ЗМІСТ

ВСТУП

1.ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

2.ОГЛЯД І АНАЛІЗ АНАЛОГІВ

2.1.Структурні схеми аналогів

2.2 Опис принципу роботи аналогів

3.КОНСТРУКТОРСЬКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ РОЗДІЛ

3.1 Розробка структурної функціональної та принципової схем

3.2Опис принципу дії

3.3 Електричні розрахунки

4.РОЗРАХУНОК НАДІЙНОСТІ

ВИСНОВКИ

ЛІТЕРАТУРА

ДОДАТКИ

Додаток 1.

Додаток 2.

Додаток 3.

Додаток 4.

Додаток 5.

ВСТУП

Розвиток сучасної електроніки та підвищені вимоги до якісних та експлуатаційних показників апаратури привели до того, що не тільки в професійній, а і в побутовій апаратурі застосовується все більша кількість автоматичних пристроїв.

Метою данної роботи являється розробка пристроя, призначеного для автоматичного регулювання температури на основі мікроконтроллера. Головна особливість терморегуляторів – простота схем при переважно більш широких , ніж у поширених аналогових , функціональних можливостях, відсутність необхідності регулювання і налаштування при виготовленні та експлуатації.

Але найбільш суттєвим досягненням таких регуляторів являється їх дуже проста модифікація ,- на основі практично однакових схемних , і конструктивних рішень , можуть бути побудовані регулятори для самих різних цілей, що спрощує їх розробку, а значить і їх вартість. Потрібно лиш зміна програмного забезпечення і ,можливо, виконавчих вузлів.

Середньотемпературні терморегулятори призначені для автоматичного вимірювання і підтримки стабільної температури, наприклад , в термостатах, інкубаторах, теплицях, акваріумах, та ін..

Регулятори температури ,або, як їх ще називають, терморегулятори, призначені для підтримання заданої температури рідини (наприклад, фото розчину , води в акваріумі, води в системі електричного водяного опалення), повітря в теплиці, в жилому приміщенні і т.ін.Принцип роботи будь-якого терморегулятора полягає в плавній або стрибкоподібній зміні потужності нагрівного елемента згідно з температурою датчика.

Існують терморегулятори із стрибкоподібною зміною потужності, при загрузці яких нагрівний елемент відключається, як тільки температура датчика досягає певного значення, і виключається при зниженні температури до її заданого значення.Нагрівний елемент при цьому знаходиться в одному з двох положен: включений або виключений , тому регулятор з таким законом керування часто називають релейним.

В наш час більше як тридцять зарубіжних фірм випускають мікроконтроллери массового застосування з розрядністю 8 біт, недорогі і придатні для використання в самих різних пристроях. Але саме мікроконтроллери серії РІС фірми Microchip® Technology Inc. переживають останні три-чотири роки в Україні пік популярності.Ці мікроконтроллери також дуже популярні у всьому світі , як у виробників електронної техніки , так і серед радіолюбителів.

Мікроконтроллери РІС фірми Microchip® Technology Inc. Обєднали в собі всі передові технології, які використовуються у виготовленні мікроконтроллерів : розвинуту RISC-архітектуру,мінімальні енергозатрати при високому реагуванні, ППЗУ, програмоване користувачем,функціональну закінченість.

Чітка і продумана внутрішня структура контролерів і невелика , але потужна система команд з інтуїтивно зрозумілою мнемонікою значно полегшують процес вивчення контролерів РІС і написання для них программ.

В данному курсовому проекті реалізована мікропроцесорна система на базі мікроконтроллера для терморегулятора акваріума.Проект оснований на мікроконтроллері PIC16F84А.

1. Технічні характеристики

Номінальний діапазон частот від 0 ………. 10 мГц

Первинна напруга живлення по змінному струму, В ~220

Вторинна напруга по постійному струму,В +5

Потужність споживання,Вт

Діапазон робочих температур,ºС 20……40

Вологість повітря, % 60…...70

Умови експлуатації Стаціонарні

2.Огляд і аналіз аналогів

Схема терморегулятора представлена на рисунке (Рис 1) . Основой его является микроконтроллер PIC16F628A с соответствующей программой. Информация о реальной и установленной температуре выводится на трехразрядный индикатор MT30361 с общим катодом.

Необходимая температура устанавливается с помощью двух кнопок SB1 — уменьшение и SB2 — увеличение. В качестве обогревателей применены самодельные низковольтные обогреватели.

Рис 1. Схема терморегулятора.

Коммутация обогревателей осуществляется с помощью мощного полевого транзистора IRL 2505, имеющего сопротивление открытого канала всего восемь тысячных ома, что дает возможность отказаться от радиатора. В крайнем случае, можно под транзистор подложить небольшую алюминиевую пластинку. Диодный мост VD1 собран из четырех диодов 2Д2997В, Uоб — 50вольт и Iпр — 30 ампер. Каждый диод установлен на отдельный радиатор площадью примерно 100см2 .

VD2 — LB159 или любой маломощный, малогабаритный, импортный. Его можно собрать и из обычных диодов, изменив соответственно рисунок печатной платы. Силовой трансформатор ТС-180 взят от старого лампового телевизора. С трансформатора сматываются все вторичные обмотки и мотаются новые. Обмотка III имеет сто витков провода ПЭТВ диаметром 1,9мм, а лучше 2мм. Обмотка IV — 24витка любого провода диаметром не мене 0,25мм. Микросхему КР1157ЕН5А можно заменить на КР142ЕН5А.

