Термостат для инкубатора.

05.10.2011 71 комментарий

Термостат для инкубатора.

  • Диапазон термостата — 35.0С…44.5С.
  • Индикация и обработка аварийных ситуаций.
  • Сложный алгоритм поддержания температуры. 
  • Функция поворота лотков.
  • Канал влажности.

   

Краткий обзор.
Регулирование температуры.
В регуляторе совмещены релейный и пропорциональный алгоритмы управлениянагревателем. Термостат работает как большинство других,включением/выключением нагрева. Плюс к этому постоянно идет подбормощности подаваемой на нагреватель, программа пытаетсявыбрать такую оптимальную мощность, при которой лампы не будутвыключаться. Так же в этом состоянии реализовано плавное включение (ивыключение) ламп, что в принципе должно положительно сказаться на ихдолговечности. Регулирование осуществляется фазо-импульсным методом.   
Для прошивки с алгоритмом низкочастотной шим.  Времявключенного состояния постоянно и равно 0.3 сек. Мощность регулируетсяизменением времени паузы в пределах 0..2.5 секунды. 


Аварийные ситуации.

Если произошелпробойсимистора, то программа отслеживает это ивключается режим регулирования температуры аварийным реле, котороеработает на размыкание силовой цепи нагревателя. Пользователь самустанавливает порог аварийной температуры в диапазоне 39.0-45.0градусов.

 
Функция повороталотков.

Время паузы можетзадаваться до 10 часов. Движение лотков можетуправляться концевыми выключателями. Также движение лотков, например,при отсутствии концевых выключателей, можно задавать по времени, впрограмме запоминается время движения с разрядностью в 0.1 секунду.

Канал влажности.

Используетсяпсихрометрический способ. Влажность определяется поразности показаний сухого и влажного термометра. При влажности, ниже,установленной в программе, на 15 секунд на выводе устанавливаетсявысокий уровень напряжения, затем идет пауза заданная параметром«PAU». Паузу можно задавать в пределах 0-200секунд. Подборвремени паузы позволяет избежать эффекта перерегулирования.

   Описание.

Управляетсятермостат тремя кнопками «температура»,«влажность» и «пауза». Каждаякнопка служит длявхода в режим редактирования соответствующего параметра. Кнопкой«температура» задается температура стабилизациитермостата и температура аварии.Кнопкой «влажность» задаётся порог поддерживаемойвлажности и параметр «пауза влажности». Кнопкой«пауза» задаётся время выключенногосостояния двигателя поворота лотков.

Кнопки «влажность» и «пауза»имеютальтернативные функции соответственно плюс и минус, эти функциидействуют во всех режимах.
Для входа во все режимы редактированияпараметров, следует нажатьи удерживать соответствующие кнопки болеедвух секунд. При этом на экране высветится название режимаи приотпускании кнопки выведется мигающее значение параметра. Если кнопке назначено два параметра, то для входа в режимредактирования второго параметра, следует продолжать удерживать кнопку еще две секунды.

Для установкитемпературы стабилизации название режима«УСt».
Для установкитемпературы аварии название режима«АВР».
Для режимаустановки порога влажности «ВLA»,
Для влажности задается еще один параметр — пауза.Название режима «PAU».
Для установкивремени выключенного состояния двигателя поворота лотков -«OFF».
Для ручногоуправления поворотным механизмом название режима«РУЧ».
Для установкикоррекции датчиков название режима«СОР».

В термостате предусмотрена коррекция используемыхв схеме датчиков DS18B20, для входа в режим редактирования коррекцииследует нажать все три кнопки, при этом выведется название режима«COP», если кнопки удерживать нажатыми еще 2секунды,выведется название режима «-2-» коррекция второгодатчика.  Коррекция устанавливается с разрешением 0,1 градус.

Если в выше перечисленных режимах (кроме режима«РУЧ») не нажимать кнопки в течениичетырехсекунд, то происходит сохранение параметра в энергонезависимую память ипереход в рабочий режим. Во всех режимах новое измененное значение,принимается только после выхода в рабочийрежим.

