принцип работы, схема включения и выключения
Часто для работы какого-либо устройства или целой системы необходимо поддерживать определённый температурный режим. Это актуально при работе контуров отопления или охлаждения, построении устройств типа «инкубатор». Одним из простых приборов, позволяющих контролировать температуру, является термореле. Такое приспособление возможно приобрести в специализированных торговых точках, но можно изготовить такой регулятор температуры и своими руками.
- Назначения и характеристики
- Параметры приспособления
- Принцип работы
- Схемотехника регуляторов
- Простые устройства
- Термореле на микроконтроллере
Назначения и характеристики
В основе работы термореле лежит способность устройства управлять включением и выключением узлов схемы в зависимости от изменения температуры. Фактически — это приспособление, располагающееся между управляемыми элементами и датчиками температуры.
Конструктивно прибор представляет собой электронную схему
Первый вид предполагает использование выносных или встроенных датчиков, а второй — использует свойства различных материалов изменять свои параметры при изменении характеристик электрической сети. То есть контроль происходит контактным или бесконтактным способом. Но несмотря на принципиальные различия, суть работы терморегуляторов одинаков. Регистрируя изменение температуры, устройство разрывает или подсоединяет подключённые к нему узлы аппаратуры или оборудования в автоматическом режиме.
Благодаря их применению, температура воздуха, воды, поверхностей различных приборов и радиоэлементов имеет стабильное значение.
Для каждой среды используются свои особенности размещения устройства. Его точность срабатывания зависит не только от качества исполнения самого регулятора, но и правильного размещения.
Выпускаются терморегуляторы разных видов.
- По назначению. Разделяются на внутренние и наружные.
- Способу установки. Существуют независимые терморегуляторы, как способные располагаться на любой поверхности, так и размещаемые только внутри оборудования.
- Функциональностью. Терморегуляторы могут регистрировать только один сигнал или сразу несколько. При этом второго типа называются многоканальными. Они могут поддерживать значение температуры как на нескольких устройствах одновременно, используя независимые каналы, так и только на одном.
- Способу настройки. Управление режимами работы и настройка приспособления может быть механической, электронной или электромеханической.
- Гистерезису. В терморегуляторах под ним понимают значение температуры, при которой сигнал изменяется на противоположный знак, а также явление, когда происходит задержка переключения сигнала в зависимости от величины влияния. Именно он даёт возможность снизить частоту переключения, например, при повышении температуры в нагревателе.
- Виду термодатчиков. Подключаемые к терморегуляторам датчики могут быть контактного и бесконтактного действия. Например, использующие в работе инфракрасное излучение или свойство биметаллической пластины.
Параметры приспособления
Как и любое оборудование, регуляторы температуры характеризуются набором параметров. От них в первую очередь зависит точность срабатывания устройства. Зависят эти характеристики не только от качества применяемых при построении схемы терморегулятора элементов, но и реализации системы, позволяющей избегать влияния посторонних факторов. К основным характеристикам относят:
- Время переключения. Зависит от схемы реализации регулятора и способа установки датчика, определяющего его инерционность.
- Регулируемый диапазон. Устанавливает граничные значения температурного режима, в котором может происходить работа устройства.
- Напряжение питания. Это значение рабочего напряжения, необходимого для нормальной работы устройства.
- Активная нагрузка. Показывает, какой максимальной мощностью может управлять регулятор температуры.
- Класс защиты. Характеризует безопасность прибора. Обозначается согласно международной классификации по электрической безопасности.
- Система сигнализации. В регуляторе может использоваться светодиодный сигнализатор или жидкокристаллический экран. Ориентируясь на него, пользователь может сразу видеть, в каком режиме работает прибор контроля.
- Рабочая температура. Обозначает диапазон, в рамках которого обеспечивается правильная работа терморегулятора.
- Вид термодатчика. Являясь чувствительным элементом, он выступает в качестве индикатора температуры, отправляя данные на контроллер. Такие термодатчики на включение и выключение устройства бывают разных типов и конструкций, а также отличаются по способу передачи данных.
Кроме этого, к качественным характеристикам устройства относят: удобство использования, габариты, дополнительные возможности, общий вид.
Поэтому собирая терморегулятор своими руками, для получения законченного вида устройства желательно продумывать не только схему приспособления, но и корпус, в котором он будет располагаться.
Принцип работы
В общем виде терморегулятор можно представить в виде блок-схемы, состоящей из датчика температуры, блока обработки и регулирующего механизма. В основе работы механического теплового реле лежит способность биметаллической пластины изменять свою форму в зависимости от температуры. Для её изготовления используются два материала, жёстко скреплённые между собой с разным температурным коэффициентом расширения.При нагреве такой пластины происходит её изгиб. Именно это свойство и используется при производстве тепловых реле. Во время деформирования пластинка замыкает или размыкает контактную группу, вследствие чего разрывается или восстанавливается электрический контакт.
Такое реле может применяться в цепях как переменного, так и постоянного тока, а выбор граничной температуры в них обычно устанавливается с помощью механического регулятора.
Кроме этого, существуют твердотельные реле (электронные). В их конструкции уже нет движущихся и механических частей, а используется электронная схема, вычисляющая изменения температуры.