Терморегулятор для аквариума

Датчик температуры определяет температуру, микроконтроллер преобразует электрический сигнал с датчика и индицирует его в понятном числовом виде на индикаторе. Кроме индикации, контроллер сравнивает текущее значение температуры с заданным и, в зависимости от отклонения подает сигнал на ключ управления нагревательным элементом, включая или отключая его.

Рис 2.Принципиальная схема

Принципиальная схема терморегулятора показана на рис 2.

В качестве датчика температуры DD1 выбран компактный, достаточно распространенный и недорогой цифровой термометр DS18B20. Микросхема имеет цифровой интерфейс 1-Wire, программно и аппаратно легко реализуемый на любом микроконтроллере. Преимущество микросхемы еще и в том, что датчик калиброван изготовителем и не требует какой-либо температурной подстройки в реальном устройстве.

«Сердцем» терморегулятора является микроконтроллер ATmega8 – микросхема DD2. Тактовую частоту процессора задает кварцевый резонатор Q1. В качестве индикатора использован двух разрядный семисегментный светодиодный индикатор с общими катодами HL1. Мощности выходных каскадов портов микроконтроллера достаточно для прямого (с токоограничительными резисторами R2, R3) подключения светодиодного индикатора.

Управление нагрузкой осуществляется с помощью связки оптрон – симистор по стандартной схеме DD4, VD2, R5. Включенный последовательно с излучателем оптопары светодиод VD1 играет роль индикатора включения нагрузки.

Питание устройства осуществляется от зарядного устройства сотового телефона (на схеме не показано) через стабилизатор напряжения DD3. «Зарядник» можно использовать любой, желательно с напряжением холостого хода не ниже 7В – в конструкции использован от сотовых телефонов Siemens (напряжение холостого хода 8,5В).

Кнопка S1, подключенная к линии PB1 микроконтроллера (программно на входе включен встроенный резистор на VCC), используется для управления устройством.

Программа работает следующим образом. После подачи питания, кратковременно на индикаторе отображается номер версии программы. Затем с периодичностью около секунды производится запуск измерения температуры цифровым термометром DS18B20. По окончании измерения, результат (целое число градусов) выводится на индикатор.

Результат измерения сравнивается с заданным пороговым значением температуры. При отклонении температуры включается или отключается оптрон управления нагрузкой (нагревательным элементом).

По нажатию кнопки устройство переводится в режим индикации/установки порогового значения температуры (признак режима – индикация точки в младшем разряде). По кратковременному нажатию кнопки индицируемое значение увеличивается на единицу. Если нажатие длительное (более трех секунд), индицируемое значение сохраняется в энергонезависимой памяти микроконтроллера, а программа возвращается в режим индикации измеренного значения температуры. Если нажатий не было дольше тех же трех секунд, программа так же возвращается к индикации температуры (точка в младшем разряде гаснет).

В программе ограничен диапазон установки пороговой температуры значениями 5..35 градусов. Кроме этих цифр после 35 на индикатор выводятся символы «С» (Control) и «Р» (Power).

Если в момент индикации «С» длительно удерживать нажатой кнопку, программа переходит в режим индикации/установки способа управления нагрузкой – «СН» или «СС». «СН» (Control Hot) - соответствует подаче сигнала включения нагрузки при температуре ниже установленного порогового значения. Используется, когда для достижения порога требуется нагрев. Например, температура в комнате +24 градуса, в качестве нагрузки подключен нагревательный элемент, установленное пороговое значение температуры +27 градусов. В случае «СН» нагреватель будет включен до достижения температуры выше +27 (т.е. при +28) градусов, при измеренном значении температуры +28, нагреватель отключится и вновь включится при снижении температуры ниже +27 (т.е. при +26). «СС» (Control Cold) – соответствует обратному режиму включения нагрузки (нагрузка включается при температуре выше порога). Используется, когда для достижения порога требуется охлаждение. Например, в комнате +28, нагрузка – вентилятор, направленный на аквариум, порог +27. В случае «СС» при температуре +28 включится вентилятор, когда температура упадет до +26, вентилятор отключится.

Если в момент индикации «Р» длительно удерживать нажатой кнопку, программа переходит в режим индикации/установки скважности импульсов, подаваемых на ключ управления нагрузкой – значения от «Р1» до «Р9». В программе реализована возможность импульсного управления нагрузкой: при включении нагрузки возможен режим, когда ключ замкнут в течение четверти секунды (назовем этот период «тик»), затем он отключается на заданное число «тиков». Такой режим позволяет использовать в качестве нагревателя не специализированный аквариумный водонагреватель, мощность которого порядка 50 Вт, а обычный «полукиловаттный» кипятильник в режиме один «тик» к восьми. Например, при установке «Р6» - один «тик» нагрузка будет включена, пять «тиков» - выключена; при установке «Р1» - нагрузка будет постоянно включенной.

Запись выбранного значения в режимах «С» и «Р» в энергонезависимую память микроконтроллера осуществляется длительным нажатием на кнопку. По окончании записи, программа возвращается в режим индикации температуры. Если кнопку длительное время не нажимать, программа так же вернется в режим индикации температуры.

Индицируемые значения температуры программно ограничены диапазоном «-9»…«59». Если температура ниже минус девяти, на индикаторе отображается «Lo», если выше плюс пятидесяти девяти – «Hi».

Программой задействованы два таймера микроконтроллера. Прерывания от Timer0 с периодом около миллисекунды используются для организации динамической индикации и опроса кнопки управления. Прерывания Timer1 с периодом около четверти секунды используются для отсчета временных интервалов, управления нагрузкой, формирования «тиков».