Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы
Термометр Дом-улица
Этот цифровой прибор имеет два переключаемых датчика и позволяет поочередно контролировать температуру воздуха в помещении и за его пределами. Крупные яркие светодиодные индикаторы дают возможность пользователю получать информацию о температуре как днем, так и ночью.
Прибор (рис. 1) выполнен на базе аналого-цифрового преобразователя (АЦП) КР572ПВ2А - DD3 [1]. Датчики температуры - специально предназначенные для этой цели микросхемы К1019ЕМ1 - DA1. DA2 (2). Эти микросхемы могут рассматриваться как стабилитроны с малым дифференциальным сопротивлением (менее 1 Ом) и напряжением стабилизации, пропорциональным абсолютной температуре. Рабочий ток через них (около 1 мА) определяется резисторами R1 и R2.
(нажмите для увеличения)
Датчики выбираются ключами на элементах DD2.1 и DD2.3. которыми управляют мультивибратор на микросхеме DDI и переключатель SA1. В положении "П" (помещение) этого переключателя на входе элемента DD1. 1 присутствует низкий логический уровень, на выходе элемента DD1.3 - высокий. Последний открывает ключ DD2.3, и на вход 31 АЦП DD3 поступает сигнал с установленного в корпусе термометра датчика DA2. В этом случае термометр индицирует температуру внутри помещения.
Высокий логический уровень с выхода элемента DD 1.3 открывает также ключ DD2.4 и напряжение, поступающее на выв. 2 и 6 индикатора HG1, зажигает его сегменты а и е Вместе с постоянно включенными сегментами b, с и f они высвечивают на индикаторе букву ТТ.
Если переключатель SAJ находится в положении "У" (улица), открыты ключи на элементах DD2.1. DD2.2 и напряжение на АЦП подается с датчика DA 1. установленного на улице. На индикаторе HG1 высвечивается при этом буква "У".
В среднем положении переключателя SA1 работает мультивибратор DDI и к входу 31 ЛЦП поочередно на 2...3 с подключаются датчики DA1 и DA2. Синхронно с их подключением на индикаторе HG1 высвечиваются буквы "У" и "П".
Чтобы при температуре О С показания термометра были нулевыми, на вход АЦП следует подать сигнал, уровень которого был бы равен разности напряжения на датчике и образцового напряжения 2,732 В [2]. Это напряжение должно поддерживаться с высокой стабильностью, а температурный коэффициент напряжения (ТКН) встроенного в микросхему КР572ПВ2А источника слишком велик. По этой причине в описываемом приборе в качестве источника образцового напряжения используется микросхема DA5 КР142ЕН19 [3]. обладающая весьма малым ТКН.
Эта микросхема выполняет функции регулируемого прецизионного стабили трона. Необходимое напряжение 2.732 В устанавливается подстроечным резистором R10, а рабочий ток через микросхему и делитель R10R 11 (около 6 мА) задается резистором R12.
Измеряемой температуре 100°С соответствует напряжение между входами +Uuk, (выв. 31) и -Uuu. (выв. 30) АЦП DD3. равное 1 В. А чтобы на индикаторах HG2 - HG5 высвечивались при этом знаки 100.0 на входы +Uобр (выв. 36) и -Uобр (выв. 35) АЦП DD3 необходимо подать образцовое напряжение 1 В. Оно снимается с движка подстроечного резистора R14.
Частота работы генератора АЦП 50 кГц выбрана из стандартного ряда [ 1] и задана элементами С12 и R16. Номиналы элементов интегратора R17 и С13 и конденсатора автокоррекции нуля С14 соответствуют приведенной частоте генератора и величине образцового напряжения 1 В. Конденсаторы С1 и С2 защищают датчики от наводок, а С4 исключает генерацию внутреннего источника опорного напряжения -2.9 В.
Для указания знака измеряемой температуры (а при необходимости и первой ее цифры "1") установлен индикатор HG2. Через его горизонтальный элемент с постоянно течет ток. заданный резистором R18. В результате этот элемент светится и формирует знак Полярность напряжения, поступающего на входы +Uвх и -Uвх АЦП. противоположна обычной, поэтому при плюсовой температуре на выходе 9 первого разряда АЦП присутствует низкий логический уровень, включающий дополнительно два вертикальных элемента d и е индикатора HG2. которые и формируют знак "+". Цифра "1" включается на индикаторе HG2 лишь тогда, когда измеряемая температура равна или превышает 100°С.
Напряжение питания всего прибора (-9 В) стабилизировано стабилизатором на микросхеме DA4 (4). Для питания индикаторов HG1 - HG5 используется напряжение -5 В. сформированное стабилизатором DA3. На рис. 1 указаны напряжения относительно верхнего по схеме провода питания.
Все детали устройства, кроме датчика DA1, переключателя SA1 и трансформатора литания (на схеме не показан) установлены на односторонней печатной плате размерами 85x105 мм из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм (рис. 2). Штриховыми линиями показаны навесные проводники, их можно выполнить и в виде печатных дорожек на второй стороне платы.
При монтаже в основном использованы резисторы МТ и МЛТ. РИЗ. R15 - С2-29В, но и их можно подобрать из числа МТ или МЛТ с погрешностью 1...2 %. В качестве оксидных конденсаторов применены малогабаритные зарубежные аналоги отечественных К50-35; С5, С13, С14 - К73-17, остальные - КМ-5 и КМ-6. Подстроечные резисторы - СПЗ-19а. Переключатель SA1 - малогабаритный тумблер со средним положением ПТ23-2Б. Микросхему К1019ЕМ1 (DA1, DA2) можно заменить на LM335. а КР142ЕН19 (DA5) - на TL431 или LM431. Микросхемы DA3 и DA4 - любые интегральные стабилизаторы на напряжения соответственно -5 В (например, КР1162ЕН5Б. КР1179ЕН5 или импортные - 79М05.7905 с любыми префиксами и суффиксами) и -9 В (например, КР1168СН9. КР1162ЕН9А, КР1162ЕН9Б, КР1179ЕН9,79L05,79М09.7909 [4]). Микросхема DA3 установлена на ребристый теплоотвод размерами 25x25x10 мм.