В качестве основных элементов таких приборов является термистор и микропроцессор. В первом происходит изменение электрических параметров при колебаниях температуры, а второй обрабатывает и в зависимости от запрограммированного алгоритма коммутирует контактные группы.
Схемотехника регуляторов
Из-за сложности настройки механического реле самостоятельное его изготовление практически невозможно, поэтому радиолюбители изготавливают твердотельные регуляторы. На сегодняшний день известно большое количество схем термореле разного класса. Так что подобрать подходящую для возможного повторения не составит сложности.
Но перед тем как приступить к самостоятельному изготовлению терморегулятора, необходимо подготовить ряд инструментов и материалов. Для этого, кроме электрической схемы и необходимых согласно ей радиоэлементов, понадобится:
- Паяльник или в случае использования сложных микроконтроллеров паяльная станция.
- Односторонний фольгированный стеклотекстолит. Если электрическая схема содержит большое количество радиоэлементов и относится к средней или высокой группе сложности, то изготовить её навесным монтажом не представляется возможным. Поэтому используется стеклотекстолит, на котором удобным методом, например, лазурно-утюжным или фотолитографией, наносится печатная схема будущего термореле.
- Мультиметр. Он необходим для настройки работы устройства и проверки правильности установки радиоэлементов.
- Мини-дрель. С помощью неё выполняют отверстия, в которые устанавливаются радиоэлементы.
- Рабочие материалы. К ним относятся: флюс, припой, спиртовой раствор, изолента или термоусадочные трубочки.
Последовательность действий при изготовлении сводится к следующему. На первом этапе выбирается схема и изучается её описание, доступность радиоэлементов. При этом не стоит забывать, что почти для каждой радиодетали существует аналог. Затем, изготавливается печатная схема, а по ней уже плата. На плату запаиваются радиоэлементы, коммутационные гнёзда и провода. Как только всё готово, производится тестовый запуск и в случае необходимости подстройка работы.
Простые устройства
Простейшее устройство, реагирующее на изменение температуры, можно собрать из нескольких сопротивлений и интегрального усилителя. Использующиеся резисторы представляют собой два полуплеча, образующие собой измерительную и опорную часть схемы. В качестве R2 используется термистор, то есть резистор, сопротивление которого меняется в зависимости от воздействующей на него температуры.
Интегральный усилитель LM393 работает в режиме компаратора, то есть сравнивает два сигнала, снимаемые с R1-R2 и R3-R4.
Как только уровень сигнала на двух входах микросхемы сравняется, LM393 переключает нагрузку к питающей сети. В качестве нагрузки можно использовать вентилятор. Как только вентилятор охладит контролируемое устройство, уровень сигнала на втором и третьем входе компаратора снова начнёт различаться. Устройство снова переключит свои выходы, и питание прекратит поступать в нагрузку.
Несложную схему можно собрать и на тиристоре. В качестве её нагрузки можно использовать нагреватель, температуру которого и будет регулировать самодельный терморегулятор.
Эта схема может использоваться в инкубаторе или аквариуме.
В основе схемы также лежит способность компаратора сравнивать уровни напряжения на своих входах и в зависимости от этого открывать свои выходы. При одинаковом сигнале ток через транзистор VT1 не течёт, а значит, на управляющем выводе тиристора VS1 находится низкий уровень, и он закрыт. Появившееся напряжение на сопротивлении R8 приводит к его открытию.
| Обозначение | Наименование | Аналог |
|---|---|---|
| R1 | 10 кОм | |
| R2 | 22 кОм | |
| R3 | 100 кОм | |
| R4 =R6 | 6,8 кОм | |
| R5 | 1 кОм | |
| R8 | 470 Ом | |
| R9 | 5,1 кОм | |
| R10 | 27 кОм | |
| С1 | 0,33 мкФ | |
| VT1 | КТ117 | 2N6027 |
| VD1 | КС212Ж | BZX30C12 |
| VD2 | КД105 | 1N4004 |
| VS1 | КУ208Г | TAG307— 800 |
youtube.com/embed/_bo8RnePAeY»> Термореле на микроконтроллере
Собрав такой термостат, его можно использовать совместно с отопительной системой, например, совместно с котлом. В основе конструкции используется микросхема DS1621, которая совмещает в себе термометр и термостат. Её цифровой ввод-вывод обеспечивает точность ±0,5 °C.
При использовании DS1621 в качестве термостата в её внутреннюю энергонезависимую память (EEPROM) помещаются данные о температуре, которую необходимо поддерживать. А также контрольные точки, по достижении которых температура повышается или понижается. Разница между ними образует гистерезис, при этом на третьем выводе микросхемы формируется логическая единица или ноль.
Данные в микросхему заносятся с помощью микроконтроллера, выполненного на ATTINY2313. Устройство может поддерживать температуру в диапазоне от 10 до 40 градусов. Управление термоэлементом котла осуществляется через тиристор. С помощью кнопки S1 осуществляется включение и выключение термометра.
