Termostat komputerowy
Przedstawiony w artykule termostat umożliwia pomiar temperatury w zakresie od -30°C do +140°C za pomocą precyzyjnego przetwornika SMT160-30, gwarantującego rozdzielczość pomiaru 0,1°C. Zakres temperatur termostatu można ustawiać w granicach od -20°C do +120°C, natomiast szerokość pętli histerezy może mieścić się w granicach od ±0,1°C do ±10°C. Całość współpracuje z dowolnym komputerem IBM lub kompatybilnym posiadającym łącze transmisji równoległej LPT1, i może sterować niewielkim obciążeniem załączanym i wyłączanym w zależności od wartości zmierzonej temperatury. Do obsługi urządzenia służy niezwykle prosty program pracujący w środowisku DOS, napisany w Pascalu.
Zasadniczą częścią termostatu jest hybrydowy przetwornik temperatury typu SMT160-30. Układ ten jest produkowany przez firmę Smartec w obudowach typu TO-18, TO-92, TO-220, i SO8L, i był już opisywany na łamach Re w nr. 1/1998, tak więc istnieje możliwość aby zainteresowani czytelnicy zapoznali się z właściwościami tego układu. Natomiast Czytelnicy zainteresowani materiałami źródłowymi w formacie .pdf pochodzącymi od producenta układów mogą odwiedzić witrynę autora http://bc107.republika.pl gdzie znajdą notę katalogową tego układu. Czujnik ten jest fabrycznie kalibrowany, dzięki czemu odpada konieczność kłopotliwego w warunkach amatorskich skalowania i kalibrowania całej konstrukcji po jej wykonaniu. W konsekwencji tego istnieje możliwość wykonania układu pomiarowego temperatury i termostatu o wysokiej dokładności, niemożliwej do uzyskania w przypadku zastosowania innych rozwiązań konstrukcyjnych. Błędy pomiarowe deklarowane przez producenta są podane w nocie katalogowej, i różnią się nieco między sobą w zależności od typu zastosowanej obudowy.
Opis układu
Schemat termostatu przedstawiony jest na rys.1. Czujnik temperatury US1 jest zasilany ze stabilizatora US2 napięciem +5V. Wyjście czujnika US1 jest podłączone do styku 11 portu LPT1. Sygnał wyjściowy z czujnika podlega modulacji szerokości impulsu w zależności od temperatury czujnika. Częstotliwość przebiegu wyjściowego może zawierać się w granicach od 1 do 4 kHz i jest nieistotna ponieważ nie zawiera ona żadnej informacji o temperaturze. Właściwa informacja o temperaturze jest zawarta we współczynniku wypełnienia impulsów prostokątnych wytwarzanych przez układ czujnika. Uzupełnieniem układu pomiaru temperatury jest prosty układ wykonawczy zbudowany z dwóch tranzystorów T1, i T2, oraz przekaźnika PK1 służącego do załączania obciążenia. Układ wykonawczy jest sterowany przez styk 2 portu LPT1. Załączenie układu wykonawczego następuje jeżeli temperatura zmierzona spadnie poniżej ustawionej w programie wartości zadanej przez obsługującego urządzenie. Natomiast wyłączenie układu wykonawczego nastąpi po przekroczeniu ustawionej temperatury. Oczywiście mechanizm ten działa w połączeniu z odpowiednią pętlą histerezy, którą można ustawić dowolnie w granicach od ±0,1°C do ±10°C. Całość jest zasilana z napięcia stałego +12V, które nie musi być stabilizowane.
Opis programu
Program obsługi urządzenia pracuje w środowisku DOS nie niżej niż 3.3. Może być również uruchamiany spod systemów Windows 95, 98. Program nie działa w systemach Windows Me, Nt, 2000, XP. Powodem jest brak sterowników w wymienionych systemach do obsługi zakresów wejścia - wyjścia wykorzystanych w programie. Program obsługuje jedynie zakresy we/wy przeznaczone dla łącza LPT1. Program uruchamiamy bez żadnych parametrów w linii komend. Po uruchomieniu programu w pierwszej kolejności następuje sprawdzenie w BIOS'ie komputera czy w systemie istnieje fizycznie łącze LPT1. Jeżeli sprawdzenie wypadnie pomyślnie to program wyświetli tabelkę do której należy wpisać zadane wartości temperatury termostatu i szerokości pętli histerezy. W przypadku niepomyślnego testu na obecność łącza LPT1 zostanie wyświetlony komunikat "Nie wykryto łącza transmisji równoległej LPT1 !", i program zakończy swe działanie. Warto w tym miejscu wspomnieć, że program ten ma możliwość wykorzystywania wyłącznie łącza LPT1, nawet jeśli w systemie istnieją jeszcze inne łącza równoległe np. LPT2, lub LPT3. Jeśli nasz program zainicjuje się prawidłowo, to należy w wyświetlonej tabelce podać w pierwszej kolejności temperaturę jaka ma być utrzymywana przez termostat np. w przebiegającym procesie technologicznym (przypuśćmy, że procesem tym jest reakcja chemiczna