P R O J E K T Y C Z Y T E L N I K Ó W
Dział "Projekty Czytelników" zawiera opisy projektów nadesłanych do redakcji EP przez Czytelników. Redakcja nie bierze
odpowiedzialności za prawidłowe działanie opisywanych układów, gdyż nie testujemy ich laboratoryjnie, chociaż
sprawdzamy poprawność konstrukcji.
Prosimy o nadsyłanie własnych projektów z modelami (do zwrotu). Do artykułu należy dołączyć podpisane oświadczenie,
że artykuł jest własnym opracowaniem autora i nie był dotychczas nigdzie publikowany. Honorarium za publikację
w tym dziale wynosi 250,- zł (brutto) za 1 stronę w EP. Przysyłanych tekstów nie zwracamy. Redakcja zastrzega sobie
prawo do dokonywania skrótów.
Mikroprocesorowy moduł do sterowania
węglowym piecem CO
Projekt
Przedstawiamy kolejny
artykuł konkursowy. 059
Tym razem jest to
Sterownik kotła CO
bardzo efektownie
został wykonany przeze
wykonany regulator
mnie w grudniu 1996 r. na
temperatury,
bazie mikroprocesora ST62
wsp�łpracujący
firmy SGS-Thomson (obec-
z w�glowym lub gazowym
nie STMicroelectronics)
piecem centralnego
i do dzisiaj z powodzeniem
ogrzewania.
monitoruje prac� pieca w�g-
Po raz pierwszy
lowego stanowiącego �r�dło
przedstawiamy projekt
ciepła w moim domu.
wykonany przez naszego
Poniewał istniała moł- lają na pomiar tem-
Czytelnika na procesorze
liwośĘ wykorzystania mik- peratur z rozdziel-
ST62, co dowodzi
roprocesora jednoukładowe- czością 0,33oC. Ponie-
wzrastającej popularności
go, po kr�tkiej analizie wy- wał układ ten jest zasila-
alternatywnych w stosunku
brałem mikrokontroler ST62 ny napi�ciem 6V, zakres od-
do MCS-51 rozwiąza�.
gł�wnie ze wzgl�du na jego czytu jest wi�kszy nił 64oC,
taniośĘ i programową moł- co z kolei pozwala na pełne rzystane jako wejścia analo-
liwośĘ ustawienia prawie wykorzystanie mołliwości gowe (PB0..PB5), przy czym
dowolnej liczby wejśĘ w wykonywania przez mikro- PBO słuły do pomiaru tem-
trybie analogowym. kontroler operacji na tabli- peratury wewnątrz mieszka-
Jak p��niej si� okazało, cach. nia, PB1 mierzy temperatu-
8-bitowy przetwornik analo- Sterownik jest wyposało- r� na zewnątrz budynku,
gowo-cyfrowy tego układu ny w wyświetlacz ciekło- a PB2 temperatur� wody
jest troch� kapryśny, ale krystaliczny L2432 2x24 zna- w kotle grzewczym. Wejścia
udało si� go opanowaĘ przy ki, pozwalający na jedno- PB3 i PB4 słułą do ustale-
pomocy programu. Z drugiej czesne wyświetlanie aktual- nia parametr�w pracy ukła-
strony, jego precyzja działa- nej temperatury pomieszcze- du. Przełączanie przełącz-
nia jest wystarczająca przy nia, w kt�rym si� znajduje, nika podłączonego do we-
przyj�tym przeze mnie za- temperatury zewn�trznej jścia PB3 pozwala na wybra-
łołeniu, łe pomiar tempe- i wody w kotle oraz zadanej nie jednej z dw�ch ustawio-
ratury nie musi byĘ dokład- temperatury pomieszczenia. nych w pami�ci wartości
niejszy od pomiaru za po- Układ 74LS164 oznaczony temperatury zadanych dla
mocą zwykłego termometru. jako U3 pośredniczy pomi�- ogrzewanych pomieszcze�,
dzy mikroprocesorem a wy- kt�re umownie mołna na-
Opis sterownika świetlaczem LCD, zamienia- zwaĘ dzienną i nocną. Ist-
Schemat elektryczny jąc dane szeregowe wysyła- nieje mołliwośĘ zadawania
urządzenia znajduje si� na ne przez mikroprocesor na temperatury nocnej (ozna-
rys. 1. W układzie naleły r�wnoległe dla wejśĘ D0..D7 czonej na wyświetlaczu
wyr�łniĘ trzy podstawowe wyświetlacza, co pozwala na przez NOC) w wartościach
cz�ści składowe: zasilacz zaoszcz�dzenie wyjśĘ mik- 5, 12, 13 itd. do 23oC oraz
12V, sterownik i układ wy- roprocesora. Poniewał infor- dziennej (oznaczonej na wy-
konawczy, przy czym układ macja z danymi na wejściu świetlaczu jako DZI) w za-
wykonawczy dodatkowo za- układu rejestru przesuwają- kresie 17..29oC.
