14. februar, 2011

Elektronski termostat s senzorjem KTY 81

Slike KTY 81 KTY 1 - Elektronski termostat s senzorjem KTY 81Zima je tu in z njo tudi vsakoletni problemi v zvezi z njo. Vsi smo se že srečali z neprijetnimi posledicami prenizkih temperatur. Za nekoga je prenizka temperatura 5 °C, če v nekem prostoru prezimuje občutljive rastline, za nekoga drugega pa je spodnja temperatura šele pri -4 °C, če v prostoru hrani le jabolka. Padec temperature pod 0 °C v prostorih z ozimnico ni preveč zaželen. Jabolka sicer še kar dobro prenašajo mraz, krompir pa kar hitro pomrzne in spremeni svoj okus: postane sladek. Če se nam to zgodi že v začetku zime, bomo lahko »uživali« v teh sladkostih vse do pomladi, ali drugače povedano – navaditi se bomo morali na sladek pražen in ocvrt krompir ali pire. Če poskrbimo za vzdrževanje primerne temperature v prostoru, bomo za te sladkosti prikrajšani, vendar nam ne bo žal. V vaš zamrzovalnik že kar zdajle postavite posodico z vodo, da boste imeli dovolj ledenih kock za umerjanje termostata!

Slike ni

Odločili smo se, da v času nižjih temperatur predstavimo izdelavo elektronskega termostata z relejskimi izhodi, ki bodo skrbeli za vzdrževanje temperature prostora znotraj nekih meja. Če bo temperatura v prostoru nižja od nastavljene spodnje meje, se bo vklopil rele za ogrevanje, če pa bo višja od zgornje nastavljene meje, se bo vklopil rele za ohlajanje, ki lahko poganja klimatsko napravo ali ventilator za zračenje prostora (odpiranje oken).

Naloga ne bo pretežka, saj je vezje dokaj enostavno. Izdelave elektronskega termostata s senzorjem KTY 81 se zato lahko loti vsak, ki je že kdaj spajkal elemente na tiskano vezje. Tokrat ne bo potrebno znanje programiranja (Bascom), ker pri tej nalogi nismo uporabili mikrokontrolerja (čeprav bi bila to zanj lahka naloga!), niti SMD elementov, ampak čisto klasične elemente za montažo in spajkanje »skozi luknjo« THT (through-hole technology). Vezje je prilagojeno vgradnji v ohišje PP-68, ki je naprodaj tudi v naši spletni trgovini.

Slike ni

Slike ni

Če boste za napajanje uporabili stabiliziran vir napetosti 12 V, boste v vezju naredili le prevezavo (kratek stik) med emiterjem in kolektorjem tranzistorja Q3. V tem primeru tudi ne bodo potrebni elementi, ki so na shemi v označenem pravokotniku in zagotavljajo stabilno referenčno napetost senzorju in potenciometrom. Če boste termostat napajali z adapterjem, priporočam, da poskrbite za stabilno referenčno napetost z napetostnim virom in vgradite tudi elemente, ki so temu namenjeni. V tem primeru ne smemo narediti prevezave! Zener dioda ima lahko poljubno vrednost od 5 do 11 V (izhodna napetost bo okrog 0,7V nižja), vendar moramo vedeti, da vrednosti, ki so izpisane na naši karakteristiki za 12-voltno referenčno napetost, potem ne veljajo več. Pri umerjanju termostata se držimo pravila, da nastavimo padec napetosti na senzorju pri 0 °C na polovico te referenčne napetosti.

Delovanje vezja

Slike ni

Stabiliziran napajalnik

Slike ni

Temperaturnemu senzorju KTY 81/210 se s spremembo temperature spreminja upornost. Serijsko s to upornostjo imamo upornost, ki je konstantna, zato se bo padec napetosti na senzorju zaradi spremembe temperature (in z njo lastne upornosti) spreminjal. Višino te napetosti bomo opazovali s komparatorjem, ki jo bo primerjal z nastavljeno. Pri nizkih temperaturah bo skrb za dovolj visoko temperaturo prostora odvisna od delovanja invertirajočega komparatorja U1A, ki krmili rele RE1. Pri višjih temperaturah pa bo za hlajenje poskrbel U1B, ki je spojen neinvertirajoče in bo upravljal z delovanjem releja RE2. Oba komparatorja imata tudi povratni vezavi za zagotavljanje histereze vklopa in izklopa. Nastavljiva bo tako najnižja kot tudi najvišja temperatura v prostoru. V kakšnem območju bomo lahko nastavljali spodnjo in zgornjo temperaturo, bomo lahko določili z nastavitvijo vgrajenih večobratnih trimer potenciometrov TR1 in TR2, želeno temperaturo delovanja relejev znotraj posameznega nastavljenega območja bo kasneje uporabnik lahko nastavljal s potenciometrom.

Sestavljanje vezja

Slike ni

Najprej, kot je že običaj, prispajkamo vse morebitne žične prevezave na vezju, potem ležeče upore. Sledi podnožje (če boste LM 393 imeli v podnožju), diodi BAT85 in diodo za zaščito polaritete napajanja D3. Potem sledita MOSFET tranzistorja BS170, letvice za priključitev obeh potenciometrov, večobratni trimer potencimetri TR1, TR2 in TR3, ki so vsi pokončni, obe LED diodi in sponke ter čisto na koncu še oba releja. Napajanje bomo priključili prek napajalne vtičnice, ki jo bomo namestili na eno od stranic ohišja. Potenciometra bomo pritrdili na zgornji del pokrova. Senzor priključimo na sponki SP1 in SP2.

