Терморегулятор с каналами управления по каждой линии связи Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 62-503.55

ТЕРМОРЕГУЛЯТОР С КАНАЛАМИ УПРАВЛЕНИЯ ПО КАЖДОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ

Р. Е. Кирпиченко, И. Н. Карцан

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: revan1495@mail.ru

Рассматривается разработанная макетная версия терморегулятора, имеющая не высокую (относительно аналогов) цену, с возможностью подключения большого количества каналов на одной линии, с запрограммированным на плате Arduino.

Ключевые слова: терморегулятор, температурный режим, управляющие команды.

THERMOREGULATOR WITH CONTROL CHANNELS FOR EACH

COMMUNICATION LINE

R. E. Kirpichenko, I. N. Kartsan

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: revan1495@mail.ru

In this paper, we consider the developed model version of the thermostat, which has a low price (relative to analogues), with the possibility of connecting a large number of channels on one line, with the programmed Arduino card.

Keywords: temperature regulator, temperature condition, the operating teams.

Терморегулятор (его еще называют термостат) - это прибор, который отвечает за поддержание обогревательным устройством заданной температуры. Термостат считается главной деталью управления теплоносителем. Сначала в ручном режиме выставляется необходимая температура, которую впоследствии и поддерживает прибор автоматически.

На сегодняшний день существует множество различных терморегуляторов, но все они рассчитаны на ограниченное число каналов, имеют скромный функционал и высокую цену.

Важность соблюдения температурного режима можно аргументировать как простым жизненным фактором комфорта, так и работой с электроникой на крупном производстве, влиянием температуры на полупроводниковые элементы. Электропроводность полупроводников сильно зависит от окружающей температуры. При очень низкой температуре, близкой к абсолютному нулю (-273 °С), полупроводники не проводят электрический ток (так как не имеют свободных электронов), а с повышением температуры, их сопротивляемость току уменьшается (с повышением температуры связь валентных электронов с атомами ослабевает и некоторые из них, вследствие теплового движения, могут покидать атомы). Иначе говоря, при наиболее низкой температуре полупроводники обладают диэлектрическими свойствами, а при более высокой - проводниковыми [1].

Разрабатываемое изделие предназначено для обеспечения контроля над температурой, и выдачи управляющих команд на устройства, осуществляющие изменение температурного режима. Программируемый терморегулятор создан на плате Arduino Uno, по схеме на рис. 1.

Как видно из схемы на рис. 1, датчики DS18B20 снимают показания температуры с контролируемой зоны и передают их на плату Arduino Uno, после чего данные индицируются на LCD дисплее Winstar WH1604A. Спрограммированная на плате логика реализует пользовательский интерфейс для задания диапазонов контроля температуры с помощью кнопок и подает

Секция «Автоматика и электроника»

на аналоговые выходы управляющий постоянный ток напряжением 5 В, если снятые показания выходят за пределы заданного диапазона. Управляющий ток подаётся на SPDT (Single Pole, Double Throw) реле, в результате чего ключ между государственной сетью и питанием охлаждающего или нагревающего устройства замыкается.

-гЪшил передачи даины\

- Земля

- Питание

Рис. 1. Схема построения элементов программируемого терморегулятора

DS18B20 - это цифровой датчик температуры. Датчик очень прост в использовании. Во-первых, он цифровой, а во-вторых - у него всего лишь один контакт, с которого получаем полезный сигнал, т. е. можно подключить к одному Arduino одновременно огромное количество этих сенсоров. Пинов будет более чем достаточно. Мало того, можно подключить несколько сенсоров к одному пину на Arduino.

Arduino - это инструмент для проектирования электронных устройств (электронный конструктор) более плотно взаимодействующих с окружающей физической средой, чем стандартные персональные компьютеры, которые фактически не выходят за рамки виртуальности.

Проекты устройств, основанные на Arduino, могут работать самостоятельно или взаимодействовать с программным обеспечением на компьютере [2; 3].

Снятие значений температуры выполняется датчиком DS18B20 (рис. 2). DS18B20 цифровой термометр с программируемым разрешением, от 9 до 12-bit, которое может сохраняться в EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) памяти прибора. DS18B20 обменивается данными по 1-Wire шине и при этом может быть, как единственным устройством на линии, так и работать в группе (рис. 2). Все процессы на шине управляются центральным микропроцессором.

Диапазон измерений от -55 до +125 °C и точностью 0,5 °C в диапазоне от -10 до +85 °C. Каждый DS18B20 имеет уникальный 64-битный последовательный код, который позволяет, общаться с множеством датчиков DS18B20 установленных на одной шине. Такой принцип позволяет использовать один микропроцессор, чтобы контролировать множество датчиков DS18B20,

распределенных по большому участку. Приложения, которые могут извлечь выгоду из этой особенности, включают системы контроля температуры в зданиях, и оборудовании или машинах, а также контроль и управление температурными процессами.

so4 SÜP- ГО.92 символ ОПИСАНИЕ

5 4 1 GMD

4 1 2 DO до. opefl-dran 1- Wrt interfa« рп По згда гынки под зетсд питание в рдоие работы q napajunibiM питанием

3 в Д VDD VDD Elb 1J DJ ПНТЭНИЯ. Дгт режиме работы с плраинтыы питано* VÜÍJ HBcdjroduiM íUfAi-fiiTiD г иЬцим лрапЖш.

Рис. 2. Датчик DS18B20 и описание его выводов

Для достоверности значений температуры, индицированной с датчиков, расположенных на длинной линии, возможно применение схемы восстановления сигналов 1-проводной шины датчиков DS18B20.

Без схемы восстановления, помехи ограничивают достоверный прием данных на расстоянии более 100 метров. Применяя восстановление, появляется возможность работать на линиях, увеличенных более чем в 2 раза.

Представленная макетная версия терморегулятора, имеющая не высокую (относительно аналогов) цену, с возможностью подключения большого количества каналов на одной линии, с запрограммированным на плате Arduino Uno (на языке C++) интерфейсом и возможностью задания диапазона поддержки температуры (средствами нагревания и охлаждения) вручную.

В дальнейшем планируется доработать схему ПИД (пропорционально-интегрально-дифференциирующим) регулятором, для увеличения точности и качества переходного процесса, что позволит использовать изделие в сложных системах, где важно учитывать отклонение регулируемой величины от заданного значения и постепенное уменьшение мощности нагревателя или охладителя при приближении температуры к заданной.

Библиографические ссылки

1. Савельев И. В. Курс общей физики. Т. 3. М. : Наука, 1987. С. 257-258.

2. Платформа разработки электронных устройств Arduino [Электронный ресурс] // URL: http://arduino.ru (дата обращения 12.03.2017).

3. Чернов Г. DS18B20. Русское описание работы с датчиком температуры : техн. описание. Днепропетровск : Магетекс, 2009. С. 1-3.

© Кирпиченко Р. Е., Карцан И. Н., 2017