Индикаторы - импортные с высотой знаков 20 мм и большой яркостью свечения при токе через элемент 5 мА - именно такой ток обеспечивает микросхема КР572ПВ5А. В качестве HG1, HG3 - HG5 подойдут индикаторы HDSP-3901 фирмы Хьюлетт-Паккард, единообразные по оформлению с HD3P-3906 (HG2). Можно также применить и любые индикаторы с общим анодом и достаточной яркостью свечения при указанном токе. Из отечественных - это индикаторы красного свечения с высотой знаков не более 7.5 мм - АЛ305А-АЛ305Г, АЛ309А- АЛ309Е. АЛC312А, АЛC312Б, АЛC324А. АЛC324Б. На место HG2 допустимо установить индикатор АЛC326А. При отсутствии специализированного индикатора для указания знака температуры и пер-.вой цифры "±1" можно использовать обычный семиэлементный индикатор. В этом случае знак "+" не индицируют, а для знакаиспользуют элементу индикатора. Подключение входов +Uвх и - Uвх микросхемы 003 (выводы 31 и 30) к остальной части устройства надо будет поменять местами.
Плата помещена в корпус, склеенный из органического стекла, передняя стенка - цветная прозрачная. В верхней и нижней стенках просверлено максимально возможное число вентиляционных отверстий диаметром 6 мм.
Датчик DA1 подключен к термометру экранированным проводом (экран должен быть соединен с плюсовым выводом кон денсатора С1) длиной до 5 м. Его необходимо загерметизировать эпоксидной смолой, поместив в отрезок металлической трубки, и установить на северной наружной стороне дома под свесом крыши так, чтобы на него не попадали прямые солнечные лучи.
В качестве трансформатора питания использован сетевой адаптер RW900 [5], из которого удалены все лишние элементы. Последовательно с первичной обмоткой трансформатора включен резистор МЛТ-2 сопротивлением 1 кОм. Его сопротивление уточняют с тем. чтобы напряжение на конденсаторе С9 составляло 20...22 В. Можно также использовать любой трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 7,5...8 В при токе 150 мА.
Регулировка термомефа несложна. Поместив датчик DA1 в тающий снег или лед (но не в воду со льдом), подстроечным резистором R10 нужно добиться нулевых показаний на индикаторах при установке переключателя SA1 в положение "У". Далее датчик опускают в воду, нагретую до 30...40Х. температура воды должна при этом контролироваться точным термометром. Затем подстроечным резистором R14 необходимо установить соответствующие показания на индикаторах.
В заключение следует перевести переключатель SA1 в положение "П", рядом с настраиваемым термометром в корпусе на стену помещения повесить образцовый термометр и спустя 20...30 мин подстроечным резистором R3 добиться равенства их показаний.
Диапазон измеряемых температур -40...+40°С, точность в основном определяется калибровкой, максимально достижимое значение порядка ±0,2°С.
Литература
Автор: С.Бирюков, г.Москва
- Автор: Super User
Миниатюрный симисторный регулятор напряжения
Выпускаемые в настоящее время микросхемы тринисторных и симисторных фазоимпульсных регуляторов действующего значения напряжения позволяют создавать компактные и удобные устройства. Наиболее предпочтительны для этих целей симис-торные микросхемы, поскольку диодный мост в тринисторных регуляторах рассеивает значительную мощность, что для компактных конструкций крайне нежелательно из-за ограниченных возможностей охлаждения.
В предлагаемой статье описан малогабаритный регулятор напряжения, выполненный на симисторной микросхеме.
Это устройство собрано на специализированной микросхеме ГРН-1-220, которая представляет собой симисторный фазоимпульсный регулятор напряжения. Его можно разместить непосредственно в сетевой вилке нагрузки, например паяльника. Правда, на практике удобнее пользоваться устройством в виде вилки-переходника с розеткой для подключения нагрузки. Внешний вид регулятора показан на рис.1.
Основные параметры микросхемы
- Предельно допустимое напряжение (амплитудное значение), В......400
- Номинальное напряжение сети. В......220
- Ток нагрузки, не более, А......2
- Интервал регулирования эффективного напряжения, % .....0...97
- Мощность нагрузки, Вт микросхема без теплоотвода......250
- микросхема установлена на теплоотвод......400
- Интервал рабочих температур,°С......-40...+70
С учетом ограниченных условий охлаждения в малогабаритной конструкции мощность нагрузки предлагаемого устройства не должна превышать 100 Вт.
Регулятор выполнен по типовой схеме завода-изготовителя, которая приведена на рис. 2. При указанном на схеме сопротивлении переменного резистора R1 обеспечивается паспортный интервал регулирования напряжения.
Из опыта практической работы известно, что в большинстве случаев для паяльников оптимальное рабочее напряжение - около 150... 160 В. Поэтому целесообразно ограничить пределы изменения напряжения примерно от 100 до 200...210 В с тем, чтобы сделать регулировку напряжения более плавной. Кроме того, могут возникнуть сложности с приобретением переменного резистора нужного номинала. Решить эти вопросы возможно путем установки дополнительных резисторов, которые показаны на рис. 2 штриховой линией. Если интервал регулирования окажется больше требуемого, следует установить дополнительный резистор R2, сопротивление которого подбирают при налаживании, а если меньше -резистор R3.
Подборку целесообразно выполнить до монтажа устройства. Следует напомнить, что проводить измерения лучше вольтметром электромагнитной или тепловой системы, поскольку только они измеряют действующее значение напряжения. В крайнем случае настройку можно провести, используя в качестве индикатора обычную лампу накаливания.
