E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h Czerwiec 2015 45

Do czego to służy?Przedstawiony układ służy do utrzymy-wania określonej temperatury w nadzo-rowanym miejscu. Dzięki temu, że tem-peratura załączenia i wyłączenia przekaź-nika ustawiana jest niezależnie, uzyskano praktycznie nieograniczoną możliwość konfiguracji. Termostat może pracować zarówno w trybie grzania, jak i chłodze-nia z dowolnym zakresem histerezy. Do jego budowy zastosowano tylko elementy przewlekane oraz gotowy, wodoodporny czujnik temperatury. Aby jeszcze bardziej uatrakcyjnić urządzenie i uprościć cały proces jego budowy, dla termostatu zapro-jektowana zastała płyta czołowa, dopaso-wana do obudowy typu KM-48N.

Jak to działa?Schemat ideowy układu pokazany jest na rysunku 1. Układ powinien być zasila-

ny napięciem stałym o wartości 9...14V dołączonym do złącza VCC. Może to być dowolny zasilacz o wydajności prądowej

nie mniejszej niż 200mA. Dioda D1 zabez-piecza układ przed niewłaściwą polaryzacją napięcia wejściowego, natomiast kondensa-tory C1...C4 pełnią funkcję filtra zasilania. Zewnętrzne napięcie wejściowe jest poda-wane na stabilizator U1 typu 7805. Pracą termometru steruje mikrokontroler U2 ATti-ny4313 taktowany wewnętrznym sygnałem zegarowym, natomiast rolę czujnika tempe-ratury odgrywa układ typu DS18B20. Doko-nuje on pomiaru temperatury, konwertuje na postać cyfrową, a następnie z użyciem magistrali 1-Wire przesyła do mikrokon-trolera. Sam pomiar temperatury przebiega w sposób standardowy, z użyciem komend dokładnie opisanych w dokumentacji pro-ducenta czujnika. Pomiary aktualizowane są co 2 sekundy i wyświetlane z rozdziel-czością 0,1°C. Rezystor R2, podciągający linię danych do dodatniego bieguna zasi-lania, jest niezbędny do prawidłowej pracy

3131

Uniwersalnytermostat

LCD 6X1

DISPLAYRS4

R/W5

E6

DB07

DB18

DB29

DB310

DB411

DB512

DB613

DB714

VSS 1

VDD 2

VO 3

A 15

K 16

CON1

1234567891011121314151617181920

S1

312

4

S2

312

4

S3

312

4

RS

RS

RW

RW

E

E

VCC

VCC

VO

VOGND

GND

GND

GND

GND

GND

GND

GNDGNDGNDGND

A

A

K

K

DB4

DB4

DB5

DB5

DB6

DB6

DB7

DB7

S1

S1

S2

S2

S3

S3

100

+5V123456789

1011121314151617181920

CON1

R3

+5V

DB5ERS

VORW

DB4DB6S1

S2S3

KK

10K

+5V

PR1VO

-+

PIE

ZO PIEZO

ATTINY4313

4,7k

+5V +5V(SCK)PB7 19

(MISO)PB6 18

(MOSI)PB5 17

PB4 16

(OCI)PB3 15

PB2 14

(AIN1)PB1 13

(AIN0)PB0 12

(ICP)PD6 11

(T1)PD5 9

(T0)PD4 8

(INT1)PD3 7

(INT0)PD2 6

(TXD)PD1 3

(RXD)PD0 2GND10

VCC20

XTAL15

XTAL24

RESET1

U2

R1

1WIRE

DB7DB5

ERS

RWDB4DB6S1

S2S3

PIEZO

BKL

REL

4,7kBC547

+5V

1N4148R4

PK1

T1

D2

REL

100u 100u

7805T

100n 100n

1N4007 +5V

GND

VCC

C2C4GND

VI1

2

VO 3U1

C1C3

D1 + +

DB7

4,7k

+5V

GND

R2

1WIRE1W

Płytka wyświetlaczaPłytka główna

OU

T

Rys. 1

Podstawowe parametry:• zakres pomiaru i regulacji temperatury

–55°C...+125°C z krokiem 0,1°C• sterowanie dołączonym odbiornikiem

poprzez układ wykonawczy z prze-kaźnikiem

• obciążalność styków przekaźnika 8A/230V

• niezależne ustawianie temperatury załączenia i wyłączenia przekaźnika

• praca w trybie grzania lub w trybie chłodzenia

• komunikacja z użytkownikiem przez wyświetlacz LCD 1x6

• nie wymaga kalibracji• prosta i intuicyjna obsługa• zasilanie: 9...14VDC, 200mA

E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c hCzerwiec 201546

interfejsu. Program dla mikrokontrolera, zarówno w postaci źródłowej, jak i pliki wynikowe, jest umieszczony w Elportalu wśród materiałów dodatkowych do tego numeru EdW.