А кнопками S2 и S3 устанавливается температура. Светодиод HL1 сигнализирует о работоспособности прибора. Во время нагревания термоэлемента котла он мигает. В качестве трансформатора используется TAIWAN 110—230V 6−0−6V 150TA.
При программировании в Features необходимо выбрать: int. RC Osc. 4 MHz; Start-up time: 14 CK + 0 ms; [CKSEL=0010 SUT=00] и Brown-out detection disabled; [B0DLEVEL=111] поставить галочку на Serial program downloading (SPI) enabled; [SPIEN=0]. А также отметить фьюзы: SUT1, SPIEN, SUTO, CKSEL3, CKSEL2, CKSELO. Правильно собранное устройство работает сразу и в наладке не нуждается.
Собираем электронный терморегулятор своими руками схема и подробное описание по сборке устройства
Привет всем любителям электронных самоделок. Недавно я по быстрому смастерил электронный терморегулятор своими руками, схема устройства очень проста. В качестве исполнительного устройства используется электромагнитное реле с мощными контактами, которые могут выдержать ток до 30 ампер.
Поэтому рассматриваемая самоделка может использоваться для разных бытовых нужд.
По нижеприведенной схеме, терморегулятор можно использовать, например, для аквариума или для хранения овощей. Кому то он может пригодиться при использовании совместно с электрическим котлом, а кто-то его может приспособить и для холодильника.
Электронный терморегулятор своими руками, схема устройства
Как я уже говорил, схема очень проста, содержит минимум недорогих и распространённых радиодеталей. Обычно терморегуляторы строятся на микросхеме компараторе. Из-за этого устройство усложняется. Данная самоделка построена на регулируемом стабилитроне TL431:
Теперь поговорим подробнее о тех деталях, которые я использовал.
Детали устройства:
- Трансформатор понижающий на 12 вольт
- Диоды; IN4007, или другие с похожими характеристиками 6 шт.
- Конденсаторы электролитические; 1000 мк, 2000 мк, 47 мк
- Микросхема стабилизатор; 7805 или другая на 5 вольт
- Транзистор; КТ 814А, или другой p-n-p c током коллектора не меньше 0,3 А
- Регулируемый стабилитрон; TL431 или советский КР142ЕН19А
- Резисторы; 4,7 Ком, 160 Ком, 150 Ом, 910 Ом
- Резистор переменный; 150 Ком
- Терморезистор в качестве датчика; около 50 Ком с отрицательным ТКС
- Светодиод; любой с наименьшим током потребления
- Реле электромагнитное; любое на 12 вольт с током потребления 100 мА или меньше
- Кнопка или тумблер; для ручного управления
Как сделать терморегулятор своими руками
В качестве корпуса был использован сгоревший электронный счётчик Гранит-1.
Плата, на которой расположились все основные радиодетали также от счетчика. Внутри корпуса поместились трансформатор блока питания и электромагнитное реле:
В качестве реле я решил использовать автомобильное, которое можно приобрести в любом автомагазине. Рабочий ток катушки приблизительно 100 миллиампер:
Так как регулируемый стабилитрон маломощный, его максимальный ток не превышает 100 миллиампер, непосредственно включить реле в цепь стабилитрона не получится. Поэтому пришлось использовать более мощный транзистор КТ814. Конечно, схему можно упростить, если применить реле, у которого ток через катушку будет меньше 100 миллиампер, например SRD-12VDC-SL-C или SRA-12VDC-AL. Такие реле можно включить непосредственно в цепь катода стабилитрона.
Немного расскажу о трансформаторе. В качестве, которого я решил использовать нестандартный. У меня завалялась катушка напряжения от старого индукционного счетчика электрической энергии:
Как видно на фотографии там имеется свободное место для вторичной обмотки, я решил попробовать намотать её и посмотреть что получится.
Конечно площадь поперечного сечение сердечника у него маленькая, соответственно и мощность небольшая. Но для данного регулятора температуры этого трансформатора достаточно. По расчётам у меня получилось 45 витков на 1 вольт. Для получения 12 вольт на выходе нужно намотать 540 витков. Чтобы уместить их я использовал провод диаметром 0,4 миллиметра. Конечно, можно использовать готовый блок питания с выходным напряжением 12 вольт или адаптер.
Как вы заметили, в схеме стоит стабилизатор 7805 со стабилизированным выходным напряжением 5 вольт, который питает управляющий вывод стабилитрона. Благодаря этому регулятор температуры получился со стабильными характеристиками, которые не будут изменяться от изменения питающего напряжения.
В качестве датчика я использовал терморезистор, у которого при комнатной температуре сопротивление 50 Ком. При нагревании сопротивление данного резистора уменьшается:
Чтобы защитить его от механических воздействий я применил термоусаживающие трубочки:
Место для переменного резистора R1 нашлось с правой стороны терморегулятора.
