CC BY
13
DOI: 10.6084/m9.figshare.5708719 УДК 621.38(075.8)
РОЗРОБКА ПРИСТРОЮ КОНТРОЛЮ ТЕМПЕРАТУРИ Д1М-ВУЛИЦЯ ТА УПРАВЛ1ННЯ ВИКОНАВЧИМ ОБЛАДНАННЯМ
Литвиненко Вжтор Миколайович1, Цел1нко Олександр Володимирович1, Дощенко Галина Геннаднвна2
1Херсонський нацiональний техшчний унiверситет, Херсон, Украша 2 Херсонська державна морська академiя , Херсон, Украша Адрес для переписки: Литвиненко Виктор Николаевич, к.т.н., доцент
Мюце роботи: Херсонский национальный технический университет Бериславское шоссе, 24 Email: [email protected]
Анотащя. Розроблено пристрш контролю температури дiм-вулиця та управлiння виконавчим обладнанням, який характеризуемся високою надiйнiстю та порiвняно невисокою варт1стю. За рахунок удосконалення схеми аналога забезпечено збшьшення швидкодп розробленого пристрою та його надшшсть. Представленi практичнi рекомендацп по виготовленню пристрою контролю температури дiм-вулиця та управлiння виконавчим обладнанням.
Ключов1 слова: температура, мшроконтролер, датчик, кварцовий резонатор, шдикатор.
Вступ. Для сучасного етапу розвитку техшки характерне все бшьш iнтенсивне i глибоке проникнення мiкропроцесорiв в п рiзноманiтнi галузi, що радикально перетворюе властивост багатьох пристро'1'в i вiдкривае новi можливостi 1'х застосування. Застосування мiкропроцесорiв у вимiрювальнiй технiцi дозволяе рiзко пiдвищити точшсть приладiв, значно розширити 1'х можливосп, пiдвищити надiйнiсть, швидкодiю, вирiшити завдання, як ранiше взагалi не виршувалися.
ISSN 2311-1100 CC-BY-NC
Температура - це величина, яка характеризуе теплову piBHOBary системи. В ycix частинах
системи, яка знаходиться в тепловш рiвновазi, температура однакова i вiдраховyeться вщ стану, прийнятого за нульовий.
Пiдвищення продyктивностi виробництва i покращання якостi продукцп, яка випускасться, неможливо без належного метрологiчного контролю.
Як правило, для контролю температури застосовуються звичайш термометри, або аналоговi пристро'1 контролю температури. З урахуванням прогресу розвитку сучасних технологiй, такий тдхщ е неефективним. Цифровi системи контролю температури мають такi переваги: висока точшсть, економiя часу, людських i матерiальних ресyрсiв; пiдвищення ефективносп працi; зниження непродуктивних витрат; зниження вiрогiдностi помилок.
Розроблена цифрова система конролю температури дiм-вyлиця у порiвняннi з ртутним термометром е таким же точним засобом вимiрювання, але набагато безпечшшим i надiйним.
В наш час промисловостю випускаеться широкий асортимент приладiв для вимiрювання температури. Проте багато з них мають складну конструкщю, що складаеться з безлiчi елементiв, а отже мають низьку надшшсть i високу вартють, невисоку точнiсть вимiрювання. Також в багатьох випадках е необхщшсть одночасно контролювати температуру в примщенш i на вyлицi, а також управляти деяким виконавчим обладнанням.
У зв'язку з цим е актуальним продовження роб^ з удосконалення цифрових систем контролю температури та розробки багатофункцюнальних цифрових систем.
Матер1али i методи дослщження. На рис. 1 зображена принципова схема розробленого пристрою на мiкроконтролерi PIC16F873A [1]. Для разробки вологомiра був вибраний аналог [2].
По вщношенню до схеми аналога [2] в розробленш нами схемi було зроблено замшу транзистора КТ503А (VT1) на його аналог - транзистор 2N4123, а також замшу дюда КД922 на дюд 1N4148.
Тактову частоту задае кварцовий резонатор ZQ1 з частотою 8,192 МГц (рис. 1). Вщлш базових iнтервалiв часу веде вбудований в мшроконтролер восьмизарядний таймер ^чильник TMR0.