wiera element mechanicz- cego, jakim jest układ 74164, Początkowe ustawienia
ny umołliwiający zmian� jest istotna tylko w chwili mają wartośĘ 21oC dla tem-
dopływu powietrza do pale- pojawienia si� zbocza naras- peratury nocnej oraz
niska kotła. tającego na wejściu zegaro- 23oC dla temperatury dzien-
�Sercem� układu jest wym tego układu, w pozo- nej. Nastawa 5oC dla tempe-
sterownik oparty na mikro- stałym czasie wyjście PB6 ratury nocnej jest w przy-
procesorze ST62T10 ozna- mikroprocesora słuły dodat- padku kotła w�glowego nie
czony na rys. 1 jako U1. W kowo do określenia trybu wykorzystana. Poniewał
skład sterownika wchodzi pracy wyświetlacza poprzez jednak sterownik mołe zna-
dodatkowo układ LM324 ustawienie wartości RS. le�Ę zastosowanie w kotle
(U2), kt�rego wzmacniacze Linie portu B mikropro- olejowym lub gazowym, ta
operacyjne A, B i C pozwa- cesora są cz�ściowo wyko- wartośĘ mołe byĘ stosowana
Elektronika Praktyczna 4/99
87
P R O J E K T Y C Z Y T E L N I K Ó W
Rys. 1.
do ochrony budynku przed z zakresu -7 do -10oC tem- niem diody ł�łtej na obudo- kt�rego styki są zabezpie-
zamarzaniem przy dłułszej peratura w kotle ma wartośĘ wie sterownika. czone przed iskrzeniem
nieobecności ułytkowni- 50oC). Do portu PA2 jest dołą- kondensatorem 100nF/630V.
k�w. Brak w układzie Piny PB5, PB6 i PB7 zo- czona dioda czerwona, kt�- Ostatnim wykorzystanym
ST62T10 pami�ci typu EEP- stały ustawione jako wyjścia ra zapala si� po 5 minutach, wejściem jest wejście nie-
ROM mołe, po wyzerowaniu układu. Wyjście PB5 steruje chyba łe na zewnątrz jest maskowalne NMI, słułące
układu, spowodowaĘ usta- wejściem zegarowym ukła- siarczysty mr�z, co ostatnio do wprowadzenia zmian za-
wienie wartości początko- du 74LS164, PB6 wspomnia- jest rzadkością. danej temperatury. Odbywa
wej 21oC jako zadanej. Moł- nym juł wcześniej wejściem Port PA3 steruje pracą si� to poprzez naciskanie
na tego uniknąĘ poprzez danych tego samego układu pompy wymuszającej obieg mikroprzełącznika, kt�rego
zbuforowanie zasilania od- oraz ustawia wartośĘ RS wy- wody grzewczej w domowej styki poprzez zwarcie do
powiednim akumulator- świetlacza LCD, a PB7 po- sieci CO. Musz� tu nadmie- masy wejścia NMI powodują
kiem. daje sygnał ENable wyświet- niĘ, łe do czasu wprowa- wykonanie programu, w wy-
Wejście PB4 jest podłą- lacza. dzenia sterownika nie po- niku kt�rego nast�puje pod-
czone do dzielnika napi�- Port A jest r�wnieł por- siadałem takiej pompy. Pra- wyłszenie zadanej tempera-
cia, kt�rego wartośĘ jest wy- tem wyjściowym. Wyjście ca pompy jest sygnalizowa- tury dziennej lub nocnej (w
bierana poprzez ustawienia PAO jest podłączone do pie- na na sterownik świeceniem zalełności od połołenia
JP1 w pozycji BR1 lub BR2. zoelektrycznego sygnaliza- diody zielonej, a sygnał ste- przełącznika S4) o 1oC, od
Jedna z nich decyduje o wy- tora akustycznego. Spełnia rujący podobnie jak w przy- najniłszej do najwyłszej
borze programu dla kotła on dwie funkcje. Pierwsza, padku PA1 steruje przeka�- i znowu najniłszej, z wyjąt-
w�glowego, a druga dla kot- to wydawanie kr�tkich nikiem na napi�cie 12V,