Так как ось резистора очень короткая пришлось напаять на неё флажок, за который удобно поворачивать. С левой стороны я поместил тумблер ручного управления. При помощи него легко проконтролировать рабочее состояние устройства, при этом, не изменяя выставленную температуру:
Несмотря на то, что клемник бывшего электросчетчика очень громоздкий, убирать его из корпуса я не стал. В него чётко входит вилка, от какого либо прибора, например электрообогревателя. Убрав перемычку (на фотографии желтая справа) и включив вместо перемычки амперметр можно померить силу тока, отдаваемую в нагрузку:
Теперь осталось проградуировать терморегулятор. Для этого нам понадобится цифровой термометр ТМ-902С. Нужно оба датчика устройства соединить вместе при помощи изоленты:
Термометром произвести замер температуры различных предметов горячих, холодных. При помощи маркера нанести шкалу и разметку на терморегуляторе, момент включения реле. У меня получилось от 8 до 60 градусов Цельсия.
Если кому-то нужно сдвинуть рабочую температуру в ту или иную сторону, это легко сделать, изменив номиналы резисторов R1, R2, R3:
Вот мы и сделали электронный терморегулятор своими руками. Внешне выглядит вот так:
Чтобы не было видно внутренности устройства, через прозрачную крышку, я ее закрыл скотчем, оставив отверстие под светодиод HL1. Некоторые радиолюбители, кто решил повторить эту схему, жалуются на то, что реле включается, не очень чётко, как бы дребезжит. Я ничего этого не заметил, реле включается и отключается очень чётко. Даже при небольшом изменении температуры, никакого дребезга не происходит. Если все-таки он возникнет нужно подобрать более точно конденсатор C3 и резистор R5 в цепи базы транзистора КТ814.
Собранный терморегулятор по данной схеме включает нагрузку при понижении температуры. Если кому то наоборот понадобится включать нагрузку при повышении температуры, то нужно поменять местами датчик R2 с резисторами R1, R3.
Как построить недорогой регулятор температуры? Идея простой схемы для регулятора температуры, сделанного своими руками
Введение
Электронные регуляторы температуры, широко представленные на рынке, обычно имеют довольно сложную конструкцию и, следовательно, являются дорогостоящими.
Они больше подходят для помещений, где может потребоваться точный контроль температуры. Очевидно, что такие высокотехнологичные типы систем управления могут оказаться бесполезными или слишком дорогими для многих любителей электроники и в местах, где потребности не столь специфичны или критичны. Кроме того, дешевые типы вообще ненадежны, потому что их точность непостоянна. Схема самодельного контроллера температуры, представленная в этой статье, очень проста по конструкции, но способна обеспечить достаточно точное и стабильное регулирование температуры в диапазоне от 40 до 125 градусов Цельсия, который полностью регулируется.
Как работает схема
Каждый электронный полупроводниковый компонент имеет «плохую природу» изменения своих характеристик под влиянием меняющейся температуры окружающей среды.
В одной из моих предыдущих статей мы изучали, как становится важным оптимизировать ток через стабилитрон из-за влияния меняющейся температуры окружающей среды, чтобы его значение можно было поддерживать постоянным.
Но это конкретное «плохое поведение» полупроводников было прекрасно использовано в этой электронной схеме регулятора температуры.
Здесь диод 1N4148 используется в качестве эталона для контроля температуры окружающей среды, тогда как транзистор
BC557 сконфигурирован как датчик для определения рассматриваемой температуры по отношению к температуре окружающей среды.
Под воздействием приложенного тепла напряжение база-эмиттер транзистора будет падать. Падение напряжения составит около 2 мВ на один градус повышения температуры.
Из-за этого транзистор постепенно начнет проводить и в какой-то момент (в соответствии с настройкой P1) включит T2, чтобы активировать реле и внешний охлаждающий агент.
Советы по конструкции
Конструктивная часть очень проста, так как схема этого недорогого регулятора температуры практически не требует каких-либо компонентов. Приобретенные детали можно просто вставить в небольшой кусок печатной платы общего назначения и припаять, чтобы соединить их выводы.
Вся сборка может быть помещена в прочный пластиковый корпус, что позволяет извлекать из коробки только сетевой шнур и датчик. Длина провода датчика не должна превышать метра, чтобы избежать паразитных наводок.
Потенциометр должен быть закреплен над коробкой, чтобы его можно было отрегулировать снаружи для установки точки срабатывания в соответствии с приложениями.
Настройка устройства
Для настройки устройства вам потребуется цифровой измеритель температуры. Это можно сделать с помощью следующих простых шагов:
Подключите устройство к сети переменного тока; подключите его датчик, а также датчик измерителя к нагревательному элементу, температуру которого необходимо контролировать. Также к выходу агрегата подключите ТЭН, чтобы теперь он начал нагреваться.
Следите за повышением температуры по цифровому измерителю, как только она достигнет требуемой точки срабатывания, отрегулируйте потенциометр так, чтобы реле просто срабатывало и прерывало подачу питания на нагреватель.
Следовательно, ТЭН начнет остывать и через определенный промежуток времени его температура снизится до уровня, при котором реле восстановит подачу питания на ТЭН и цикл повторится. Этот период времени будет зависеть от гистерезиса цепи.
Применение
Простая схема этого недорогого регулятора температуры может быть использована для следующих нескольких важных применений:
Для защиты силовых транзисторов : Во многих электронных схемах силовые транзисторы выполняют жизненно важные функции управления большими выходными нагрузками. и поэтому может нагреваться до заметных пределов. Хотя они всегда устанавливаются над алюминиевыми радиаторами для оптимального охлаждения, температура иногда может переходить неконтролируемый уровень.