ISSN 2311-1100
CC-BY-NC
Рис.1. Принципова схема розробленого пристрою
Резистори R1-R4 тдтримують високий лопчний рiвень на входах RA1. RA3 RC1. RC3 мшроконтролера, коли кнопки SB1- SB4 не натиснуп. П'ятирозрядний семиелементний св^лодюдний шдикатор зеленого кольору свтння зiбраний з двох чотирирозрядних HG1 i однорозрядного HG2. [3-5]
Температуру вимiрюють широко вiдомi датчики DS18B20, якi не потребують калiбрyвання i з похибкою вимiрювання не бiльше ± 0,5°С в iнтервалi температури вiд -10 С до +85 С. Кожен, з цих приладiв мае iндивiдyальний 64-розрядний двiйковий код. Перед зчитуванням вимiряних значень температури мiкроконтролер зчитуе коди датчиюв i тим самим перевiряе ix наявнiсть.
Якщо датчик вщсутнш, неправильно пiдключений або несправний, то замють числового значення температури на шдикатор буде виведено два "мшуса" (рис. 2, а). Таким же залишиться зображення на iндикаторi деякий час тсля включення пристрою до отримання перших вщлтв температури. Це не е ознакою несправносп.
Датчик ВК1 розташовуеться всерединi пристрою. Датчик ВК2 винесено на вулицю. Довжина проводiв, що з'еднують його з мшроконтролером, - до 12 м. Якщо в корпус пристрою
ISSN 2311-1100 CC-BY-NC
немае достатнього числа вентиляцшних 0TB0piB, то датчик ВК1 рекомендусться також винести за
його меж1. Iнформацiя вiдображаеться на iндикаторi циклiчно: 10с - час (рис. 2, б), 5с -температура, вимiряна в примщенш датчиком ВК1 (рис.2, в), 5с - температура, вимiряна на вулищ датчиком ВК2 (рис. 2 , г).
Рис.2. Написи на шдикатор1
Кожну секунду мшроконтролер перевiряе стан входiв RAI, RA3, RC1, RC3. Коли будь-яка з кнопок SB1-SB4 натиснута, рiвень на вщповщному входi стае низьким.
Для установки точного часу натискають на кнопку SB 1. На шдикатор виводяться цифри, вщповщш числу годин. Утримуючи кнопку SB4, встановлюють потрiбне значення.
Другий раз натискають на кнопку SB1. На шдикатор виводяться цифри, вщповщш числу хвилин. Утримуючи кнопку SB4, встановлюють потрiбне значення.
Третш раз натискають на кнопку SB1. На шдикатор виводяться цифри, яю вщповщають поточному числу секунд. Натисканням на кнопку SB4 це значення обнуляють.
Четверте натискання на кнопку SB1 повертае пристрш в робочий режим. Передбачена можливють корекцп ходу годинника Для цього рiвно через 6 годин тсля установки точного часу ще раз звiряють час з зразковим годинником i визначають, на скшьки секунд вщстав або тшов вперед годинник. Шсля цього натискають на кнопку SB2. На iндикаторi з'являеться напис, показаний на рис. 3, а.
Якщо годинник вiдставав, то, натиснувши i утримуючи кнопку SB4, вводять число секунд вщставання. В шшому випадку (годинник поспiшав) ще раз натискають на кнопку SB2. Коли на iндикаторi з'явиться напис, показаний на рис. 3, б за допомогою кнопки SB4 вводять число секунд,
ISSN 2311-1100 CC-BY-NC
на яке годинник тшов вперед. Натисканням на кнопку SB2 повертають пристрш в робочий режим.
Введене для коригування число секунд збер^аеться в EEPROM мшроконтролера.
Рис.3. Написи на шдикатор1
Таймер можна запрограмувати на витримку максимум 900 хв. Щоб задати ii тривалють, натискають на кнопку SB3. На iндикаторi з'являеться напис, показана на рис. 3, в. Шсля цього, натиснувши i утримуючи кнопку SB1, вводять число сотень хвилин. Потсм кнопкою SB2 вводять число десятюв, а кнопкою SB4 - число одиниць хвилин витримки. Ще одним натисканням на кнопку SB3 повертають пристрш в робочий режим. Задана тривалють витримки збер^аеться в EEPROM мшроконтролера.