Лотки

При редактированиипараметра «пауза» (времени выключенногосостояния двигателя) в режиме «OFF»,время задается в минутах в диапазоне девять часовпятьдесят девять минут, например на экране 2.30 – два часатридцать минут.

Есть две порошивки.

  1. С движением лотков по концевикам и повремени.
  2. С движением лотков только по концевикам.
Для всех прошивокинтерфейс одинаков.
Ниже описана возможность задавать движение, как по времени такипо концевикам, в первой версии прошивки. Если в ней не использоватьконцевики, то останется движение только по времени.

Движение лотков может задаваться по времени и по концевикам. При первомвключении после прошивки или при искажении сохраненных данных в еепром,времядвижения лотковзадается равным 50,0 секундам. Для установки времени движения,предназначенрежим «РУЧ»ручного управления поворотным механизмом. Время в режиме«РУЧ» индицируется в секундах, в программезапоминается сразрешением в 0,1 секунду. Длявхода в него следует нажать две кнопки «влажность»(плюс) и«пауза» (минус), при этом на экране выведетсяназваниережима «РУЧ». Далее, нажатие кнопки«влажность»(плюс)  включает движение вперед, на экране отображается времявключенного состояния. При нажатии кнопки «пауза»(минус),включается режим реверс, соответственно время на экране начинаетуменьшаться. Для обнуления времени следует нажать кнопку«температура», при нажатом состоянии кнопки экрангасится.Для принятия и сохранения значения в EEPROM следует удерживать кнопку«температура» нажатой более трёх секунд, при этомпроизойдет сохранение параметра в EEPROM и переход в рабочий режим.Если  подождать 25секунд, при этом, если не было нажатий термостат переходит в рабочийрежим без принятия и сохранения параметра в еепром. То есть этимрежимом можно пользоваться для установки положения лотков. Внимание, привыходе из этого режима, если используется движение по времени и ни одинконцевик не замкнут, следующие включение двигателя будет в реверс!Принудительный поворот лотков можно включить удерживая кнопки«температура» и «пауза» более 2секунд.

Последовательность настройки времени движения лотков.

  1.  Нажатием «влажность»(плюс) и «пауза» (минус), вызвали режим«РУЧ».
  2.  Подвели лотки на исходное положение.
  3. Нажали кнопку «температура» длясброса времени.
  4. Нажатием «влажность» (плюс)подводим механизм на нужноерасстояние, допускается нажатие кнопки «пауза»(минус) длякорректировки положения.
  5. Нажали и удерживаем кнопку«температура» более 3 секунд.

В-общем то для управления лотками можно использовать сразу контрольконечниками и контроль по времени. В этом случае выход из строяконечника к поломке механизма не приведет (произойдет останов повремени). Также если используется движение только по времени, то,например, в результате отключения электричества в момент движениялотков они будут находиться не в исходном состоянии. При подаче питанияи истечении времени паузы начнется движение вперед на заданное внастройках время, что может привести к поломке механизма.

В прошивках с движением лотков только по концевикам, времядвижения мотора не запоминается и не учитывается.


Влажность.

Используется психометрический способ, что это такое и рекомендации повыполнению влажного термометра хорошо освещены в интернете. Дляопределения влажности в интернете была найдена таблицаи дополнена спомощью этой программы,если Вы найдете в таблице ошибки, то сообщитепожалуйста. Для управления влажностью применен следующий алгоритм. Есливлажность меньше установленного порога влажности, то на вывод в течении15 секунд подаётся высокий уровень напряжения включающий исполнительныймеханизм, далее на выводе устанавливается низкий уровень напряжения напаузу заданную параметром «PAU». Паузу можнозадавать впределах  0..200 секунд. Для входа в режим редактированияпаузыследует нажать и удерживать кнопку «влажность»более 4секунд, при этом сначала на экране выведется название для режимавлажности «BLA», затем для режима паузы«PAU».
Короткое нажатие на кнопку «влажность»включает на 20секунд отображение вычисленной влажности, следующие нажатие,включает отображение температуры второго датчика. Влажностьвычисляется в диапазоне 35,0-43,5градусов для  сухого термометра.

Небольшой рисунок поясняющийработу кнопок.