Датчик данной схемы может быть встроен в радиатор, а контакты реле могут быть подключены либо к охлаждающему вентилятору, либо могут просто использоваться для отключения питания, чтобы тепло не превышало предела повреждения.
На птицефабриках : Недавно вылупившиеся цыплята на птицефабриках очень уязвимы к изменяющимся климатическим условиям. Таким образом, надлежащее регулирование температуры вокруг них становится очень важным. Обычно используются мощные лампы накаливания, чтобы сохранить внутреннюю атмосферу птицефабрики теплой и благоприятной для цыплят, но если интенсивность этих ламп не контролировать, все может стать опасным.
Опять же, присоединение датчика предложенной схемы электронного регулятора температуры к конкретной лампочке может эффективно использоваться для их отключения в случае повышения температуры окружающей среды до критической точки, что помогает поддерживать среднюю температуру на ферме в здоровой пропорции.
Читатели могут настраивать и модифицировать эту самодельную схему регулятора температуры в соответствии со своими потребностями и спецификациями, чтобы найти множество других ее применений. Просто не забудьте держать эталонный диод подальше от измеряемой температуры.
Сделай сам: как собрать собственный ПИД-регулятор температуры
Время сборки: От 2 до 3 часов
Сложность: Продвинутый
Дизайнер: РоссС
Этот ПИД-регулятор температуры (пропорционально-интегрально-дифференциальный) был разработан на основе микроконтроллера ATmega328P и использует загрузчик Duemilanove. Этот комплект включает базовый клон Arduino (плата Arduino не требуется).
Необходимые инструменты и компоненты:
Паяльник
Припой
Ручка для флюса
Мелкий припой (23 размера или мельче)
Кусачки для проволоки
Микросхема интерфейса термопары MAX31855 (доступна непосредственно у Maxim Integrated)
Термопара с соединением, подходящим для вашего применения (например, зонд, шайба и т. д. .)
Тип J (от -40°C до +750°C)
Тип K (от -200°C до +1350°C)
Тип T (от -200°C до +350°C)
Твердотельное реле (в зависимости от приложения)
Кабель USB FTDI 5 В (Примечание: один кабель можно использовать для многих различных проектов микроконтроллеров)
Компьютер с Arduino IDE v1.
0
Wall-wart 9 В/1,5 А, 2,1 мм в центре плюс
| Деталь Описание | Номер детали производителя | |
| Конденсатор радиальный, 47 мкФ, 50 В | Р47/50 | |
| СК, 7805Т, ТО-220 | 7805Т | |
| Конденсатор, 0,1 мкФ, 50 В | МД.1 | |
| Резистор, 1/4 Вт, 1 кОм | CF1/4W102JRC | |
| Светодиод, T1, зеленый, рассеянный | ЛТЛ-4231 | |
| Диод, 1N4007, 1А | 1N4007 | |
| Разъем питания постоянного тока, вилка, 2,1 мм | GCD014-R | |
| Конденсатор, керамический диск, 0,01 мкФ, 50 В | DC. 01 | |
| Резистор, 1/4 Вт, 10 кОм | CF1/4W103JRC | |
| Конденсатор радиальный, 10 мкФ, 25 В | Р10/25А | |
| Коллектор, вертикальный, вилка, 0,1 дюйма, 1 ряд, 6 контактов | ДЖС1109-6-Р | |
| Переключатель, кнопочный, тактильный, SPST, ВЫКЛ-(ВКЛ) | БТС-1102B-2 | |
| Микросхема, MCU, ATmega328P, с загрузчиком Arduino Uno | А000048 | |
| Гнездо IC, 28-контактное | 6000-28НДВ | |
| Транзистор, 2N4401TA, NPN | 2N4401TA | |
| Светодиод, оранжевый/красный, красный рассеянный, T1, 635 нм | МКДЛ-314ЭД | |
| Резистор, 1/4 Вт, 2,7 кОм | CF1/4W272JRC | |
| ЖК-дисплей, 16×2, параллельный интерфейс | НХД-0216БЗ-ФЛ-ИБВ | |
| Потенциометр, квадратный кермет 3/8″, 1/2 Вт, 10 кОм | 3386П-1-103/63П/72ПР | |
| Резистор, 1/4 Вт, 330 Ом | CF1/4W331JRC | |
| Диод, 1N4148 | 1Н4148-ВИШАЙ | |
| Коллектор, вертикальный, вилка, 0,1 дюйма, 1 ряд, 10 контактов | 7000-1X10SG-R | |
| Печатная плата | — | |
| Инструкции | — |
Предупреждение: Этот комплект может управлять устройствами, питающимися от сети.
Электричество от сети опасно. Неисправная проводка от незнания может убить. Вы несете ответственность за правильное подключение управляемых устройств или поиск того, кто может это сделать. Этот контроллер работает, измеряя разницу между желаемой температурой и измеренной температурой. Он выполнит три отдельных вычисления и вычислит сумму трех, а затем применит сумму в процентах от заданного окна времени в форме импульса к твердотельному реле (SSR).