ła olejowego lub gazowego, d�wi�k�w po naciśni�ciu
kt�rych program pracy jest przycisku, druga to alarm
identyczny. R�łnica pomi�- w przypadku przekroczenia
dzy dwoma wersjami pro- dopuszczalnej na kotle tem-
gramu polega na tym, łe dla peratury 75oC. Port PA1 ste-
kotła w�glowego układ ruje pracą układu dozujące-
utrzymuje temperatur� wo- go dopływ powietrza do kot-
dy grzewczej zalełną od ła. Otwarcie dopływu po-
temperatury na zewnątrz wietrza do kotła lub załą-
budynku (przykładowo dla czenie palnika olejowego
temperatury powyłej -2oC, lub gazowego (stan wysoki
woda w kotle ma tempera- na wyjściu) jest dodatkowo
tur� 40oC, a dla temperatury sygnalizowane zaświece-
Rys. 2.
Elektronika Praktyczna 2/98
Elektronika Praktyczna 4/99
88
P R O J E K T Y C Z Y T E L N I K Ó W
kiem przejścia od zadanej duje si� tam zasilacz 12V, LM335 charakteryzujące si� Czujnik temperatury kot-
temperatury nocnej 5oC do kt�rego napi�cie słuły do liniową charakterystyką, co ła został przyklejony bezpo-
12oC, gdy ta r�łnica wynosi zasilania sterownika, a tak- podczas pisania programu średnio do g�rnej ścianki
z przyczyn praktycznych łe dw�ch przeka�nik�w ste- okazało si� wspaniałą włas- kotła i zaizolowany termicz-
7oC. rujących pracą pompy nością tego elementu. nie kroplą pianki poliureta-
Wejście RESET, zgodnie i układu mechanicznego za- Z wcześniejszych doświad- nowej. W ten spos�b zar�-
z sugestią firmy SGS-Thom- mykającego i otwierającego cze� z termistorami wynika- wno wskazania termometru
son, jest podłączone do ma- dopływ powietrza do kotła. ło bowiem, łe charakterys- alkoholowego zamocowane-
sy przez kondensator 1�F. Po drugie, steruje w za- tyki tych element�w są tak go w kieszeni pomiarowej
Praca układu jest taktowana lełności od stanu na wyj- r�łne w tej samej serii, łe kotła jak i temperatura wy-
sygnałem o cz�stotliwości ściach PA1 i PA3 mikropro- nie ma mołliwości ich wy- świetlana na wyświetlaczu
8MHz (rezonatora). cesora, poprzez tranzystory korzystania do cel�w pomia- LCD są jednakowe.
Kompletne urządzenie BD285 (kt�rych zapas posia- rowych (wtedy wprowadzi-
wraz z zasilaczami 5V i 6V dam z dawnych lat), prze- łem tablice, kt�re pozosta- Opis programu
(przedstawionymi na rys. 2) ka�nikami K1 i K2, tj. odpo- wiłem p��niej jako uniwer- Program został napisany
zostało umieszczone w obu- wiednio układu mechanicz- salny element mojego pro- i wprowadzony do mikro-
dowie o wymiarach nego (lub palnika) i pompy. gramu). procesora za pomocą starter
127x93x20mm. Po trzecie steruje otwie- Przeprowadzone do- kitu ST622X. Poniewał jego
Wewnątrz obudowy, raniem i zamykaniem do- świadczenia z czujnikiem obj�tośĘ udało si� ograni-
w jej dolnej cz�ści, znajdu- pływu powietrza (w przy- LM335 pozwoliły na stwier- czyĘ do 2kB, m�gł byĘ zapi-
je si� czujnik temperatury padku kotła olejowego lub dzenie, łe nawet 100-m od- sany w ostateczności
wewn�trznej. Pozostałe gazowego tego fragmentu cinek przewodu 1,5mm2, w mikroprocesorze
czujniki temperatury, tj. ze- układu mołna nie monto- podłączony do czujnika nie ST62T10B6.