Переменный резистор R1 - СП-0.4, СПЗ-9а или другой малогабаритный. Он должен быть обязательно с линейной характеристикой регулирования (группа А). Заметим, ч го при подключении дополнительного параллельного резистора R2 линейность регулирования несколько нарушается, но существенного значения это не имеет. Дополнительные резисторы также должны быть малогабаритными, например МЛТ-0,125.
Для установки в вилку микросхему нужно несколько доработать с учетом особенностей ее конструкции: микросхема собрана на подложке из тонкого стеклотекстолита. Ее выводы - продолжение токопроводящих дорожек, при изгибе они легко ломаются и обращаться с ними необходимо очень аккуратно. С целью усиления конструкции изогнутые выводы микросхемы припаивают к печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 0,5...0,8 мм, чертеж которой приведен на рис. 3.
Плату целесообразно приклеить к основанию микросхемы с помощью клея-расплава.
Основа конструкции - сетевая вилка с "заземлением". Для размещения деталей регулятора ее придется несколько доработать: просверлить в крышке отверстия для установки двухполюсной розетки, удалить "лишнюю" пластмассу в корпусе и на крышке вилки. По окончании монтажа переменный резистор "утапливают" в корпус и заливают клеем-расплавом.
Автор: Д.Турчинский, г.Москва
- Автор: Super User
Многопрограммный таймер-часы-термометр
В статье описывается универсальный цифровой прибор на базе PIC-контроллера, который может выполнять функции многопрограммного таймера, способного управлять четырьмя нагрузками, часов, будильника, широкодиапазонного термометра и терморегулятора, обеспечивающего как нагрев, так и охлаждение контролируемого объекта.
Универсальное цифровое устройство, схема которого изображена на рис. 1, имеет следующие технические характеристики:
- одновременный или раздельный запуск до девяти программных таймеров;
- функция часов и будильника;
- подача звуковых и световых сигналов при срабатывании любого из таймеров или будильника;
- возможность выдачи до четырех сигналов, управляющих внешними устройствами;
- функция термометра (измеряемая температура - от -43 до +470 °С, средняя погрешность - не более ±2 °С);
- функция терморегулятора (поддерживаемая температура - от -43 до +470 °С) с возможностью выбора режима работы (нагрев или охлаждение).
(нажмите для увеличения)
Управляют прибором с помощью 16-кнопочной клавиатуры. Предусмотрено включение и выключение подзвучивания нажатия кнопок, настройка подачи звуковых, световых и управляющих сигналов, возможность индивидуальной настройки прибора под конкретное применение путем изменения управляющей программы МК. Имеется резервное питание от встроенной аккумуляторной батареи. Все установленные при работе с прибором параметры сохраняются даже при отключении резервного питания в течение более 40 лет.
Как видно из схемы, основа устройства - PIC-контроллер DD1. Регистр сдвига DD2 и дешифратор DD3 предназначены для организации динамической индикации, принцип которой заключается в следующем. Вначале на дешифратор DD3 подается код 1111, в результате чего на всех его выходах устанавливаются уровни лог. 1 и ни один из разрядов индикатора HG1 не светится. Далее в регистр DD2 заносится код необходимого символа, после чего на DD3 подается код, соответствующий нужному разряду индикатора.
Одновременно с обновлением данных для индикатора осуществляется сканирование клавиатуры, 16 кнопок которой разделены на две группы - по восемь в каждой. Общие выводы кнопок этих групп подключены к двум входам МК (RB0 и RB1). При нажатии какой-либо кнопки на один из этих входов подается сигнал лог. 0 с соответствующего выхода дешифратора DD3, тем самым определяя ее код.
С помощью клавиатуры можно запускать/останавливать любой из программных таймеров или все одновременно, устанавливать режим работы терморегулятора, текущее время, время будильника и т. д. Большинство кнопок имеют двойное назначение, зависящее от того, какую информацию пользователь вводит с клавиатуры: числовую или управляющую.
Рассмотрим назначение кнопок клавиатуры более подробно.
"О", "Clock" - цифра 0 при вводе числовой информации или переключение в режим часов, в котором можно изменить текущее время, установить время включения будильника, включить режим сигнализации наступления нового часа, отредактировать коэффициент коррекции времени (см. далее).
"1" - "9" - цифры 1 - 9 при вводе числовой информации или выбор соответствующего программного таймера.
"Term" - переход в режим терморегулятора, где можно задать текущее значение температуры, отредактировать значение регулируемой температуры, тип регулирования (нагрев или охлаждение) и параметры терморезистора.
"Del" - знак "минус" при вводе значения регулируемой температуры, включение/выключение терморегулятора, термометра, будильника или часов (при выключении вместо соответствующих показаний отображаются знаки ---), обнуление при вводе числовых данных.
"Set" - переход/выход в режим изменения значения какого-либо параметра (программного таймера, текущего времени, будильника, термометра, терморегулятора, настроек).
"Options" - переход в режим изменения настроек. Здесь можно включить/выключить подзвучивание кнопок, режим приветствия, выбрать источники выдачи управляющих сигналов и т. п.
"Select" - запуск/остановка текущего программного таймера, если его значение выдержки времени отлично от 0.
"АН" - запуск/остановка всех программных таймеров, значение выдержки времени которых отлично от 0.
Устройство способно выдавать четыре управляющих сигнала, каждый из которых может использоваться по усмотрению пользователя. Есть возможность задавать источник выдачи этих сигналов:
- сигнал будет активным (иметь уровень лог. 1) при работе одного из таймеров, номер которого задается пользователем;
- то же, при работе любого числа таймеров, а неактивным - после окончания выдержки всех таймеров;
- сигнал будет активным при срабатывании терморегулятора.
В устройстве используется двухцветный светодиод HL1, который мигает красным цветом, если при запуске одного или более таймеров хотя бы один управляющий сигнал стал активным, и зеленым цветом, если активных сигналов нет.