Запускають таймер в будь-який момент натисненням на кнопку SB4. При цьому рiвень на виходi RA5 мшроконтролера стае високим, реле К1 спрацьовуе. Шсля закшчення витримки рiвень знову стане низьким, а контакти реле К1 розiмкнуться i тим самим буде знеструмлено виконавчий пристрш. Якщо необхiдно розiмкнути ix ранiше запланованого часу, слщ ще раз натиснути на кнопку SB4.
Програма для мiкроконтролера написана на Асемблерi [2].
Результати досл1дження. В розробленш нами схем1 у пор1вняш з1 схемою аналога було зроблено замшу транзистора КТ503А на транзистор 2N4123. У порiвнянi з транзистором КТ503А транзистор 2N4123 мае бшьш високу граничну частоту (240МГц проти 5 МГц), що дало можливiсть збшьшити швидкодiю розробленого пристрою контролю температури дiм-вулиця та управлiння виконавчим обладнанням у порiвняннi з аналогом. Замша дюда КД922 (максимальна зворотна напруга 30 В) на дюд 1N4148 (максимальна зворотна напруга 53 В) дала можливють збшьшити середнш термш служби дiода та надiйнiсть розробленого приладу в цшому.
ISSN 2311-1100 CC-BY-NC
Проведено дослщження залежносп вщхилення резонансно! частоти кварцово! пластинки
(кварцового резонатора) вщ температури навколишнього середовища. Для проведення дослiджень був використаний спещальний пробник, схема якого приведена на рис. 4. Вш представляв собою типову схему кварцового генератора на транзистора Кварцовий резонатор включали мiж базою транзистора i загальним мшусом. Конденсатор С1 використовуеться для захисту вiд випадку короткого замикання в несправному кварцовому резонатора Кварцову пластинку помщали в камеру тепла, початкова температура яко! була рiвна 0оС, далi температуру послщовно пiдвищували до 50оС.
Рис. 4. Схема пробника
При пщключенш резонатора схема переходить в режим генерацп i на емiтерi транзистора УТ1 з'являеться змiна напруга по частот^ яка дорiвнюe основнiй резонанснiй частот кварцового резонатора, який перевiряeться. Для фшсацп значення частоти до виходу схеми пробника пщключали частотомiр. На рис. 5 представлены результати дослщження. Видно, що при змш температури вщ 0°С до +50°С, частота резонатора змшюеться не бiльше як на 1%, а в дiапазонi значень напруги живлення вщ 2,5 В до 3,5В частота резонатора змшюеться не бшьше, чим на 1,5%. Така стабшьшсть частоти резонатора цшком достатня для синхрошзацп мшроконтролера.
ISSN 2311-1100
CC-BY-NC
Рис.5. Залежшсть частоти кварцового резонатора вщ температури при pi3HHx значеннях напруги,
яка тдводиться до резонатора: 1 - 2,5В; 2 - 3В; 3 - 3,5В
Обговорення результат1в. Роблено пристрш контролю температури дiм-вулиця та управлшня виконавчим обладнанням. За рахунок оптимiзацiï схеми аналога збшьшеш надiйнiсть та швидкодiя розробленого пристрою у порiвняннi з аналогом.
Дослiджено залежнiсь вщхилення резонансноï частоти кварцового резонатора в залежносп вiд змiни температури навколишнього середовища.
ISSN 2311-1100 CC-BY-NC
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Схемотехшка електронних систем: У 3 кн. Кн.3. Мшропроцесори та мшроконтролери / В.1. Бойко, А.М. Гуржий, В.Я. Жуйков та ш. - К.: Вища школа, 2004. - 399с.
2. Кожухин П. Часы с термометром дом - улица и таймером // Журнал «Радио», 2010. - №5. - С. 22-24.
3. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника. - М.: Гарячая линия - Телеком, 2002. - 768с.
4. Колонтаевський Ю.П., Сосков А.Г. Промислова електрошка та мшросхемо техшк. - К.: Каравела, 2003. - 368с.
5. Циделко В.Д., Нагаец Н.В. Проектирование микропроцессорных измерительных приборов и систем. - К. : Техшка, 2004. - 216 с.