- Пропорционально размеру ошибки
- Интегральное время ошибки
- Производная скорость изменения значения процесса
- Считывание температуры с помощью микросхемы MAX31855
- Код алгоритма ПИД-регулирования
- Система меню для изменения желаемой температуры и других параметров
Шаг 1. Проверьте компоненты комплекта 904:30 Отметьте все компоненты по списку комплектов перед началом сборки.
Обязательно проверьте необходимые компоненты. Некоторые компоненты будут зависеть от вашего приложения и должны быть получены отдельно. Твердотельные реле поставляются с выходом как переменного, так и постоянного тока, поэтому убедитесь, что вы выбрали правильный тип для приложения. - Входное напряжение должно принимать 5 В
- Для приложений с нагревом требуется твердотельное реле с переходом через нуль
- Номинальные значения тока и напряжения переключения твердотельного реле должны соответствовать или превышать номинальные параметры устройства, которым вы управляете
- Некоторым твердотельным реле требуется радиатор (работающий близко к их максимальному току)
- Если твердотельное реле установлено в теплом/горячем месте, вы должны использовать твердотельное реле, которое значительно превышает номинальный ток устройства, которое будет контролируемый
Для более узкого диапазона температур (от -200°C до 350°C) можно использовать термопару Т-типа. Термопары Т-типа более точны, чем К-типа. Соединения датчика термопары бывают разных типов: шайба, зонд, шарик и т. д. Если вы приобрели MAX31855KASA+ IC, , вам нужно будет использовать термопару типа K. Если у вас есть MAX31855TASA+, , вам нужно будет использовать термопару Т-типа. Использование неправильной термопары приведет к неправильным показаниям.Шаг 2: пайка микросхемы SMD
Сначала припаяйте микросхему для поверхностного монтажа, чтобы упростить пайку остальных компонентов. Микросхема монтируется выводом 1 в нижнюю правую часть печатной платы. Дополнительный флюс, лупа и пинцет пригодятся при пайке. Я считаю, что проще припаять небольшое пятно на контактной площадке, где будет контакт 1 чипа, прежде чем размещать чип. Когда припой остынет, добавьте немного флюса и осторожно поместите чип с помощью пинцета. Дважды проверьте ориентацию чипа, припаяйте контакт 1 и место, куда вы добавили припой ранее.
Дополнительный флюс поможет припою течь без добавления дополнительного припоя. Проверьте совмещение других контактов с соответствующими контактными площадками, оплавьте каждый контакт и контактную площадку, затем тщательно припаяйте каждую из них.
Шаг 3: Создание и тестирование
Продолжайте и расположите компоненты для источника питания +5 В на печатной плате. Эти компоненты будут установлены на левой стороне печатной платы. Детали включают в себя разъем постоянного тока, диод 1N4007, два электролитических конденсатора 47 мкФ, конденсатор 0,1 мкФ, резистор 2,7 кОм и регулятор напряжения LM7805.Все они будут сгруппированы на печатной плате. Убедитесь, что электролитические конденсаторы расположены так, чтобы символ «-» на конденсаторе находился на стороне, противоположной маркировке «+» на печатной плате.
Диоды LM7805 и 1N4007 расположены полосой, как показано на печатной плате.
Припаяйте вышеуказанные детали на место и обрежьте лишние выводы. Когда вы закончите пайку, переверните печатную плату и установите зеленый светодиод на другую сторону платы, приподняв его примерно на 3 мм (1/8 дюйма) над платой. более длинный вывод — это вывод «+». После пайки обрежьте лишнюю длину провода на другой стороне платы.
Подключите настенный блок питания (2,1 мм в центре плюса) с напряжением от 9 В до 12 В постоянного тока. Светодиод должен загореться. Если это не сработает, вернитесь и проверьте все ваши паяные соединения и расположение компонентов.
Шаг 4: Компоненты источника питания 3,3 В
Компоненты источника питания 3,3 В расположены в нижней правой части печатной платы рядом с микросхемой MAX31855 . Этими компонентами являются три сигнальных диода 1N4148, два электролитических конденсатора на 10 мкФ и один резистор на 10 кОм. Расположите и припаяйте три сигнальных диода 1N4148, как показано, к нижней правой стороне печатной платы.
Полоски на диодах (отрицательная сторона) должны совпадать с полосками на печатной плате. Диоды , а не , все смотрят одинаково. Дважды проверьте полярность перед пайкой!
Установите и припаяйте два электролитических конденсатора емкостью 10 мкФ, а затем установите и припаяйте резистор емкостью 10 кОм. Включите его с помощью мультиметра и убедитесь, что на левой стороне резистора 10 кОм присутствует примерно 3,3 В (3,1–3,3 В).
Вы также можете прижать выводы красного светодиода к контактам 1 (GND, отрицательная сторона светодиода) и контакту 4 (3,3 В постоянного тока, положительная сторона светодиода) микросхемы MAX31855. Если напряжение отсутствует или светодиод не горит, возможно, диоды установлены неправильно.