По окончании выдержки времени любого из запущенных таймеров индикатор HG1 начинает мигать, а пьезоизлучатель НА1 со встроенным прерывателем подает звуковые сигналы. Это продолжается до тех пор, пока пользователь не нажмет любую кнопку на клавиатуре или не пройдет определенное время, значение которого хранится в памяти МК и может изменяться при его программировании. Звуковой сигнал, выдаваемый при срабатывании таймера, определяется двумя параметрами: продолжительностью звучания и числом звуковых пачек.
При срабатывании будильника также подаются звуковые сигналы, но мигать начинают только два крайних левых символа индикатора - А и L (от англ. ALARM - будильник). Звуковой сигнал будильника также описывается двумя параметрами, хранящимися в памяти МК.
В зависимости от примененного кварцевого резонатора точность хода часов получается различной, поэтому в данном устройстве реализована программная коррекция времени. Коэффициент коррекции задается пользователем с клавиатуры и также хранится в памяти МК. Фактически он представляет собой число микросекунд, которое добавляется к периодам колебаний, генерируемых внутренним таймером МК - в нашем случае 1,92 мс. С помощью коэффициента коррекции добиваются, чтобы это время стало равным 2 мс (период времени 1 с регистрируется после каждых 500 таких периодов).
Температура измеряется путем измерения падения напряжения на терморезисторе RK1. Его сопротивление в зависимости от температуры определяется следующей формулой:
где R0 - константа, имеющая размерность сопротивления; В - константа, имеющая размерность температуры; Т - абсолютная температура. Таким образом, эту зависимость нужно привести к линейной. Известен способ линеаризации с помощью терморезисторного моста, но такой подход неудобен тем, что при замене терморезистора приходится изменять параметры и самого моста, что не так просто.
Более удобно было бы получить значение температуры без всяких линеаризации, но для этого нужно вычислить значение следующего выражения:
где Rд - сопротивление дополнительного резистора; N - 10-разрядный двоичный код, полученный после аналого-цифрового преобразования; Un - напряжение питания.
В описываемом приборе это выражение вычисляется управляющей программой МК, и результат выводится на индикатор. Следует отметить, что указанный выше интервал измеряемых и регулируемых температур (-43... +470 °С) можно как угодно растянуть, сжать или сдвинуть. Указанный интервал был выбран потому, что в нем погрешность измерения температуры не превышает ±2 °С. При этом сопротивление добавочного резистора R17 равно 300 Ом. Для уменьшения погрешности его можно увеличить, однако в результате изменятся границы интервала температур. Для удобства расчетов можно использовать документ term (10 bit).mcd для системы MathCAD 2001, который по заданным параметрам терморезистора RK1, резистора R17 и требуемой погрешности вычисляет интервал измеряемых температур.
Для того чтобы при выключении основного питания ход часов реального времени не сбивался, в приборе предусмотрен узел резервного питания МК. Он состоит из аккумуляторной батареи GB1 напряжением 3,6 В, резистора R16 и диодов VD2, VD3. При включении основного питания диод VD3 закрывается, а аккумулятор GB1 заряжается через резистор R16. При отключении основного питания напряжение аккумулятора поступает через диод VD3 только на МК (подаче напряжения на остальные элементы устройства препятствует диод VD2). МК определяет факт отключения питания, так как он постоянно следит за уровнем напряжения на выводе RB2. И когда он становится равным лог. 0, МК перестает осуществлять регенерацию индикатора и опрос клавиатуры, останавливает все запущенные программные таймеры, прекращает измерять и регулировать температуру и переходит в режим часов. Кроме того, если во время работы с прибором были изменены настройки, то после отключения питания кратковременно мигнет красный светодиод, если же настройки не изменились - зеленый. Если устройством предполагается не пользоваться продолжительное время (неделя и больше), то для исключения полной разрядки аккумулятора можно отключить резервное питание с помощью перемычки S1.
МК постоянно следит за состоянием контактов кнопок на клавиатуре, и если в течение заданного времени не было ни одного нажатия, а также не был запущен ни один программный таймер, он автоматически переходит в режим часов.
Управляющая программа МК написана на языке Си, поэтому она с легкостью может использовать любые типы данных, в том числе и вещественные. Программа разрабатывалась в системе программирования HT-PIC С (ее можно "скачать" с сайта <www.htsoft.com>). Для отладки использовался простейший внутрисхемный эмулятор, который представляет собой набор контактов, соединяющих линии параллельного порта компьютера с розеткой под МК на основной плате. Соответствие выводов параллельного порта компьютера гнездам розетки МК на плате таймера приведено в табл. 1. Для управления эмулятором управляющая программа МК компилировалась с небольшими изменениями в среде программирования Borland С++ 3.1.
К сожалению, работа подобного эмулятора происходит в масштабе времени, отличном от реального, но тем не менее без подобного устройства было бы практически невозможно отладить такую сложную программу. Без применения эмулятора было реализовано только аналого-цифровое преобразование, описание которого применительно к данному МК можно найти на сайте <www.microchip.ru> (документ DS30292C - "Модуль 10-разрядного АЦП в микроконтроллерах PIC16F87x").
Кратко рассмотрим основные моменты работы управляющей программы МК. Она написана с использованием методологии структурного программирования, вследствие чего имеет большое число подпрограмм. После включения питания МК настраивает порты ввода/вывода, АЦП и внутренний таймер. Затем начинает выполняться основной цикл, который является бесконечным. В нем, как уже говорилось, постоянно проверяется наличие основного напряжения питания, и в случае его отключения МК перестает выполнять все функции, кроме отсчета времени. При включении основного питания он выводит заставку и снова переходит в рабочий режим.
Информация, которая должна отображаться на индикаторе в текущий момент, хранится в массиве d. В процессе регенерации индикатора МК переписывает его содержимое в промежуточный массив, а уже из него последовательно читает коды выводимых символов и отображает их на индикаторе. Дополнительный массив введен для того, чтобы исключить мерцание индикатора, возникающее в результате записи в массив d новой информации до того, как старая еще не полностью отображена. Для примера допустим, что вначале массив d содержал строку "ABCDEFHLP", а при отображении четвертого символа ("D") в массив занесена строка "FDA 2002". Тогда пользователь прибора из-за инерционности человеческого зрения в некоторый момент времени увидит строку "ABC 2002". Кроме того, если подобные процессы будут повторяться постоянно (а это так и будет при реальной работе), у человека сложится впечатление, что информация на индикаторе мерцает.