При включении, параметры считываются из EEPROM, если их контрольнаясумма не совпадает с сохраненной, то параметры инициализируютсязначениями по умолчанию  температура стабилизации –35градусов, температура аварии – 40,5 градусов, времявыключенного состояния двигателя – 2 часа, времявключенного состояния двигателя – 50,0 секунд, коррекциидатчиков– 0 градусов. Влажность 50%, пауза влажности 30 секунд. Наэкранвыводится надпись «EEP» (EEPROM)

Для управленияповоротныммеханизмом выделено два выхода,«движение» вывод 2 и «реверс»вывод 3. И двавхода для концевых выключателей SA1 и SA2. Схемы подключения двигателяиспользованы из журналов, в частности «Н. Заец. Устройство управлениядвигателем инкубатора. Радио №5 2002». Здесьнебольшая подборка статей, на которые обращал внимание, при разработке.При движении вперед навыводе «движение» устанавливаетсявысокий уровеньнапряжения. При реверсе включениепроисходит в следующем порядке, на выводе «реверс»устанавливается высокий уровень напряжения, через 100миллисекунд на выводе «движение» устанавливается высокийуровеньнапряжения и начинается отсчет времени. Выключение происходит вобратном порядке, на выводе «движение»устанавливаетсянизкий уровень напряжения, через 100 миллисекунд на выводе«реверс». Если используются концевые выключатели,то ихзамыкание выключает двигатель и включается счет паузы. При замкнутомвыключателе SA1 включение поворотного механизма всегда будетосуществляться вперед, при замкнутом SA2 в реверс.

Простые схемы, для понятия принципа, подключениядвигателя с помощью реле.

Пример схемыподключения двигателя с помощью транзисторов.

Эту схему янарисовал вмикрокапе, может есть проще.. Для ее управления требуется подаватьвысокий уровень напряжения только на один вывод микроконтроллера. Придвижении впередустанавливается высокий уровень напряжения на выводе 2 «мотор», придвижении в реверс устанавливается высокий уровень напряжениянавыводе 3 «реверс». Соответственно для  этой схемы есть своя прошивка.

В термостатепредусмотренасигнализация выхода температуры за пределыдиапазона регулирования.  К выводу 13 подключен звуковойизлучатель со встроенным генератором. При температуре ниже35.0°Cна выводе устанавливается высокий уровень напряжения длительностью 0.5 секунды с периодом 2 секунды. При температуре вышетемпературы аварии минус 0.5 градуса, на выводе устанавливается высокийуровень напряжениядлительностью 0.5 секунды, с периодом в 1 секунду.  Припропадании датчика  на выводе устанавливается высокийуровень напряжениядлительностью 1.5 секунды, через 0.5 секунды.
При температуре выше температуры аварии на выводе 11«Авария_2»устанавливается высокий уровень напряжения, данный вывод служит дляиндикации превышения температуры верхней допустимой границы, высокийуровень  напряжение снимется только после перезапускаустройства.При этом на выводе 12 «авария» такжеустанавливаетсявысокий уровень напряжения включая транзисторный ключ VT2, которыйвключает реле К1 нормально замкнутые контакты размыкаются обесточиваянагревательный элемент. Считается, что произошел пробой симистора ипроисходит не контролируемый рост температуры. Далее термостатированиебудет производиться этим реле. При этом в момент выключения реле будутподаваться управляющие импульсы на симистор, на тот случай, если покаким то причинам, произошло ложное срабатывание режима»АВАРИЯ». Ситуация, когда датчик перестаёт отвечать, отрабатывается следующимобразом. На индикатор выводится «—«. Снимаются управляющие импульсы ссимистора, и на выводе«Авария_2» устанавливается высокий уровеньнапряжения, подается звуковая сигнализация.Сделано это так, потому что датчик может пропадать, например, из-заплохого контакта или замыкания в линии, а потом опятьопределяться,  в этом случае термостат не прекращаеттерморегулирование, работа продолжается с индикацией аварийнойситуации. Следует принять меры по её устранению.
На выводе 6 «нагрев» устанавливается высокийуровеньнапряжения при решении управляющей программы микроконтроллера овключении нагрева. 
В термостате предусмотрена защита от сбоя датчика, если измереннаятемпература превышает предыдущие значение на 15 градусов, то этоизмерение игнорируется (например,произошел сброс датчика и следующие чтение температуры вернет 85градусов, что включило бы  режим аварии).
Также в программе включен сторожевой таймер, что исключает зависаниепрограммы, например из-за сильной помехи по сети.