Шаг 5: пайка окончательных компонентов
Пайка компонентов с самым низким профилем и переход к более крупным компонентам облегчит вашу работу. Припаяйте остальные компоненты. Повернув большинство компонентов (кроме переключателей и светодиодов) вниз, расположите ЖК-дисплей .
Перед пайкой убедитесь, что метки контактов 1 и 16 на ЖК-дисплее совпадают с метками контактов 1 и 16 на печатной плате соответственно.
Если вы хотите изменить форм-фактор ПИД-регулятора Arduino , вы можете использовать разъем с прямым контактом. В этом форм-факторе монтажные отверстия на печатной плате совпадают с монтажными отверстиями на ЖК-дисплее.
Шаг 6: ATmega328 и финальное тестирование
Проверьте метку на микросхеме ATmega328 и совместите ее с меткой на сокете. Аккуратно вставьте микросхему в гнездо.Загрузите и установите программное обеспечение Arduino IDE V1.0.
Сначала подключите USB-кабель к компьютеру, а затем подключите другой конец к печатной плате, убедившись, что черный провод в кабеле совмещен с контактом, отмеченным «GND». Если вы подключите его неправильно, вы повредите чип ATmega328 . Откройте программное обеспечение Arduino и нажмите «Инструменты»> «Плата» и выберите Arduino Uno.
Щелкните Инструменты > Последовательный порт и выберите COM-порт, к которому подключена плата.
Чтобы протестировать чип ATmega, нажмите «Файл» > «Примеры» > «Основы» > «Мигать». Это откроет новое окно IDE с некоторым кодом. Перейдите к строке 13 (номер строки находится в левом нижнем углу окна Arduino IDE), где написано: «pinMode (13, OUTPUT)». Теперь измените 13 на 7. Также перейдите к строкам 15 и 17 и измените 13 на 7.
Нажмите кнопку «Подтвердить», когда он скомпилируется, затем нажмите кнопку «Загрузить». Если он не компилируется, вы допустили синтаксическую ошибку. Немедленно нажмите и удерживайте кнопку сброса на ПИД-контроллере Arduino, когда вы увидите текст «Размер двоичного скетча: xxxx байт (максимум 30720 байт)» в нижней части окна Arduino IDE и отпустите кнопку сброса.
Если вы получаете сообщение об ошибке avrdude, это означает, что вы недостаточно быстро отпустили кнопку или у вас выбрана неправильная плата Arduino в разделе «Инструменты».
Убедитесь, что в разделе «Инструменты» выбрана правильная доска, и повторите попытку загрузки, отпустив кнопку «Сброс» в нужное время.
При правильной загрузке вы увидите, что красный светодиод начинает мигать. Это указывает на то, что Arduino работает правильно, и теперь вы готовы загрузить PID-код.
Шаг 7. Программирование ПИД-регулятора
Загрузите этот файл для контроллера Espresso с самым высоким номером версии 2.0 или выше. Скопируйте содержимое извлеченной папки Libraries ( не сама папка Libraries) в папку библиотек Arduino.Скопируйте скетч Arduino_PID_Controller в папку Arduino Sketchbook. Закрыть все окна Arduino IDE и перезапустите IDE.
Щелкните Файл > Альбом для рисования > Arduino_PID_for_Espresso_v2.0. Нажмите кнопку «Проверить» и, когда компиляция будет завершена, загрузите код в ПИД-контроллер Arduino — не забудьте кнопку «Сброс»! После успешной загрузки отсоедините кабель программирования и питание от ПИД-регулятора.
Теперь ЖК-экран должен быть выключен. Подключите выходные контакты ПИД-регулятора («-» снизу и «+» сверху) к входным контактам приобретенного твердотельного реле. Убедитесь, что контакт «+» выхода подключен к контакту «+» твердотельного реле, а контакт «-» выхода подключен к входу «-» твердотельного реле.
Предупреждение. Прежде чем переходить к следующему шагу, убедитесь, что устройство, которым вы собираетесь управлять, отключено от электрической розетки.
Подключите выход твердотельного реле к устройству, которым вы управляете. Соедините землю (вход «-») входной стороны твердотельного реле с землей управляемого устройства. Это поможет предотвратить емкостные контуры заземления, которые могут привести к ошибочным показаниям температуры.
Подсоедините термопару к разъему входной клеммы термопары. Если вы использовали K-тип, то желтый провод — это «+», а красный — «-». Если вы использовали термопару Т-типа, синий провод — это «+», а красный — «-».
Сторона «+» клеммной колодки термопары находится на верхней стороне, а сторона «-» — на нижней стороне.
Подключите настенную панель к разъему постоянного тока на печатной плате. ПИД-контроллер Arduino загрузится, и на ЖК-дисплее появится надпись «Arduino PID для эспрессо». Через три секунды он начнет отображать температуру. Поскольку код содержит массив для сглаживания показаний температуры, отображаемая температура будет быстро увеличиваться в течение первых нескольких секунд, прежде чем стабилизируется.
Держите датчик температуры в руке, и вы увидите, как показания температуры на ЖК-дисплее увеличиваются из-за тепла вашего тела. Если оно уменьшается, вы подключили термопару наоборот.
