Sterownik grzejnika elektrycznego - Cyfronika

46 E l e k t ron i k a d l a Wszys t k i chListopad 2007Listopad 2007

Do czego to służy? Zapewne niektórzy z Czytelników mająw swoich domach starego typu sterowanieogrzewaniem poprzez piec węglowy. Jeśli in-stalacja grzejna była robiona bardzo dawno,nie dawano wówczas na kaloryfery pokrętełsłużących do regulowania ilości ciepła.W pewnych wypadkach było to dobre, bo np.w domku parterowym w każdym z pomiesz-czeń panowały takie same temperatury. Go-rzej, gdy taki system został zamontowanyw domu piętrowym, w którym nie było odpo-wiednio silnej pompy, do piętra dochodziłamniejsza ilość ciepła. Aby rozwiązać ten pro-blem, zbudowane zostało ni-żej opisane urządzenie, do-grzewające pokój w chwi-lach, gdy jest w nim za zim-no. Pozwala ono na indywi-dualne ustawienie temperatu-ry w pokoju, zależnie od porydnia. Można więc je tak na-stawić, aby w nocy w po-mieszczeniu panowała niższatemperatura, rano (gdy wsta-jemy) – wyższa, po wyjściudomowników – znowu niż-sza, a następnie przed ich po-wrotem temperatura może„podskoczyć” np. do pozio-mu 21oC.

Oczywiście w nowychsystemach centralnego ogrze-wania występują sterownikidziałające w sposób wyżejopisany, ale mają one poważ-ną wadę. Mianowicie sterow-niki te przeważnie mierzątemperaturę w jednym po-mieszczeniu, co w „zimnych”pokojach spowoduje, że tem-peratura na pewno będzie niż-

sza, a wtedy należy zastosować tani grzejnikelektryczny wraz z... opisanym sterownikiem.

Używanie regulatora umieszczonego bez-pośrednio na grzejniku elektrycznym nie zapewnia pełni szczęścia. Po zastosowaniuopisanego w artykule regulatora, grzejnikznacznie rzadziej będzie się włączał, a tooznacza znaczne zmniejszenie poboru prądu i w konsekwencji zmniejszenie rachunków.Pieniądze wydane na sterownik zwrócą siębardzo szybko.

Jak to działa? Schemat ideowy pokazany został na rysunku1. Sercem całego urządzenia jest procesor

90S2313 i odpowiedni program (można gościągnąć z Elportalu EdW). Przyciski S1-S4służą do zaprogramowania sterownika. Układma własny zasilacz zbudowany na elemen-tach TR2, M1, C1-C4, U1, D1 i D2. DiodaD1 zapewnia na wyjściu stabilizatora U1 na-pięcie 5,6V, które zostało zmniejszone do 5Vpoprzez diodę D2 po to, aby zasilanie bateryj-ne mogło pracować poprawnie. Elektronicz-ny czujnik temperatury (w tej roli wystąpiłDS18B20) potrafi mierzyć temperaturę z do-kładnością do 0,0625oC. W naszym układziedokładność taka nie jest wymagana i zostałazmniejszona do 1oC, co jest w większościprzypadków wystarczające. Czujnik ten wy-

22 88 44 55

+

+

VC

C20

B5

17

B4

16

B3

15

B2

14

B1

13

B0

12

D6

11

RE

SE

T1

D0

2

D1

3

X2

4

X1

5

D2

6

D3

7

D4

8

D5

9

GN

D10

B7

19

B6

18

U3

AT90S2313

GN

D1

VC

C2

VO

3

RS

4

R/W

5

EN

A6

DO

7

D1

8

D2

9

D3

10

D4

11

D5

12

D6

13

D7

14

LCD

U2

LCD 1x16

C5100n

C6

33p

C7

33p

S2

S3

S4

TR1

MOC3020

TR2

TS2/16V

TR3BT136

R2 1k

R1

220R

M1

MOSTEK 1AMOSTEK 1A

C3

100n

C4

100nC1

100u/25V

C2

100u

VCC

VCC

VCC

R3 4,7k

A1

A2

R4

220R

X1

4MHz

GND2

BAT16V

GND2D3

1N4001D4

1N4001

R5

1k S5

PR110k

D1

1N4001

D2

1N4001

D51N4001

D61N4001

+

IN

GND

OUT

U1

78L05

S1

_

in/o

ut+

U4

DS18B20Rys. 1 Schemat ideowy

SStteerroowwnniikk ggrrzzeejjnniikkaa eelleekkttrryycczznneeggoo

syła dane o aktualnej temperaturzepoprzez łącze 1wire i gdy tempera-tura z czujnika jest mniejsza od ak-tualnie nastawionej, na wyjściu D0procesora 90S2313 pojawi się stanwysoki, powodujący załączenieoptotriaka. On z kolei załączy tria-ka TR3 włączającego grzejnik. Je-śli temperatura w pokoju wyrównasię z temperaturą nastawioną nasterowniku, to na końcówce D0procesora pojawi się stan niski wy-łączający optotriak oraz triak. Spo-woduje to, iż grzejnik przestaniegrzać aż do momentu, gdy tempe-ratura nie spadnie o 1oC.