wn�trznej i kotła, są podłą- waĘ). Odpowiednie połącze- ma wpływu na wskazanie W trakcie pisania pro-
czone do cz�ści układu zna- nie przeka�nika K2 z dwo- temperatury na wyświetla- gramu wykorzystałem goto-
jdującej si� w piwnicy obok ma wyłącznikami kra�cowy- czu. Czujniki temperatury we fragmenty program�w
kotła, a napi�cia z ich ka- mi (w przypadku modelu zewn�trznej i kotła zostały og�lnie dost�pnych firmy
tod są doprowadzone sześ- jest to jeden wyłącznik przeze mnie po podłącze- SGS-Thomson, dotyczące
ciołyłowym kablem do mos- z jednym stykiem zwier- niu i zaizolowaniu wprowa- pomiaru wielkości analogo-
tk�w opornik�w wzmacnia- nym, a drugim rozwiernym, dze� zaklejone w rurce alu- wych oraz sposobu ich
czy operacyjnych (układu co daje taki sam efekt przy miniowej. Czujnik tempera- uśrednieniania (adconv),
LM324) w sterowniku. Takie innym kształcie krzywki tury zewn�trznej został odmierzania czasu za po-
rozwiązanie powoduje, łe przełączającej) umołliwia przymocowany do zewn�t- mocą wewn�trznego timera
do sterownika w pokoju na zamykanie dopływu powiet- rznej ściany strony p�łnoc- (htempo) oraz procedur�
pi�trze jest doprowadzony rza do kotła, gdy na wyjściu nej budynku w odległości dzielenia dw�ch liczb. De-
tylko ten jeden przew�d PA1 jest stan niski oraz jego ok. 2cm od muru i osłoni�ty klaracja zmiennych r�wnieł
sześciołyłowy, co podnosi otwieranie, gdy ten stan jest plastykowym elementem została przeze mnie stwo-
estetyk� rozwiązania i jest wysoki. W przypadku awa- w kolorze białym dla unik-
tolerowane przez rodzin�. rii sterownika spowoduje to ni�cia wchłaniania promie-
Cz�śĘ układu zainstalo- zamkni�cie kotła, co jest niowania cieplnego (czujnik
wana w piwnicy (rys. 3) bardziej bezpieczne. ten ma mierzyĘ temperatur�
obok kotła spełnia potr�jną Jako czujniki temperatu- powietrza, a nie swoją włas-
funkcj�: po pierwsze, znaj- ry wykorzystano układy ną).
Rys. 3.
Elektronika Praktyczna 4/99
89
P R O J E K T Y C Z Y T E L N I K Ó W
rzona w oparciu o przykła- W zalełności od sposo- minut w przypadku, gdy
WYKAZ ELEMENTÓW
dowe programy tej firmy. bu załadowania kotła, siły temperatura zadana jest
Pozostałe fragmenty progra- wiatru, rodzaju paliwa moł- r�wna lub wyłsza od tem- Rezystory
mu zostały napisane przeze na osiągnąĘ temperatur� peratury panującej w po-
R1, R13, R24: 68..72k&!
mnie samodzielnie. kotła bardzo niską, bliską mieszczeniu, w kt�rym jest
R2, R5, R8, R27, R32: 1k&!