Do komunikacji z użytkownikiem wykorzystany został wyświetlacz LCD o organizacji znaków 1x6. Jak się okaza-ło w praktyce, do tego typu zastosowań wyświetlacz z tak niewielką liczbą zna-ków sprawdza się idealnie. Komunikacja z nim odbywa się w trybie 4-bitowym. Potencjometr PR1 służy do regulacji kon-trastu wyświetlanych znaków. Rezystor R3 ogranicza prąd płynący przez diody podświetlające. Wyświetlacz wskazuje na bieżąco mierzoną temperaturę, sygnali-zuje tryb pracy termostatu, stan styków przekaźnika oraz umożliwia ustawienie parametrów pracy.

Na potrzeby wprowadzania nastaw i konfiguracji termostat wyposażono w przyciski S1...S3. Brzęczyk piezo pełni funkcję sygnalizatora wciśniętego przy-cisku. Jako układ wykonawczy zastoso-wano przekaźnik typu JQX68F/121ZS (cewka 12 VDC, styki 8 A/230 VAC).

Procesor steruje nim za pomocą tranzystora T1, w którego kolektor jest włączona cewka. Rezy-stor R4 ogranicza prąd płynący przez bazę, natomiast dioda D2 zabezpiecza tranzystor przed uszkodzeniem. Przy sterowaniu obcią-żeniem o znacznej mocy należy zwrócić uwagę na obciążenie styków przekaźnika oraz ście-żek płytki drukowanej. Aby poprawić ich obciążalność, można pocynować ścieżki lub ułożyć na nich i przylutować drut mie-dziany. Przy naprawdę dużych prądach warto zastosować przekaźnik zewnętrzny, którego cewka sterowana będzie przez przekaźnik wbudowany w termostat.

Montaż i uruchomienieUkład można zmontować na dwóch płyt-kach drukowanych, których projekt poka-zany jest na rysunku 2. Montaż układu jest typowy i nie powinien przysporzyć problemów. Wykonujemy go w sposób standardowy, zaczynając od wlutowania w płytkę sterownika oporników i innych elementów o niewielkich rozmiarach,

a kończymy, montując kondensatory elek-trolityczne, przekaźnik oraz złącza śru-bowe. Osoby niedoświadczone powinny poprosić kogoś o pomoc w zaprogramo-waniu procesora albo zdecydować się na zakup gotowego zestawu do samodzielne-go montażu z gotowym, zaprogramowa-nym już układem.

Na płytce wyświetlacza montujemy przyciski oraz sam wyświetlacz, ten ostat-ni należy przylutować bezpośrednio do płytki. Kolejnym etapem jest dołączenie do płytki dedykowanego panelu fron-towego – do pocynowanych pól miedzi należy przylutować śrubki w taki sposób, aby przeszły one przez otwory w płyt-ce wyświetlacza, a następnie przykręcić nakrętki fotografia 1. Żeby całość zmieś-ciła się w obudowie, konieczne będzie

wycięcie w jej wnętrzu wypustów montażowych – fotografia 2.

Tworzywo obudowy jest na tyle miękkie, że można to

zrobić bez większych trudności, używając

Rys. 2

1 162

1314 15 1 2

3 4

1 2

3 4

1 2

3 4

DIS

PLA

Y

CON1

S1

S2

S3

1 2 1 2 1 2

GNDGND W1CCV

C2C4

PR

1U1

C1

C3

U2 CON1

R1

R2

R4R3

D1

PK

1

PIEZO

T1D2

Fot. 1

Fot. 2

Fot. 3

Fot. 4

E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h Czerwiec 2015 47

do tego celu ostrych szczypiec bocznych.