Установите термопару на измеряемое устройство. Если вы используете омывающую термопару, а место, где вы устанавливаете термопару, заземлено, вы можете обнаружить, что показания температуры немного прыгают. Если это произойдет, вам потребуется
электрически изолируйте термопару от измеряемого устройства с помощью слюдяных шайб и тефлоновой ленты вокруг винта/болта.
Используйте термопасту, чтобы сохранить хорошую теплопроводность.
Шаг 8: Настройка контроллера
Функция Autotune изменяет выходной сигнал и наблюдает за изменениями на входе для расчета параметров пропорционального, интегрального и дифференциального диапазонов.Загрузите и установите этот файл, а также загрузите и установите библиотеку ControlIP5.
Там, где вы распаковали ZIP-файл Arduino PID, найдите папку «Autotune Front and Backend». Скопируйте папку в папку Arduino и откройте Arduino IDE. Откройте папку Autotune Front and Backend > AutotuneMAX31855Backend > AutotuneMAX31855. Дважды щелкните AutotuneMAX31855, чтобы открыть серверную часть кода Autotune в Arduino IDE. Удерживая нажатыми клавиши CTRL и F, введите «//EDIT» (без кавычек) и нажмите Enter, чтобы найти параметры, которые может изменить пользователь. Если вы меняете параметры, сохраните код под другим именем.
Загрузите код в ПИД-регулятор Arduino (убедитесь, что кабель для программирования ориентирован правильно, а время нажатия кнопки сброса правильное).
Когда закончите программировать, оставьте кабель подключенным (он будет использоваться обрабатывающим интерфейсом) и закройте Arduino IDE.
Откройте Processing IDE и нажмите «Файл» > «Открыть». Найдите Autotune Front and Backend, Интерфейс обработки, PID_FrontEnd_v0_3. Выберите файл с именем PID_FrontEnd_v0_3. Это откроет код в новом окне обработки.
Удерживая нажатыми клавиши CTRL и F, введите «//EDIT» (без кавычек) и нажмите Enter. Это примет ваши параметры, которые могут быть скорректированы конечным пользователем перед запуском внешнего интерфейса настройки.
Нажмите «Выполнить» (выглядит как кнопка «Играть»). Откроется окно, в котором вы можете вручную или автоматически настроить контроллер. Использование Autotune гораздо проще для начинающих.
Убедитесь, что кабель для программирования все еще подключен. Значения справа от кнопок в окне обработки являются текущими используемыми значениями. Значения слева или ниже кнопки можно изменить на то, что вам нужно.
Эти значения будут смещены при нажатии кнопки SEND_TO_ARDUINO. Установите кнопку TOGGLE_AM на ручной режим, установите кнопку Setpoint на требуемое значение, убедитесь, что TOGGLE_DR установлен на прямой, убедитесь, что TOGGLE_TUNING отключен.
Теперь нажмите кнопку SEND_TO_ARDUINO. Это переводит контроллер в ручной режим. Начните с малого и медленно увеличивайте значение кнопки «Вывод» (0–1000) каждый раз, когда вы его меняете, нажимайте кнопку SEND_TO_ARDUINO (переключите кнопку TOGGLE_AM в автоматический режим, а затем обратно в ручной, прежде чем нажимать SEND_TO_ARDUINO). Продолжайте медленно увеличивать выход, пока ваша система не придет в равновесие с желаемой температурой. Это может занять некоторое время, особенно для петель с низкой температурой, так что наберитесь терпения!
Когда ваша система находится в равновесии с желаемой уставкой, включите кнопку Toggle Tuning и нажмите «Send to Arduino». Значение справа от кнопки Toggle Tuning должно измениться на on.
Это означает, что теперь выполняется автонастройка контура.
Если вы посмотрите на выходной график, вы увидите несколько раз функцию автонастройки «Step the Output». Когда значение параметра Toggle Tuning изменится с on на off, это означает, что настройка завершена. Значения, которые вы сейчас видите рядом с P, I и D, являются значениями автонастройки. Запишите эти значения.
Значения автонастройки — хорошее место для начала ручной тонкой настройки, чтобы получить лучшие параметры настройки. Существует множество руководств по ручной настройке контуров ПИД. Я обнаружил, что сначала запуск автонастройки, а затем постепенная настройка значений дает вполне приличные результаты.
Теперь вы можете либо потратить еще немного времени на точную настройку контура вручную, либо загрузить скетч Arduino_PID_for_Espresso в ПИД-регулятор (вставив отмеченные вами параметры в строки 120–122 скетча ПИД-регулятора Arduino).
Структура системы меню:
МЕНЮ
|
ПРИГОТОВЛЕНИЕ ЭСПРЕССО – это изменит уставку на уставку заваривания
|
ПАРОВОЕ МОЛОКО – Это изменит заданное значение на заданное значение пара
|
ТЕМПЕРАТУРА ЗАГОТОВКИ – УСТАНОВКА ТОЧКИ ЗАГОТОВКИ – Нажмите клавиши L и R, чтобы изменить заданную температуру заваривания
|
ТЕМП.