endoenergetyczna pochłaniająca ciepło w trakcie swojego przebiegu i potrzebująca dostarczenia ciepła, oraz utrzymania stałej temperatury aby mogła prawidłowo przebiegać). Następnie podajemy szerokość pętli histerezy, która obrazuje nam zakres zmian temperatury, które jeszcze można tolerować dla danego procesu technologicznego. Po wprowadzeniu tych danych program jest natychmiast gotów do pracy aby utrzymywać temperaturę o zadanej wartości w zadanym przedziale tolerancji. Praca programu i urządzenia jest sygnalizowana przez ciągłe wyświetlanie aktualnie zmierzonej temperatury. Aktualizacja wskazania jest dokonywana w czasie rzeczywistym zapewniając pełen komfort obsługi i szybką reakcję termostatu na wahania temperatury. Jeżeli w trakcie pracy programu zajdzie konieczność zmiany temperatury termostatu i szerokości pętli histerezy lub tylko jednej z tych wartości to można tego dokonać naciskając odpowiedni klawisz: N - nowe ustawienia temperatury i pętli histerezy, T - nowe ustawienia temperatury, H - nowe ustawienia pętli histerezy. W trakcie wprowadzania nowych ustawień odczyt temperatury jest wstrzymany, a stan układu wykonawczego pozostaje bez zmian do chwili wprowadzenia nowych wartości. W przypadku kiedy wprowadzimy błędne wartości temperatury lub pętli histerezy np. spoza zakresu to działanie programu jest przerywane. Zakończenie działania programu następuje po naciśnięciu dowolnego klawisza - układ wykonawczy w momencie wyjścia z programu jest wyłączany.
Montaż i uruchomienie
Montaż układu rozpoczynamy od wykonania odpowiedniej pytki drukowanej przedstawionej na rys.2. Płytkę możemy wykonać pisakiem "do druku", lub lepiej metodą fotochemiczną przy użyciu powszechnie dostępnych odczynników w aerozolu. Rozmieszczenie elementów na płytce przedstawiono na rys.3. Na uwagę zasługuje montaż przetwornika temperatury US1. W egzemplarzu prototypowym zastosowano układ w obudowie TO-220 ustawiony na płytce w ten sposób aby wkładka radiatorowa znalazła się u góry po wlutowaniu i pochyleniu układu w stronę otworu montażowego na płytce. Na tak ustawiony czujnik temperatury nakładamy z góry pokryty czernią radiator do obudów TO-220 pokryty warstwą silikonu i skręcamy całość śrubą M3. Możemy też zamontować czujnik za pośrednictwem przewodu trójżyłowego - jego długość może być dość znaczna, nawet kilka metrów ponieważ układ jest niewrażliwy na długość przewodów łączących. Uzyskamy w ten sposób sondę temperaturową, którą można będzie umieścić w dowolnym miejscu. Pozostałe elementy montujemy zgodnie z powszechnie znanymi zasadami montażu przewlekanego. Po wykonaniu tych czynności sprawdzamy dokładnie wykonany montaż mechaniczny, zwracając szczególną uwagę na fragmenty łączące się z gniazdem LPT komputera. Jeżeli wszystko jest w porządku to można podłączyć zasilanie np. z transformatora dzwonkowego +12V wyposażonego w najprostszy układ prostowniczy, lub z trzech baterii płaskich 3R12 połączonych szeregowo. Teraz należy sprawdzić napięcie wyjściowe ze stabilizatora US2, a w dalszej kolejności obecność impulsów prostokątnych na wyjściu czujnika temperatury US1. Sprawdzenia układu wykonawczego dokonujemy zwierając na chwilę przewodem wyjście stabilizatora US2 z końcówką 2 gniazda Canon DB25. Podanie napięcia +5V powinno załączyć przekaźnik PK1. Jeżeli wszystkie próby wypadną pomyślnie to można teraz podłączyć nasz układ do komputera za pośrednictwem odpowiedniego kabla o długości nie większej niż 2m. Kabel możemy zakupić w sklepie z podzespołami do komputerów IBM, lub wykonać we własnym zakresie według wskazówek i schematu zawartego w artykule opisującym programator AT51 w Re 8, 9/2001. Darmowy program obsługi termostatu możemy pobrać z redakcyjnej strony internetowej http://www.radioelektronik.pl lub z witryny autora http://bc107.republika.pl . Program ten ma status Freeware i może być rozpowszechniany bez żadnych ograniczeń.
Uwaga !
Autor publikacji ani redakcja nie ponosi odpowiedzialności za sposób wykorzystania przedstawionej konstrukcji, a w szczególności za wykorzystanie jej do kontroli procesów technologicznych stanowiących zagrożenie zdrowia i życia ludzkiego, bądź mających na celu syntezę związków stanowiących zagrożenie zdrowia i życia ludzkiego takich jak siarczan lub azotan amfetaminy, trójnitrotoluen, trójazotan celulozy, nitroglicerynę lub innych podobnych, nie wymienionych tutaj.
Mariusz Janikowski