В данной статье приводится процесс разработки технических средств автоматизации контроля температуры в помещении. Приводятся структурная и принципиальные схемы, процесс выбора компонентов для итогового устройства.
Ключевые слова: автоматизация, автоматизированные системы управления, контроль температуры, устройство управления, микроконтроллер, цифровой датчик температуры.
Структурная схема устройства
Технические средства автоматизированной системы контроля температуры в помещении должны содержать следующие элементы (рис. 1):
устройство управления (микроконтроллер);
источник питания;
пульт управления системой;
индикатор рабочей температуры;
элемент управления нагревателем;
температурный датчик;
Рис. 1. Структурная схема средств технической автоматизации контроля температуры в помещении
Выбор компонентов
Датчик температуры.
Температура воздуха в помещении на постоянных и непостоянных рабочих местах в соответствие со СНиП 2.04.05–91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование (с Изменениями N 1, 2, 3)» колеблется от +12С до +32С, поэтому необходимо выбрать датчик температуры с соответствующими рабочими температурами [1], [2].
Поскольку управлять нагревателем будет микроконтроллер, то не принципиален выбор типа терморезистора в датчике температуры. В качестве датчика температуры выбран DS18B20.
Устройство управления.
Устройство управления должно регулировать температуру, задаваемую оператором, которую необходимо поддерживать в помещении в соответствующем диапазоне. Сделать это можно при помощи потенциометра или кнопочного пульта. Потенциометр более удобный чем кнопочный пульт, и интуитивно понятнее. В качестве устройства управления был выбран потенциометр 3361-P-1102GLF на 1 кОм.
Индикатор рабочей температуры.
Индикатор рабочей температуры необходим для того, чтобы оператор мог видеть, какая температура поддерживается в помещении. Также, изменение контролируемой температуры с помощью устройства управления должно быть отражено на этом индикаторе.
Для отображения температуры с точностью до десятых долей градуса Цельсия подойдет любой 4-сегментный индикатор. В качестве индикатора был выбран 7SEG-MPX4.
Пульт управления нагревателем.
Поскольку разрабатываемые средства технической автоматизации могут быть внедрены в различных помещениях, то типы нагревателей в них могут быть разные, поэтому целесообразно вместо самого нагревателя использовать устройство управления нагревателем.
Для управления нагрузкой бытовой сети можно применить реле. В качестве устройства управления нагревателем было выбрано реле G5C-14-DC5.
Индикатор работы нагревателя.
Для донесения оператору большей информации о работе устройства целесообразно, чтобы управляющий нагревом сигнал также передавал сигнал на индикатор. Это позволит своевременно выявить неполадки в системе и принять необходимые меры.
В качестве такого индикатора подойдет светодиод на 3В. Индикатором работы нагревателя выбран красный светодиод. Для подключения светодиода напрямую также необходим резистор номиналом от 100 Ом до 200 Ом.
Устройство управления (микроконтроллер).
При выборе микроконтроллера необходимо учитывать следующие параметры: надежность, удобство эксплуатации (как при разработке устройства, так и при ее эксплуатации), достаточность аппаратных средств для управления техническими средствами автоматизации контроля температурой в помещении.
Также целесообразно выбрать микроконтроллер, который подходит для образовательных целей, т. е. простой в программировании и обслуживании [3].
Таким микроконтроллером может быть ATmega168. На этом микроконтроллере работают некоторые платы линейки Arduino, которые отлично подходят для образовательных работ в области схемотехники и электроники.
Принципиальная схема устройства
Моделирование устройства произведено в системе Proteus. На рисунке 2 представленная принципиальная схема всего устройства.
D1 выполняет роль индикатора работы нагревателя, а D2, D3, B1 — предполагаемую нагрузку. В реальной системе на этом месте должен находиться нагреватель. U1 — сдвиговый регистр для параллельного вывода информации на индикатор, U2 — датчик температуры, RV2 — устройство управления.
Рис. 2. Принципиальная схема средств технической автоматизации контроля температуры в помещении в среде Proteus
Алгоритм работы
На рисунке 3 представлен алгоритм работы средств технической автоматизации контроля температуры в помещении. В алгоритме применен бесконечный цикл. Это необходимо для непрерывной работы системы. Внезапное выключение устройства (перепады напряжения, или необходимость технического обслуживания) не повлияет на его качество работы в дальнейшем.
Рис. 3. Алгоритм работы средств технической автоматизации контроля температуры в помещении
Листинг программы микроконтроллера на языке программирования Processing представлен на github репозитории автора [4].
Язык программирования выбран в соответствие со средой разработки Arduino IDE. Данная среда разработки позволяет программировать микроконтроллеры семейства ATmega, в т. ч. и используемую в проекте ATmega168.
Литература:
- Датчик DS18B20 [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://arduinomaster.ru/datchiki-arduino/ds18b20 — (время обращения 1.12.2019)
- Строительные нормы и правила: СНиП 2.04.05–91. Отопление, вентиляция и кондиционирование [Текст]: Нормативно-технический материал. — М: постановление Гос. комитета СССР по строительству и инвестициям, — 1991. — 25 с.
- Справочник электронных компонентов [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://chiplist.ru/ATmega1688 — (время обращения 14.12.2019)
- Temperature Regulation, [github репозиторий]. Режим доступа: https://github.com/vesord/Temperature_regulation — (время обращения 21.12.2020)