Program steruje pomiara- zadanej dla określonej tem- czujnik temperatury. Taką
R3, R14, R25, R35, R36:
mi wielkości analogowych, peratury zewn�trznej, ale funkcj� przewidziano, po-
3k&!
kt�rymi są temperatury: we- przy niekorzystnych warun- niewał w niekt�rych poko-
R4, R11, R15, R20, R26,
wn�trzna pomieszczenia, kach mołe nastąpiĘ znacz- jach czasami bywało zimno,
R34: 2k&!
w kt�rym znajduje si� ste- ne przegrzanie kotła. Jełeli ale nie wskazywała na to
R7, R9, R12, R17, RR18,
rownik, temperatura na ze- temperatura na kotle prze- wartośĘ temperatury odczy-
R21, R22, R23, R29, R30:
wnątrz domu, temperatura kroczy 75oC, w�wczas poja- tana w pokoju, w kt�rym
10k&!
wody grzewczej w kotle. wia si� alarm akustyczny znajduje si� sterownik
R31: 3,3k&!
R�wnieł za pomocą prze- w postaci przerywanego z czujnikiem.
R10, R19, R33: 51k&!
twornika A/C sprawdzane sygnału wydawanego przez Dzi�ki temu, łe tempe-
R6, R16, R28:
jest połołenie przełącznika sygnalizator piezoelektrycz- ratury: zewn�trzna, we-
potencjometry nastawne
dw�ch zadanych temperatur ny znajdujący si� wewnątrz wn�trzna i kotła oraz aktu-
2k&!
(kt�rych opis podano wcześ- sterownika. Sygnał trwa do alnie zadana do utrzymania
Kondensatory
niej) oraz połołenie jumpe- momentu spadku tempera- wewnątrz pomieszcze� są
C1, C2, C6, C7, C8, C9,
ra (kt�rego rol� r�wnieł tury wody grzewczej poni- wyświetlane jednocześnie,
C11, C12, C15, C16:
wcześniej om�wiłem). łej 75oC. Aby obniłyĘ tem- istnieje mołliwośĘ oceny
100nF
Na podstawie powy- peratur� w kotle, woda pracy kotła gdy jest w nim
C3, C5: 22pF
łszych danych program grzewcza jest pompowana ogie�, a przez cały rok moł-
C4: 1�F
ustala temperatur� kotła. do kaloryfer�w w celu jej na obserwowaĘ temperatury
Jełeli jumper jest ustawio- schłodzenia. na zewnątrz i wewnątrz bu- C10, C14: 100�F
ny w połołeniu dla kotła Jak widaĘ z opisu, taki dynku (w zakresie: wewn�t- C13: 470�F
olejowego lub gazowego, to stan jest niekorzystny i nie rzna i zewn�trzna od - C17, C18: 220�F
w�wczas załącza kocioł naleły dopuszczaĘ do jego 33oC do 30oC, temperatura
Półprzewodniki
i podnosi temperatur� do powstania poprzez np. za- kotła od 30oC do 93oC).
D1, D3, D5, D11, D12:
70oC, po czym wyłącza go sypywanie paleniska mia-
diody 1N4148 lub
i utrzymuje w takim stanie łem w�glowym przy silnym Uwagi ko�cowe
podobne
do chwili spadku tempera- wietrze. W celu zwi�kszenia
D2: dioda LED żółta
tury do wartości ustalonej Drugim najwałniejszym niezawodności układu zo-
D4: dioda LED czerwona
dla temperatury aktualnie zadaniem systemu jest stał on zasilony z gniazda
D6: dioda LED zielona
panującej na zewnątrz utrzymanie temperatury w piwnicy. Zasilanie pom-
D7, D8, D9: LM335
(przykładowo: dla 0oC po- w pomieszczeniu zgodnej py odbywa si� poprzez
D10: mostek Graetz a
wietrza otaczającego budy- z aktualnie zadaną wartoś- gniazdo i wtyczk� na kab-
Q2: LM7805
nek jest to 40oC) i ponownie cią. Zadanie to jest realizo- lu wychodzącym z układu
uruchamia kocioł ał do wane poprzez załączanie znajdującego si� obok kot- Q3: LM7806
osiągni�cia temperatury i wyłączanie pompy wymu- ła, co w sytuacji awaryjnej Q4: LM7812
70oC. Takie rozwiązanie szającej obieg czynnika pozwala na stałe włączyĘ
Q5, Q6: BDP285 lub BC211
ogranicza liczb� załącze� grzewczego w domowej sie- pomp� do sieci zasilają-
U1: ST62T10B6
i wyłącze� kotła, powodu- ci CO. Algorytm pompowa- cej.