Как отмечалось, одновременно с обновлением индикатора производится сканирование клавиатуры. При нажатии любой кнопки вызывается подпрограмма подавления "дребезга" контактов, которая осуществляет задержку в несколько миллисекунд (значение этого времени хранится в памяти МК), в течение которой прибор на дальнейшие нажатия кнопок не реагирует.
Следует также отметить, что время выдержки программных таймеров, часов и будильника задается в секундах (счетчик часов обнуляется при достижении значения 24 х 60 х 60 = 86400), а перед выводом на индикатор преобразуется в формат Ч : ММ : СС для таймеров или в формат ЧЧ : ММ для часов и будильника. Выполняется это с помощью следующих формул:
С = время mod 60.
Здесь операция ][ означает отбрасывание дробной части, т. е. деление является целочисленным.
Полученные значения часов, минут и секунд пока еще не пригодны для непосредственного вывода на индикатор, так как представлены в двоичном коде. Чтобы выделить старший и младший десятичные разряды, необходимо над каждым значением провести еще две операции:
младший разряд = значение mod 10.
Рассмотрим пример. Пусть необходимо вывести на индикатор значение 8673 с в формате Ч : ММ : СС. Получаем
С = 8673 mod 60 = 33.
Таким образом, на индикатор будет выведено 2 : 24 : 33
Из приведенных примеров видно, как много операций нужно выполнить только для организации вывода на индикатор. Реализовать подобную математику на языке ассемблера было бы практически невозможно. На языке же Си это реализуется всего несколькими строчками, при этом, благодаря высокому уровню оптимизации, программный код получается довольно компактным и быстрым. Но самое главное - программист при этом может сосредоточить основное свое внимание на алгоритме программы, абстрагируясь от специфических особенностей архитектуры применяемого МК. Все это способствует легкому переносу программы с одного МК на другой.
Исходный текст программы МК и коды "прошивки" в формате Intel HEX находятся по указанному выше адресу в Интернете.
Для программирования МК автор использовал программатор, собранный по схеме, изображенной на рис. 2, и программное обеспечение PonyProg2000, последнюю версию которого можно "скачать" с сайта <www.lancos.com>. Основное отличие программатора от описанного в [1] заключается в добавлении еще одного транзистора (VT3) в цепь формирования сигнала синхронизации, что повышает надежность программирования за счет полного устранения отрицательного напряжения на выводах МК.
Описываемое устройство допускает программирование МК на плате, т. е. поддерживает технологию ICSP (In-Circuit Serial Programming - внутрисхемное последовательное программирование). Для этого его соединяют пятью проводами с программатором через разъем Х1 следующим образом: 7 - общий; 5,6 - 5 В; 2 - SDA; 3 - SCL; 1 - Uprog.
Возможно использование и других программаторов, в том числе поддерживающих низковольтное программирование. В последнем случае нужно дополнительно соединить соответствующий контакт программатора с контактом 4 разъема Х1.
Чертеж печатной платы прибора изображен на рис. 3, клавиатуры - на рис. 4.
(нажмите для увеличения)
На плате таймера имеются семь отверстий, в которые до монтажа деталей вставляют отрезки луженого провода и припаивают их к печатным проводникам обеих сторон платы. Функцию перемычек выполняют и выводы некоторых деталей. Отверстия, через которые осуществляются подобные соединения печатных проводников, выделены на рис. 3 четырьмя крестообразно расположенными точками.
Исходные файлы проекта и библиотека используемых компонентов для САПР Accel EDA 15.0 находятся на указанном выше сайте.
В устройстве применены постоянные резисторы и конденсаторы для поверхностного монтажа. Исключение - оксидные конденсаторы С6, С7 (К50-35). МК PIC16F876 может иметь любые максимальную рабочую частоту и температурный диапазон, главное, чтобы он был в корпусе DIP (имел суффикс SP). Пьезоизлучатель НРМ14АХ можно заменить узлом, выполненным на трех элементах микросхемы КР1533ЛАЗ и пьезоизлучателе ЗП-18 [2]. Терморезистор RK1 - ММТ- 4 с номинальным сопротивлением 15 кОм (R0 = 0,294 Ом, В = 3176 К).
В качестве разъемов Х1 - ХЗ применены разрезные колодки с прямыми штырями, которые применяются в компьютерной технике: для Х1 используется колодка с двухрядным расположением штырей, а для Х2 и ХЗ - с однорядным. Восьмой контакт вилки ХР1 и третий вилки ХР2 удалены, а в соответствующие гнезда ответных частей разъемов вставлены заглушки - отрезки толстой рыболовной лески. Эта мера не позволит неправильно состыковать разъемы. Розетка разъема Х2 изготовлена из 20-гнездной панели под микросхему в корпусе DIP (используется одна ее часть, имеющая 10 контактов). Кнопки SB1-SB16 - TS-A3PS-130.
Содержимое ЭСППЗУ МК, которое можно изменять с целью задания других параметров работы, представлено в табл. 2.
(нажмите для увеличения)
В столбце "Параметр" указано название параметра, которое высвечивается на индикаторе. Если в этом столбце стоит прочерк, то данный параметр можно изменить только при программировании МК.
Литература
Автор: Д.Фролов, г.Рязань
- Автор: Super User
Поддержание температуры теплоносителя
Теплоноситель - это вода с высокой температурой (не ниже 56°С), которая используется в теплосетях для нагрева помещений, а также расходуется в квартирах и коттеджах на бытовые нужды. Отсутствие горячей воды вынуждает нагревать ее на бытовых электрических и газовых плитах, что создает определенные неудобства, вызывает перерасход газа и электричества, нарушение техники безопасности. В некоторых случаях можно подогревать воду в простых емкостях (котлах), установив в них электронагреватель. При достижении заданной температуры воды в емкости требуется оперативное отключение нагревателя, чтобы вода не закипела и не разорвала котел.
