K 407a

Inteligentny termostat

Nowy Elektronik 407-K

Termostat utrzymuje temperaturę na zadanym poziomie. Nasz inteligentny termostat dodatkowo kontroluje czas pracy

termostatu w okresie tygodniowym.

Urządzenie umożliwia kontrolę temperatury w funkcji czasu, włącza przekaźnik w zależności od zadanych parametrów. Parametry ustawiane są dla każdego dnia tygodnia. Są to: dzień tygodnia, czas załączenia, czas wyłączenia oraz temperatura włączenia przekaźnika. Może służyć do oszczędnej regulacji temperatury w pomieszczeniach zamkniętych ogrzewanych elektrycznie.Do ogrzewania pomieszczeń zamkniętych stosowane są różne źródła ciepła. Między innymi są to grzejniki elektryczne. Nie zawsze temperatura w pomieszczeniu jest taka. jakiej oczekujemy. Stosujemy wtedy dogrzewanie używając przenośnego grzejnika elektrycznego. Zdarza się, że jest to jedyne źródło ciepła. Grzejnik taki wyposażony jest w termostat. Termostat to urządzenie, które kontroluje temperaturę grzejnika i wyłącza go. kiedy wartość temperatury przekroczy ustawiony próg. Termostaty najczęściej posiadają konstrukcję mechaniczną, gdzie elementem aktywnym jest bimetal, który jest wrażliwy na temperaturę i w zależności od niej ulega odkształceniu. Wtedy uruchamia styki obwodu elektrycznego i w ten sposób włącza i wyłącza grzejnik. Stosowane są także termostaty elektroniczne, gdzie elementem termoczu-łym jest specjalny układ scalony posiadający takie możliwości. W obu przypadkach czynnikiem mającym wpływ na pracę jest temperatura.

Kiedy jesteśmy w pomieszczeniu, możemy zadecydować w jakich warunkach grzejnik ma pracować. Funkcjonowanie grzejnika uzależnione jest także od czasu. Np. do pomieszczenia przychodzimy o godzinie 7:00, więc grzejnik powinien rozpocząć pracę ok. godziny 5:00, aby nagrzać pomieszczenie zanim przyjdziemy. Do tej pory grzejnik nie musi funkcjonować.

Ponieważ moc pobierana grzejników elektrycznych jest duża (średnio ok. 2000W), a energia elektryczna jest kosztowna, stosując dodatkowe urządzenie można zmniejszyć koszty ogrzewania. To skłoniło nas do skonstruowania termostatu, który kontroluje temperaturę w czasie.

Budowa i działanie

Budowa termostatu jest stosunkowo prosta. Podstawowym elementem jest procesor typu RISC - ATme-ga8(U1) firmy ATMEL. Taktowany jest częstotliwością 8MHz. Jest bardzo szybki. Posiada 10 - ciobitowe przetworniki ADC. Do jednego z nich podłączony jest czujnik temperatury LM335(TD1). Zakres detekcji temperatury czujnika jest w przedziale -40.. 100 st.C.

Na wyjściu czujnika panuje napięcie proporcjonalne do temperatury. Czujnik ten obrazuje temperaturę w st.K. Skała ta jest stosowana dla uniknięcia wartości ujemnych napięcia, ponieważ przetworniki ADC w układach procesorowych pracują w zakresie wartości dodatnich, najczęściej w przedziale od 0..5V. Zamianą skali Kelvina na Celsjusza i odwrotnie zajmuje się procesor. Po prostu przelicza ją. Nachylenie charakterystyki jest 10mV/st.K. Tak więc dla wartości temperatury 25 st.C. wartość napięcia powinna wynosić 2.983V (tak podaje producent). Wynika to ze wzoru:

$tep=S(V)l1024(Bit)=0,00488 [28125}

temp = (ADC*step * 100)-273

np.

ADC = 611

temp*=(611*0,00488*100)'273= 25,168=25 st.C gdzie:

step - wartość przyrostu napięcia na przetworniku przy zmianie jego wartości o 1 Bit (0..1023)

ADC - wartość na przetworniku temp - temperatura w st.C.

Bezwładność czujnika ok.0,5s. Dodatkowo potencjometrem PR1 możemy skalibrować czujnik w znanej i stałej temperaturze. Aby uniknąć problemu wartości ujemnych temperatury, zakres ustawień termostatu wynosi 0..99 st.C. Założono, że pracujący grzejnik nie osiąga temperatury ujemnej, natomiast próg kontroli jest w całym zakresie, a zobrazowanie jest w zakresie -10..99 st.C. Wartości obrazowane są na czterech wyświetlaczach LED -7 segmentów -f kropka oraz dodatkowo 7 diod LED, które pokazują dzień tygodnia. Ten rodzaj wyświetlacza został zastosowany ze względu na większą odporność termiczną i większą czytelność z odległości. Sposób wyświetlania jest multipleksowy, tzn. wyświetlacze omiatane są kolejno i przy pewnej częstotliwości i bezwładności wyświetlaczy oraz oka ludzkiego, uzyskuje się efekt ciągłego świecenia. Diody LED traktowane są jako dodatkowy wyświetlacz. Do ustawień służy 5 mikroprzełącz-ników. Ze względu na niewystarczającą ilość portów zastosowano metodę analogowego pomiaru wartości napięcia i dla każdego przełącznika przypisano określoną wartość. Wartość tą ustalają dzielniki rezystorowe R12..R15 oraz R9. Elementem załączającym grzejnik jest przekaźnik(PKl), którego styki galwanicznie oddzielone są od pozostałej części układu. Sterowany jest przez tranzystor z powodu wyższego napięcia zasilania niż procesor. Do cewki przekaźnika dołączona jest równolegle dioda w kierunku przeciwnym do polaryzacji przekaźnika w celu zabezpieczenia układu przed samoindukcją cewki. Przekaźnik który zastosowano, może pracować przy napięciu znamionowym 250V prądu zmiennego, a obciążalność styków wynosi 8 amperów. Przy napięciu sieci 230V moc przełączana wynosi maksymalnie 1840W. Chcąc przełączać większe moce, musimy zastosować odpowiedni przekaźnik. Napięcie zasilania procesora i elementów pracujących z nim bezpośrednio wynosi 5V i tworzone jest na stabilizatorze 7805(U2).

Cały układ zasilany jest z napięcia stałego ok.12V. Pokładowy zegar wymaga gwarantowanego napięcia. W przypadku jego zaniku, tracona jest wartość czasu. Dlatego zasilanie poy/inno być buforowane, czyli akumulator + zasilacz sieciowy. Wszystkie ustawienia oprócz czasu zapamiętywane są w wewnętrznej pamięci EEPROM. Chcąc regulować temperaturę w pomieszczeniu, można sugerować się temperaturą grzejnika lub otoczenia, montując czujnik w odpowiednim miejscu i zmieniając para-