Управлениесимистором/тиристором.

На выводе PD3 точка «А» на схеме, для включениясимистора генерируются импульс длительностью 25 микросекунд.
В схеме можно применять тиристоры и симисторы включенные по схемамприведенным ниже. Импульсные трансформаторы применяют типов МИТ-4,МИТ-12 или аналогичных.
Если нет возможности их достать, то можносделать самодельный. Трансформатор содержит две изолированные друг отдруга обмотки по 45 витков провода ПЭЛШО 0,18 магнитопровод –кольцевой К10х6х4.5 из феррита 2000НМ.

Управление с помощью оптопар МОС:
Для прошивки с фазоимпульсным управлением, можно применять толькоMOC3021, MOC3022, MOC3023, подключив их к точке «А», они не имеют всвоем составе схемы Zero-Cross. Вывод «нагрев», в этой прошивкеиндицирует поданную мощность.
Для прошивки с алгоритмом низкочастотной шим, желательно применятьоптопары содержащие блок «Zero-Cross» (Zero-Cross:схема управления переключением (открыванием симистора) в моментперехода фазы через ноль) MOC3041, MOC3042,MOC3043, MOC3061, MOC3062, MOC3063 подключив их к точке «B» наосновной схеме. Или к точке «А» подключаются оптопарыбез «Zero-Cross» — MOC3021,MOC3022, MOC3023. Статья по применению этих оптопар,журнал радиомир10.2008 (21 Kb)

Для встречно-параллельно включенных тиристоров.

( MOC3021,MOC3022, MOC3023 подключаются к точке А).

Ограничивающие резисторы R* во всех случаях подбираются в зависимостиот используемого импульсного трансформатора или типа применяемойоптопары.

Для правильной работы узлауправления симистором, следует проконтролировать работу блокасинхронизации с сетью, на схеме (рис. 1) VT1, R1, R2, R3, C6, VD2.
Осцилограммы его работы:

  • Черный — напряжение с выхода диодногомоста.
  • Красный — управляющие импульсы на симистор PB3(17).
  • Синий — синхроимпульсы с коллектора VT1.
    • Ширинусинхроимпульсов можно менять резистором R2, уменьшая сопротивлениеувеличиваем ширину импульса. Например, если на максимальной мощностинаблюдается подмаргивание ламп, то это значит, что синхроимпульс имеетмаленькую длину и управляющий импульс подается на симистор в тотмомент, когда еще ток в цепи не достиг значения тока удержаниясимистора. Также, если синхроимпульс будет чересчур длинным, то этоможет негативно повлиять на алгоритм фазоимпульсного управления.

    В термостате можноприменять индикаторы с общем анодом или катодом безизменения схемы, выбирая соответствующий вариант прошивки.
    Микроконтроллертактируется от внутреннего RC генератора 4 Мгц., приэтомвременныеинтервалы в программе, имеют некоторую ошибку.  Дляповышения точности внутреннего RC генератора необходимо с помощьюпрограмматора считать значение калибровочного байта для 4 Мгц, затемсохранить его значение во флэш-память по адресу 0x0078. Даннуюоперацию можно не производить, при этом значение калибровочного байтаостанется равным значению для 1 Мгц.

    Fuse биты.

    Скачать прошивки.
    Скачать исходник.
    Более новая версия:
    При не совпадении контрольной суммы подается звуковая сигнализация.
    Порог по умолчанию 37,5гр.
    Добавлен параметр на время включения вывода влажности.
    Добавлена поддержка управления лотками с помощью актуатора.
    Скачать прошивки.
    Скачать исходник.

    —————————————————————————————

    ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА — СКАЧАТЬ

    Автоматика

    71 комментарий