Классический водоподогреватель выполнен по простой схеме: выключатель электросети и ТЭН. В лучшем случае, к ним добавлены датчик давления и датчик (регулятор) температуры. Датчик давления защищает котел от повышенного давления воды, а датчик температуры срабатывает от повышения температуры выше заданного предела.
В качестве регулятора температуры подогревателя часто используется биметаллический, который мало чем отличается от регулятора утюга. При достижении заданной температуры воды датчик размыкает цепь питания нагревателя, температура воды естественным путем или в результате потребления и добавления холодной снижается, и контакты регулятора вновь замыкаются, включая подогрев. Простота такой схемы часто приводит к сбоям в работе подогревателя из-за подгорания контактов регулятора, которые коммутируют большие токи.
Для повышения надежности системы предлагаю использовать электронный регулятор температуры (рис.1). Он позволяет установить желаемую температуру теплоносителя и поддерживать ее в автоматическом режиме.
Все датчики находятся в низковольтной цепи и гальванически развязаны от сети оптопарами и силовым трансформатором. Устройство состоит из:
- датчика температуры (терморезистора) RK1 для контроля и поддержания температуры воды;
- оптронного усилителя линейного сигнала VU1, который позволяет повысить чувствительность входной цепи;
- аналогового программируемого таймера на микросхеме DA1;
- усилителя мощности на транзисторе VT1;
- оптопары VU2 гальванической развязки цепей управления и цепей питания подогревателя;
- управляющего ключа на симисторe VS1;
- цепей питания на трансформаторе Т1 и диодном мосте VD3.
Оптоэлектронные устройства обеспечивают гальваническую развязку входных и выходных цепей. В схеме используются два типа оптронов: VU1 - диодно-транзисторная оптопара и VU2 - диодно-тиристорная. Оптопары имеют большой коэффициент усиления по току, что позволяет обойтись без дополнительных цепей усиления на входе таймера и в цепях управления симистором.
Чувствительность терморезистора (изменение сопротивления с температурой) при использовании оптопары возрастает с 2...5%/°С до 12...15%/°С. Диодно-трэнзисторная оптопара VU1 работает а линейном режиме. Изменение излучения ее светодиода изменяет сопротивление коллектор-эммитер внутреннего транзистора VU1. который входит во времязадающую цепь таймера DA1. Соответственно меняется время заряда конденсатора С2 внешней цепи таймера.
Регулирование и установка температуры выполняются переменными резисторами R1 и R7. что позволяет поддерживать любые значения температуры теп поносителя. Резистором R1 выставляется температура нагрева, R7 - мощность нагревателя. Начальная температура воды оказывает влияние на сопротивление терморезистора и, соответственно, на длительность положительного импульса на выходе таймера. При низкой температуре теплоносителя длительность импульса на выходе максимальна. Применение интегрального таймера позволяет довольно просто выполнить генератор импульсов. Для работы микросхемы в режиме автогенератора выводы 2 и 6 соединяются между собой и подключаются к конденсатору С2. В установившемся режиме интервал Tj, в течение которого на выходе таймера действует высокий уровень, определяется соотношением T1=0l69(RVUi+R3)C2. Когда внутренний транзистор микросхемы открывается, конденсатор С2 разряжается через резисторы R4 и R5, формируя второй временной интервал Т2 с низким уровнем на выходе DA1. Его длительность определяется по формуле: T2=0,69(R4+R5) C2. Значение Т2 не меняется от температуры. Общее время импульса Т составляет Т=Т,+Т2.
Скважность Q импульсов (Q=T/T1) при повышении температуры увеличивается, тем самым снижается напряжение на подогревателе и температура теплоносителя. Частоту генератора на таймере можно регулировать, изменяя напряжение на выводе 5 DA1. При понижении напряжения повышается частота генерации таймера, а мощность подогревателя снижается.
Сигнал прямоугольной формы с выхода 3 DA1 через ограничительный резистор R6 поступает на вход усилителя мощности на транзисторе VT1. Резистор R8 в цепи его коллектора ограничивает импульсный ток через светодиод оптопары VU2. Применение транзистора VT1 с большим коэффициентом усиления позволяет формировать выходной сигнал транзисторного ключа с минимальными искажениями. Этот сигнал поступает на светодиод оптопары VU2, усиливается фотодинистором и управляет работой регулятора мощности на симисторе VS1. Открывающие VS1 импульсы обеих полярностей формируются диодным мостом VD4. Оптопара VU2 обеспечивает гальваническую развязку низковольтных и высоковольтных цепей устройства.
Если динистор оптопары открыт, включение симистора происходит в начале попупериода сетевого напряжения, когда ток через управляющий электрод достигает порогового значения, что снижает уровень помех симисторного преобразователя.
Для повышения точности установки температуры мост и таймер питаются стабилизированным напряжением от стабилизатора DA2. Диод VD2 защищает микросхему стабилизатора от возможного пробоя обратным напряжением. Конденсаторы C3 и С5 устраняют пульсации выпрямленного напряжения, конденсатор С1 устраняет помехи, возникающие при регулировке резистора R1. Конденсатор Сб. установленный параллельно нагрузке, снижает уровень помех симисторного преобразователя. Контакты датчика давления Р замыкают базу VT1 на корпус, прекращая нагрев теплоносителя при аварийном давлении в подогревателе.
В устройстве используются широко распространенные радиокомпоненты. Постоянные резисторы - типа МЛТ-0,125. переменные - СП-Ill, терморезистор - ММТ-4. Конденсаторы оксидные - К50-38, высоковольтный (С6) - К73-17. остальные -КМ. Таймер-серии 555. Трансформатор питания применен с напряжением вторичной обмотки 10...12 В. Выключатель SA1 - автоматический, на ток 25 А. Датчик давления использован от автомобиля "Жигули".
