika w nieruchomym powietrzu wynosi ok.40 sek., a w cieczach 4 sek. Oznacza to, \
e przy gwałtownym skoku temperatury np. o
10oC po 40 sek. czujnik wska\
e wzrost temperatury o 6oC.
Na płytce znajduje się miejsce na dodatkowy kondensator oznaczony jako C8 . W to miejsce nie montujemy \
adnego elementu.
WYKAZ ELEMENTÓW ZESTAWU:
US1........................................ 7805 Th1........................................ KTY10-6
C1..........................................1000µF
US2....................................... AT89C2051 PK1....................................... przekaz
nik 12V/3A
C2............................................220µF
US3........................................ PCF8582C S1-S4..................................... przycisk imp. 6mm
C3,C4,C5,C10,C11..................100nF
US4,US5............................... UCY74164 R1.......................................... 3,3k&!
C6..............................................22µF
T1-T4................................... BC327 R2,R3.................................... 5,6k&!
C7,C8,C9........(MKSE)...............1µF
T5,T6.................................... BC547
R4-R7,R23............................ 10k&!
C10,C11....................................30pF
D1.......................................... 1N4001
R8-R10.................................. 470&! PODSTAWKA DIL8
D2.......................................... 1N4148
PODSTAWKA DIL20
R11-R14,R25........................ 2,2k&!
D3-D6................................... LED
PA
YTKI DRUKOWANE 3szt
R15-R22................................ 150&!
Q1......................................... kwarc 12MHz OBUDOWA KM35
R24........................................ 1,5k&!
W1-W4................................. 2xTDY5520 (WA)
listwa zaciskowa TB-2......... 3szt.
+12V
Vcc
US1A
+5V
C11
C10
D1 7805
100nF 100nF
3 1
D3
+12V +5V Vin Vcc
1N4001 D4 D5
R8-R10
C5 US5
C1 C2 C6 3x470
C4 C3 1 3
100nF
22uF A Q0
220uF
1000uF 100nF 100nF
2 4
B Q1
5
GND GND Q2
6
Q3
10
Q4
8 11
CLK Q5
12
Q6 Vcc
9 13
Vcc MR Q7
74164
Q6 Q0 Q7 Q5
Vcc R12 R14
R11 R13
C10 2,2k 2,2k
2,2k
C11 2,2k
US2 Q1
30pF 30pF
C7 AT89C2051 12MHz
T4
R1 R3
Th1 1uF 1 4 T3
RST XTAL2 T1 T2
3,3k 5,6k
KTY10-6 BC327
BC327 BC327 BC327
5
t XTAL1 R15-R22
13 US4
AIN1
8x150
12 2 1 3 E
AIN0 RXD A Q0 W4 W3 W2 W1
14 3 2 4
C
P1.2 TXD B Q1
C8 15 5
A
P1.3 Q2
16 11 6
1uF B
P1.4 P3.7 Q3
17 8 10
F
P1.5 T0 Q4
9 R4 8 11
G
T1 CLK Q5
18 7 R5 12
D
P1.6 INT1 Q6
R2
C9 19 6 R6 9 13
dp
P1.7 INT0 MR Q7
1uF 5,6k
R7
US3 4x10k 74164
Vcc
+12V
5 3
SDA A2 "PRACA"
6 2 S2 D6
SCL A1
"Hi" S1
D2
7 1
T/INT A0
S1
R25 1N4148
"PROG" R24
2,2k PK-1
S3 1.5k
3A/12V
PCF8582
"Lo"
S4 R23
"SKAL" S2
10k
T6
BC547
T5
BC547
Rys.1. Schemat ideowy.
P A
YTKA WYÅšWIETLACZY
P A
YTKA GA
ÓWNA
ok.3mm
lutować
Rys.2. Sposób podłączenia płytek.
Rys.3. Schemat monta\
owy.
"HI"
"LO"
"PROG"
GND
2