Czasem jednak będziemy po-trzebować włączyć grzejnik na sta-łe, niezależnie od temperatury pa-nującej w pokoju. Wtedy to naj-prostszym sposobem jest po prostuwłączyć grzejnik bezpośrednio dokontaktu. Jednak, aby się tym niemęczyć, wystarczy posłużyć sięprzełącznikiem S5, który służy dowłączenia grzejnika niezależnie odustawień w programatorze. Wtedytemperaturę w pokoju będzie wy-znaczał termostat umieszczony nagrzejniku (o ile tam jest). Aby usta-wienia zostały zapisywane na czaszaniku napięcia w sieci energetycz-nej, do układu dodane zostały 4 ba-terie R3 (opcja), które zasilają pro-cesor w przypadku zaniku napię-

cia. Aby zmniejszyć pobór prądu, optotriakoraz wyświetlacz zostają wyłączone na czaszasilania z baterii. Podczas zaniku napięciaw sieci układ pobiera kilkanaście mA prądu,co przy zastosowaniu 4 baterii R3 powinnowystarczyć na kilka, kilkanaście godzin pra-cy.

Zastosowany wyświetlacz to popularny i chyba najtańszy 1x16. Mimo iż ma tylko 16pól do odczytu, spokojnie wystarcza do tegoukładu. W czasie działania jest na nim wy-świetlana aktualna godzina oraz temperaturapanująca w pokoju.

Montaż i uruchomieniePokazana na rysunku 2 płytka drukowanazostała zaprojektowana pod obudowę Z58.Montaż wykonujemy w sposób typowy, za-czynając od rezystorów i diod, a na transfor-matorze i triaku kończąc. Do triaka należyprzykręcić odpowiedniej wielkości radiator,uważając, aby się nie stykał z innymi elemen-tami na płytce (głównie z rezystorami R1i R4). Radiator musi być jak największy, po-nieważ poprzez triak przepływa prąd co naj-mniej 4,5A (przy grzałce 1000W), a grzejnikimają nieraz 2000-2200W – prąd płynącyprzez triak jest wtedy na poziomie 10A. Wy-świetlacz, czujnik temperatury oraz przyciskiS1-S4 i przełącznik S5 montujemy na tasiem-ce z przewodami, ponieważ elementy te będąprzymocowane do wieczka obudowy (oczy-wiście po wcześniejszym wywierceniu pod teelementy otworów).

47E l e k t ron i k a d l a Wszys t k i ch Listopad 2007Listopad 2007

Rys. 2 Schemat montażowyWykaz elementówRezystoryR1,R4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220ΩR2,R5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1kΩR3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4,7kΩPR1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10kΩKondensatoryC1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100µF/25VC2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100µF/16VC3,C4,C5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nFC6,C7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33pFPółprzewodnikiD1-D6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4001M1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .mostek 1ATR1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .optotriak np. MOC3020TR3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .triak 16A np. BT136U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78L05U2 . . . . . . . . . . . . . . . .wyświetlacz LCD 1x16 znakówU3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .AT90S2313U4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .DS18B20PozostałeX1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .rezonator kwarcowy 4MHzS1-S4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .mikroswitcheS5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .przełącznik 2-pozycyjnyTR2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .transformator TS2/16 Obudowa Z-58Koszyk baterii

Komplet podzespołów z płytką jest dostępnyw sieci handlowej AVT jako kit szkolny AVT-2845

48 E l e k t ron i k a d l a Wszys t k i chListopad 2007Listopad 2007

Raczej nie należy montować gniazd A1, A2(ARK2), lecz kable zasilające trzeba przylu-tować bezpośrednio do płytki, tak będzie bez-pieczniej. Na kablu podłączonym do A1 nale-ży zamontować wtyczkę zasilającą, a na kablupodłączonym do A2 gniazdo. Po poprawnymmontażu i podłączeniu wtyczki na wyświetla-czu powinna pojawić się godzina (00:00) orazaktualna temperatura panująca w pokoju. Jeślitak się stało, to przechodzimy do programo-wania, a jeśli nie – to trzeba znaleźć błądw układzie i go wyeliminować.

ProgramowaniesterownikaNajpierw wyłączamy zasilanie sterownika, następnie naciskamy przycisk S3 i włączamy

zasilanie z wciśniętym przyciskiem. Na pierw-szej pozycji wyświetlacza powinna ukazać sięcyfra „1”. Przyciskami S1 i S2 ustawiamy go-dzinę, od której temperatura w pokoju ma wy-nosić dokładnie tyle, ile ustawimy przyci-skiem S4. Następnie zatwierdzamy to działa-nie przyciskiem OK. (S3). Na pierwszej pozy-cji wyświetlacza powinna pojawić się „2” ipostępujemy podobnie, czyli przyciskiem S1programujemy kolejną godzinę zadziałaniaukładu i naciskamy OK (S3). Potem ustawia-my kolejny (już ostatni) programowany czasi temperaturę. Po ponownym naciśnięciu przy-cisku OK (S3) na pierwszej pozycji powinnaukazać się „4”, wtedy nastawiamy aktualnągodzinę oraz temperaturę, która ma panowaćw tym czasie w pokoju. Naciskamy przyciskS3 i na wyświetlaczu powinna ukazać się go-

dzina i aktualna temperatura w pokoju.

Rafał Kuchta

Uwaga! Podczas użytkowania urzą-dzenia w jego obwodach występują na-pięcia groźne dla życia i zdrowia. Osobyniedoświadczone i niepełnoletnie mogąwykonać je wyłącznie pod kierunkiemwykwalifikowanego opiekuna, na przy-kład nauczyciela.