Устройство собрано на печатной плате, чертеж которой показан на рис.2.
Регулятор температуры R1 и регулятор мощности R7 для удобства пользования устанавливаются на передней панели прибора. Датчик давления Р и терморезистор RK1 монтируются в корпусе водоподогревателя с помощью резьбового или сварочного соединения.
Электронагреватель (ТЭН) закрепляется фланцем через резиновую прокладку на небольшом расстоянии от дна резервуара подогревателя. Сливной кран должен находиться выше нагревателя, а врезка подачи холодной воды - сверху Датчик давления устанавливается в любом удобном месте, а терморезистор - чуть ниже сливного крана.
Регулировку схемы можно выполнить, используя вместо резервуара с водой электрочайник. Это позволит ускорить наладочные работы. Вилка чайника подключается к выводам ТЭН" и корпусу схемы Датчик температуры RK1 помещается в кипящую воду, и через несколько минут регулятором температуры R1 добиваются погасания светодиода индикации нагрева HL1. Напряжение на подогревателе при этом упадет почти до нуля. Положение движка R1 (100°С) фиксируется. Дополнительно напряжение и мощность на нагрузке можно откорректировать изменением сопротивления R7. Движок R7 перед калибровкой температуры устанавливается в положение максимальной мощности. После охлаждения терморезистора до комнатной температуры резистором R1 выставляют максимальное напряжение на нагрузке и фиксируется положение движка (+25°С). Между крайними значениями температур наносятся промежуточные.
Провода, подходящие к нагревателю и симистору, должны иметь сечение 4...5 мм2 (соответствующее току нагрузки 25...30 А). Провода к датчикам для исключения наводок необходимо проложить отдельно от сетевых проводов. Резервуар подогревателя следует заземлить.
По яркости свечения светодиода HL1 можно визуально определить мощность в нагрузке. Погасание светодиода указывает на отключение подогревателя или критическое давление в резервуаре.
Литература
Автор: В.Коновалов, г Иркутск
- Автор: Super User
Подогреватель для боксов телевизионных камер
Камеры специализированных телевизионных систем работают обычно на открытом воздухе, а потому требуют защиты от климатических воздействий. По этой причине чаще всего их размещают внутри герметичных боксов. У большинства телевизионных камер (ТК) интервал рабочих температур составляет -20...+55°С, поэтому боксы приходится снабжать подогревателями, которые включаются при снижении температуры окружающего воздуха ниже 0°С. К сожалению, сертифицированные боксы с достаточно надежными устройствами нагрева и управления дороги. Дешевые же весьма ненадежны. В результате задача создания недорогих и надежных подогревателей остается очень актуальной. Описание одного из таких приборов предлагается ниже.
Устройство рассчитано на работу внутри герметичных боксов объемом 2...10 дм3 , не имеющих специальной теплоизоляции, в условиях климата средних широт России. Оно представляет собой подогреватель, который включается при снижении температуры в боксе и обеспечивает поддержание ее на определенном уровне с погрешностью (с учетом неоднородного ее распределения внутри контролируемого объема) не более 1...3°С.
Работает подогреватель по принципу порогового регулирования температуры. Его электрическая схема представлена на рис. 1. Первичный нестабилизированный источник напряжением Uпит=20 В служит для питания только нагревателя и стабилизатора на микросхеме DA1. Устройство управления ТК питается стабилизированным напряжением Uпит.стаб=12 В, формирующимся на выходе DA1.
Следует отметить, что температурная нестабильность выходного напряжения у трехвыводных интегральных стабилизаторов больше, чем у стабилизаторов других типов. Эта нестабильность проявляется и при саморазогреве микросхемы КР142ЕН8Д протекающим через нее током.
ТК разных типов потребляют ток 0,1...0,2 А, поэтому стабилизатор DA1 пришлось снабдить навесным теплоотводом площадью около 30 см2. Наличие температурной нестабильности напряжения Uпит.стаб необходимо учитывать при выборе пороговой схемы устройства управления нагревателем.
Преобразователь температура - напряжение выполнен в виде делителя напряжения на резисторах R1, R2 и терморезисторе R4. Делитель нагружен на входное сопротивление логического элемента DD1.1, составляющее около 1012 Ом, поэтому рабочий ток терморезистора R4, равный примерно 0,5 мА, не зависит от нагрузки делителя.
Функции порогового устройства выполняет элемент DD1.1 микросхемы DD1, осуществляющий сравнение падения напряжения на терморезисторе R4 с уровнем входного напряжения Uпор2, при котором срабатывает сам DD1.1. Для двух типов логических элементов величины Uпор могут быть определены по статическим передаточным характеристикам, представленным на рис. 2,а. Напряжения Uпор находятся на участках характеристик, которые заключены между уровнями минимального напряжения логической единицы U1мин и максимального напряжения логического нуля U0макс. Соответствующие этим участкам интервалы входных пороговых напряжений логических элементов относительно малы, поэтому можно приближенно полагать, что Uпор соответствует середине этого интервала, т. е. Uпор=0,5Uпит.стаб. Такое приближение позволяет определить Uпор с погрешностью порядка десятков милливольт.
Вследствие температурной нестабильности напряжения Uпит.стаб. в интервале рабочих температур ТК важно, чтобы отношение величины Uпор порогового элемента к падению напряжения на R4, равному R4Uпит.стаб./(R1+R2+R4), сохранялось неизменным. Логические элементы серий КМОП хорошо отвечают этому требованию, что демонстрирует рис. 2,б. Приведенные на нем зависимости показывают, что соотношение Uпор/Uпит.стаб.=0,5 сохраняется во всем интервале напряжений питания, допустимых для логических элементов микросхем серии К176.