Umerjanje vezja

Slike ni

V šoli smo se pri fiziki nekoč učili, da je temperatura vode, v kateri plavajo kocke ledu, okrog 0 °C. O tem smo se med preizkušanjem našega termostata tudi prepričali in popolnoma drži, vendar mora biti volumsko razmerje voda : led okrog 1:1. Če je vode več, je temperatura takšnega koktajla lahko precej višja, celo tja do 6 °C! Pri razvoju vezja smo temperaturo ves čas preizkušanja termostata primerjali z vrednostmi, ki smo jih prebrali z 1-Wire temperaturnim tipalom DS18S20 priključenim na MiniPin razvojno ploščico. Vrednost temperature s tega senzorja odčitavamo serijsko v obliki številke – konkretne vrednosti temperature, zato se nanjo lahko zanesemo. Program za branje temperature deluje z vsemi AVR mikrokontrolerji in ga na za vaš Minipin na zahtevo lahko brezplačno dobite v uredništvu revije Svet elektronike. Senzorju pred potapljanjem v vodo dobro izoliramo priključke! Še najbolj se izkaže zalivanje z vročim lepilom (lepilna pištola), čez vse skupaj pa namestimo še termoskrčljivo cev. Vsaj polovica ohišja senzorja mora ostati prostega, torej brez lepila in zaščitne cevi.

A - Nastavitev padca napetosti na senzorju pri  0 °C

Temperaturo prostora bomo merili s senzorjem KTY 81/210, ki ima upornost pri 25 °C okrog 2000 Ohmov. Mi bomo točno vrednost padca napetosti na njem nastavili z večobratnim trimer potenciometrom TR3. Senzor bomo umerili tako, da ga bomo potopili v vodo z ledom, ki ima temperaturo okrog 0 °C . Padec napetosti na njem bomo ob tem nastavili na točno 6,00 V.

B - Nastavitev najnižje temperature prostora:

Potenciometer POT1 bomo zavrteli tako, da dobimo v točki UREF_LO (glej shemo) najnižjo napetost, torej v tisti skrajni položaj, ko bo njegova upornost najnižja. Zdaj moramo toliko časa vrteti trimer TR1, da postane napetost UREF_LO na primer 6,00 V. To bi nekako ustrezalo temperaturi okrog 0 °C, vendar je prav, da delovanje še preverimo s senzorjem DS18S20 in MiniPinom. S tem smo nastavili najnižjo točko temperature, ki jo bo uporabnik lahko nastavil s potenciometrom. Najnižjo nastavljivo temperaturo za vklop ogrevanja lahko seveda nastavimo tudi niže, recimo na – 10 °C, če nam to zadostuje. Če bo padec napetosti na senzorju manjši od te nastavljene vrednosti, bo temperatura v prostoru pod nastavljeno najnižjo vrednostjo in se bo vklopil rele za ogrevanje.

C - Nastavitev najvišje temperature prostora:

Potenciometer POT2 bomo zavrteli tako, da bomo dobili v točki UREF_HI (glej shemo) najnižjo možno napetost, torej v tisti skrajni položaj, ko bo njegova upornost najnižja. Zdaj moramo toliko časa vrteti trimer TR2, da postane napetost UREF_HI na primer 6,35 V. To bi ustrezalo temperaturi okrog 15 °C, vendar je prav, da delovanje še preverimo s senzorjem DS18S20 in MiniPinom. Najnižjo nastavljivo temperaturo hlajenja (ali zračenja) lahko seveda nastavimo tudi niže, recimo na 5 OC, če nam to bolj ustreza.

Zaključek

Naš elektronski termostat s senzorjem KTY 81 bo prav gotovo našel veliko možnosti uporabe, saj so elektroniki po naravi zelo iznajdljivi in praktični. Dobra lastnost termostata je tudi ta, da sta meji za vklop obeh relejev nastavljivi (z večobratnimi trimer potenciometri na TIV) in se lahko tudi prekrivata, točna temperatura posameznega območja pa je nastavljiva s potenciometrom in je za nastavitev na voljo uporabniku. S tem se izognemo nastavitvam želene temperature v neprimernih območjih, na primer vklopu klimatske naprave pri 0 °C, ali ogrevanja pri 25 °C. Želimo vam veliko uspeha pri delu!

Kosovnica

  • 2 Q1, 2           BS170
  • 1 U5               1N4007
  • 2 U2, U4         BAT 85
  • 1 LD1             DIODA LED 3MM RDEČA
  • 1 LD2             DIODA LED 3MM ZELENA
  • 1 U10             LM393AH
  • 2 RE1 – RE2    RELE JS1E-12V
  • 2 TRM4, 5       220E
  • 1 TRM1           100k
  • 3 R11, 20, 21  1 kE
  • 1 R17             1.3 K
  • 1 R15             10 k
  • 1 R24             47 k
  • 3 R14, 19, 23  100 E
  • 1 R12             120 E
  • 3 R13, 18, 25  680 E
  • 1 R16             807 E
  • 1 R22             820 E
  • 5 SP1-SP10     SPONKA 2 POLA
  • 1 TISKANO VEZJE
  • 1 KTY-81

Celotni članek

Tiskano vezje

Stabiliziran adapter

Elektronski termostat s senzorjem KTY 81

2010_SE171_51