U2: LM324
jąc utrzymywanie minimal- nia został ustalony tak, aby Po zastosowaniu systemu
U3: 74LS164
nej wartości temperatury ilośĘ ciepła dostarczonego zułycie paliwa zmalało po-
Różne
wody grzewczej. Tej opcji do pomieszcze� była nieza- przez optymalizacj� tempe-
Q1: 8MHz
nigdy nie wypr�bowałem lełna od temperatury wody ratur w pomieszczeniach
Buzzer: sygnalizator
praktycznie z powodu bra- grzewczej, tzn. w przypad- i wody w obiegu.
akustyczny
ku na wyposałeniu mojego ku przekroczenia jej wartoś- Wadą całego systemu jest
LCDdisp: wyświetlacz
domu odpowiedniego urzą- ci o wi�cej nił 5oC układ ograniczona pojemnośĘ pa-
ciekłokrystaliczny L2432
dzenia grzewczego. pracuje impulsowo, przy liwa w kotle, co w moim
K1: przekaz
nik RM212V
W moim przypadku czym czas trwania impul- przypadku wymaga odwie-
urządzenie funkcjonuje s�w i przerw pomi�dzy ni- dzin w kotłowni przynaj- K2: przekaz
nik PR4088-10A
w trybie pracy dla kotła mi jest dośĘ długi (ok. 30s mniej dwa razy na dob�. Pe- S1: mikroprzełączniki
w�glowego. Wartości tempe- pracy pompy, czas przerwy wien nadmiar mocy kotła
S2: przełącznik
ratury wody w CO dla po- do 2 minut), a to ze wzgl�- okazał si� w tym przypadku
szczeg�lnych zakres�w tem- du na dułą pojemnośĘ do- pozytywny. na go odłączyĘ i r�cznie za-
peratury na zewnątrz usta- mowej sieci CO. Dzi�ki te- Brak napi�cia w sieci mknąĘ dopływ powietrza do
lono doświadczalnie i są mu temperatura kaloryfer�w 220V mołe spowodowaĘ sy- kotła.
stałe. Jednym z dw�ch za- jest niska nawet wtedy, gdy tuacj�, w kt�rej dopływ po- SieĘ CO z kotłem w�glo-
da� systemu jest utrzyma- temperatura wody w kotle wietrza do kotła b�dzie wym musi pracowaĘ
nie temperatury wody jest za wysoka. Takie sytu- trwał mimo jego przegrze- w układzie otwartym. Po-
grzewczej jak najbliłszej tej acje zdarzają si� w okresach wania. W takiej sytuacji winny byĘ spełnione lokal-
wartości. Odbywa si� to po- trwania na zewnątrz tempe- nadmiar ciepła jest wypro- ne warunki bezpiecze�stwa
przez zamykanie i otwiera- ratur bliskich 0oC i przeła- mieniowany przez grzejniki przeciwpołarowego.
nie dopływu powietrza do dowania kotła. W przypad- w pionie znajdującym si� W moim przypadku pompa
kotła za pomocą mechanicz- ku zadania temperatury bezpośrednio nad kotłem, jest zerowana.
nego układu wykonawczego. 27oC lub wyłszej nast�puje dzi�ki odpowiedniej budo- Ze wzgl�du na wyst�pu-
W przypadku kotła wyposa- podwyłszenie temperatury wie sieci CO i pozostawie- jące w zasilaczu napi�cie
łonego w wentylator nawie- grzewczej o 5oC. niu co najmniej jednego 220V, otwieranie obudowy
wu mogłoby to byĘ realizo- Dodatkową funkcją ukła- pionu z obiegiem grawita- jest dopuszczalne po wyj�-
wane poprzez przełączanie du jest przepompowywanie cyjnym. Układ wykonawczy ciu wtyczki z gniazda zasi-
wentylatora na minimalne wody przez pomp� obiego- jest zabudowany w taki spo- lającego.
i maksymalne obroty. wą przez 10 minut co 30 s�b, łe w kałdej chwili moł- Grzegorz Górnicz
Elektronika Praktyczna 2/98
Elektronika Praktyczna 4/99
90