Поскольку на входы DD1.1 действует медленно изменяющееся вслед за изменениями температуры падение напряжения на терморезисторе R4, элемент DD1.1 длительно пребывает в активном режиме, усиливая как полезный сигнал, так и помехи. Для подавления помех на входе и выходе DD1.1 включены ФНЧ - R1R2R4C1 и R3C2 соответственно. Элементы DD1.2, DD1.3 и DD1.4 дополнительно усиливают и формируют полезный сигнал, поступающий на них с выхода фильтра R3C2.
Выходной сигнал элемента DD1.2 управляет источником опорного напряжения, который представляет собой параметрический стабилизатор, выполненный на стабилитроне VD1 и светодиоде HL1.Отличительная особенность такого источника - отсутствие балластного резистора и питание его непосредственно с выхода элемента DD1.2. Это возможно вследствие относительно больших величин выходных сопротивлений КМОП-транзисторов в элементах микросхем серии К176. Питается параметрический стабилизатор через транзистор с каналом типа p. Выходные вольт-амперные характеристики этого транзистора для логических элементов из состава микросхемы К176ЛА7 приведены на рис. 3. Рабочий участок этих характеристик ограничен гиперболой допустимой мощности рассеяния микросхемы К176ЛА7 (Рмакс). На характеристиках: |U| - падение напряжения на рканальном транзисторе, а Iн - ток, протекающий через него. Поскольку падение напряжения на стабилитроне VD1 и светодиоде HL1 составляет примерно 7 В, для Uпит.стаб=12 В положение рабочей точки транзистора соответствует |U|=5 В и Iн=10 мА. При этом выходное сопротивление логического элемента составит примерно 1 кОм, а р-канальный транзистор будет для диодов VD1 и HL1 ограничителем тока. Само опорное напряжение формируется на движке переменного резистора R5.
Нагреватель представляет собой источник тока, собранный на включенных по схеме Шиклаи транзисторах VT1, VT2, резисторе R7 и балластных резисторах R8, R9. При регулировке опорного напряжения величина тока коллектора транзистора VT2 может изменяться от нуля до 1 А, а рассеиваемая им мощность достигать 18 Вт. Чтобы обеспечить надежную работу нагревателя в таких условиях, важна стабилизация тока коллектора транзистора VT2 до температуры, приблизительно, +80°С. Это достигнуто с помощью следующих схемных и конструктивных решений.
Для уменьшения нестабильности коллекторного тока из-за изменений падения напряжения на переходе база- эмиттер при нагреве транзистора он снабжен теплоотводом, площадь поверхности которого выбрана такой, чтобы при работе в данном боксе при токе коллектора 1 А транзистор VT2 не перегревался выше +80°С.
Теперь поговорим о работе подогревателя. Пусть в исходном состоянии температура в боксе выше температуры окружающего воздуха и пороговой температуры, заданной регулировочным резистором R2. При этом сопротивление терморезистора R4 мало, а падение напряжения на нем меньше, чем Uпор. В этом случае на выходе элемента DD1.2 присутствует низкий логический уровень и ток через нагреватель не течет. Со временем температура в боксе вследствие его охлаждения станет уменьшаться. Сопротивление терморезистора R4 и падение напряжения на нем начнут расти и, когда напряжение достигнет уровня Uпор, на выходе DD1.1 будет формироваться пологий фронт напряжения низкого уровня. В процессе формирования этого фронта изменятся состояния выходов логических элементов DD1.2, DD1.3, DD1.4, вследствие чего произойдет переключение устройства управления нагревателем. На выходе элемента DD1.2 установится напряжение, соответствующее напряжению стабилизации VD1 и падению напряжения на светодиоде HL1, и через транзистор VT2 потечет заданный ток.
Теплоотвод VT2 прогреет воздух в боксе. Температура терморезистора R4 начнет расти, а напряжение на нем - убывать. При повторном достижении примерного равенства падения напряжения на терморезисторе R4 и напряжения Uпор устройство управления переключится в исходное состояние, а ток через транзистор VT2 опять прекратится. Эти переключения повторяются через промежутки времени, длительности которых определяются особенностями теплообмена бокса. При этом температура воздуха в боксе будет изменяться вблизи значения заданного положением движка резистора R2.
Главные функциональные узлы описанного устройства размещены на печатной плате (рис. 4). Вне платы находится транзистор VT2. Чтобы обеспечить прогрев всего объема бокса, транзистор VT2 и терморезистор R4 следует разнести на возможно большее расстояние. Подогреватель предполагает использование следующих элементов: транзисторов VT1, VT2 в пластмассовых корпусах, микросхем К176ЛЕ5 или К176ЛА7 (DD1) и КР142ЕН8Д в пластмассовом корпусе (DA1), резисторов R1, R3, R6 - R9 - МЛТ, С2-33, МТ или их аналогов, R2, R5 - СП5-2, R4 - ММТ с номиналом 8...12 кОм, конденсаторов С1-C3 - КМ любой группы.
Размещение подогревателя внутри бокса ТК показано на рис. 5. Транзистор VT2 установлен на теплоотводе из алюминиевого сплава размерами 120x70x3 мм. Он закреплен на слюдяной прокладке с помощью фторопластовой втулки, изолирующей крепежный винт, и поэтому не имеет электрического контакта с теплоотводом. В свою очередь, теплоотвод не имеет металлических крепежных элементов, непосредственно присоединяющих его к корпусу бокса. На краю теплоотвода, обращенном к окну бокса, имеется два ряда отверстий, которые улучшают циркуляцию воздуха. Чтобы выделяющие тепло элементы DA1, R8, R9 как можно меньше влияли на терморезистор R4, он приподнят над платой на высоту 10...15 мм.
Регулировка рабочего режима состоит в выдержке открытого бокса при температуре, равной желаемому порогу включения, при отсутствии тока в нагревателе в течение 20...30 мин. Следует избегать попадания внутрь бокса влаги. Установив в нем желаемую температуру, регулировочным резистором R2 нужно добиться свечения светодиода HL1, остановив регулирование при достижении равенства напряжения на терморезисторе R4 напряжению Uпор.
Автор: Г.Пилько, г.Киев, Украина
- Автор: Super User