Po zmontowaniu obydwu pły-tek należy połączyć je ze sobą za pomocą kątowej listwy szpi-lek goldpin, widok gotowych, już połączonych płytek umiesz-czonych w obudowie pokazano na fotografii 3. W następnym kroku dołączamy czujnik tem-peratury. Do tego celu należy użyć złącza śrubowego: biały przewód czujnika dołączamy do styku oznaczonego 1W, a czar-ny wraz z czerwonym łączy-my razem i dołączamy do styku oznaczonego GND. Należy pamiętać, aby przewód połą-czeniowy wcześniej przeprowadzić przez tylną ściankę obudowy, gdyby przewód okazał się za krótki, można go przedłużyć, stosując skrętkę komputerową lub lepiej ekranowany przewód audio. Tak połą-czony czujnik działa prawidłowo nawet z przewodem o długości 30m. Również z tyłu obudowy powinien znaleźć się przewód zasilający wraz z gniazdem zasi-lania oraz powinny zostać wyprowadzone styki przekaźnika ze złącza OUT. W roz-wiązaniu modelowym do tego celu wyko-rzystano przykręconą do tylnej ścianki obudowy złączkę elektryczną. Sposób dołączenia czujnika temperatury oraz przykład wykonania tylnej części obudo-wy ilustruje fotografia 4.

Gdy wszystkie połączenia zastaną wykonane, dołączamy zasilanie i regulu-jemy kontrast wyświetlacza za pomocą potencjometru PR1. Po dołączeniu zasi-lania na wyświetlaczu zostanie wyświet-lony komunikat powitalny oraz po chwili aktualnie odczytana wartość tempera-tury. Widok ekranu podczas

pracy termostatu przedstawiono na rysunku 3. Pierwszy znak

wyświetlacza zarezerwowany został dla sygnalizacji trybu pracy termostatu oraz stanu styków przekaźnika. W górnej czę-ści znaku umieszczona została strzałka, skierowana ku górze oznacza, że termostat pracuje w trybie grzania, czyli temperatura załączenia przekaźnika jest niższa niż tem-peratura jego wyłączenia. Strzałka skiero-wana ku dołowi sygnalizuje pracę w trybie chłodzenia (temperatura załączenia wyż-sza od temperatury wyłączenia). W termo-stacie przyjęto następującą zasadę: w try-bie grzania obiekt samoczynnie stygnie, zaś w trybie chłodzenia samoczynnie się ogrzewa. Dolną część znaku zarezerwo-wano dla sygnalizacji stanu styków prze-kaźnika – pozioma kreska w jego dolnej części oznacza wyłączenie przekaźnika, zapełniona połowa znaku jego włączenie. Wszystkie możliwe stany oraz sposób ich prezentacji pokazano w tabeli 1.

ObsługaObsługa urządzenia jest łatwa i intui-cyjna a odbywa się za pomocą trzech przycisków. Przyciskiem S2, opisanym na płycie czołowej jako SET, dokonuje-my wejścia w tryb ustawiania parame-trów pracy termostatu. Po przyciśnięciu tego przycisku będziemy mieli możliwość zmiany wartości temperatury załączenia przekaźnika, oznaczono ją umownie liter-ką „Z” – rysunek 4. Zmiany wartości dokonujemy przyciskami: S1 – dodawa-nie wartości i S3 – odejmowanie wartości. Dłuższe przytrzymanie przycisku urucha-mia funkcję automatycznego powtarza-

nia służącą do szybkiej zmiany wartości. Kolejne naciśnięcie przycisku SET daje możliwość regulacji temperatury „W”, czyli wyłączenia przekaźnika – rysunek 5. Analogicznie jak poprzednio zmian jej wartości dokonujemy przyciskami S1 i S3. Po dokonaniu zmian i naciśnię-ciu przycisku SET termostat przechodzi w tryb normalnej pracy.

Na rysunku 6 pokazany jest wygląd płyty czołowej, której dokumentacja znaj-duje się w Elportalu wśród materiałów dodatkowych do tego numeru.

EB

Rezystory:R1, R2, R4 4,7kR3 100PR1 potencjometr montażowy 5...10kKondensatory:C1, C3 100nFC2, C4 100uF/25VPółprzewodniki:U1 7805U2 ATTINY4313D1 1N4007D2 1N4148DISPLAY wyświetlacz LCD 1x6T1 BC547DS18B20 MOD – 1szt.Pozostałe:S1–S3 mikroswitch 13mmCON listwa kątowa goldpin 1x20PK1 JQX68F/121ZSDISPLAY listwa goldpin 2x14Piezo piezo z generatorem 5VVCC gniazdo DC 2,1/5,5 (przykręcane do obudowy)Złącza ARK2 – 3szt.

Wykaz elementów

Komplet podzespołów z płytką jest do stęp ny w sie ci han dlo wej AVT ja ko kit szkol ny AVT-3131.

tabela 1

TRYB CHŁODZENIA

Z>W

TRYB PRACYSYMBOL

TRYB CHŁODZENIA

Z>W

TRYB GRZANIAZ