В повседневной жизни терморегуляторы встречаются почти во всех устройствах, с помощью которых так или иначе необходимо регулировать или поддерживать температуру в заданных пределах. В быту такие регуляторы температуры применяют для управления температурой отопительных систем теплых полов, для управления общей системой отопления и кондиционирования дома и др.
Наиболее распространены три типа терморегуляторов:
1) электронные; 2) электромеханические; 3) механические.
Рассмотрим один из наиболее распространенных типов терморегуляторов.
Конструктивно электронные регуляторы температуры состоят из нескольких основных частей: датчика температуры, устройства обработки сигнала (процессора) и управляющей, коммутирующей части (реле или электронных ключей).
Основное преимущество электронного датчика терморегулятора — точность регулирования заданной температуры, простота монтажа и управления, надежность, мобильность. Датчики терморегуляторов позволяют программировать не только температуру, но и время включения — отключения нагрузки, что позволяет значительно экономить средства, а также поддерживать температуру в достаточно точном диапазоне.
Рис. 1. Внешний вид датчика температуры
Основной функцией датчика является своевременное обнаружение отклонений от температурного режима. При наступлении критического отклонения температуры используемого отопительного прибора от заданной (охлаждение или перегрев), термодатчик (3) выдаёт выходной сигнал на микроконтроллер (1). Действие прибора основано на сопоставлении значения аналогового сигнала термодатчика с установленным значением в микроконтроллере.
Предлагается электронный датчик температуры, основными элементами которого являются:
- Микроконтроллер.
- Инфракрасный приёмник.
- Датчик температуры.
- Потенциометр.
- Пьезодинамик.
- Светодиод синий.
- Светодиоды красные.
- Светодиод желтый.
Рис. 2. Электрическая схема
Характеристики используемых элементов:
- в качестве микроконтроллера используется процессор ATmega328p на базе Arduino Rev3: тактовая частота которого 16 МГц, обладает памятью 32 кБ;
- инфракрасный приёмник VS1838B: имеет частоту 38 кГц, дистанция приема от обычного пульта 18–20 м, угол приема 90 градусов;
- температурный датчик LM35: имеет заводскую калибровку в градусах Цельсия с погрешностью 1 %; линейная шкала зависимости С˚/В; выходное напряжение изменяется с температурой от 0мВ (0 С˚) до 1500мВ (+150 С˚);
- потенциометр поворотом движка изменяет сопротивление от нуля до 10 кОм;
- пьезодинамик: номинальная частота 4 кГц;
- светодиоды: напряжение 3,3 В;
Величины напряжения, соответствующие определённым диапазонам температур устанавливаются с помощью программы.
Программа написана на базе языке устройств Arduino, основанного на C/C++ и скомпонованного с библиотекой AVR Libc. В программе описывается оцифрованный сигнал для каждой кнопки пульта дистанционного управления. Алгоритм действия программы следующий:
1) При измерении температуры помещения, в котором находится датчик, микроконтроллер выполняет программу под выбранным номером. Рабочая программа устанавливаются с пульта дистанционного управления (кнопками от 1 до 9).
2) Нажатие на кнопку ON/OFF производит выключение отопительного прибора вместе с датчиком.
4
3) Красные светодиоды (7) используются для индикации программы, задействованной в текущий момент времени. Например, первый по счету красный светодиод, следующий за синим светодиодом (6), это первый диапазон температур, соответствующий 18C˚ и так далее. При этом красных светодиодов может быть и меньше 9 (как показано на рисунке). В этом случае в нашем распоряжении будет 5 температурных режимов. Жёлтый светодиод (8) горит при условии, когда температура в помещении ниже запрограммированной (соответствует выбранному диапазону) и дает импульс для включения отопительной системы.
В результате, в нашем распоряжении оказывается до 9 режимов работы датчика. С помощью потенциометра мы можем задавать значение температуры для первой команды, остальные программы будут увеличивать температуру с шагом в 2 градуса. Следовательно, если для 1 программы, с помощью потенциометра, задана температура 20C˚ то 2 программе будет соответствовать температура 22 С˚ и так далее.
4) В случае если температура в помещении достигнет значения более 60 С˚, пьезодинамик начнет издавать звуковой сигнал заданное программой время. При этом отопительное устройство, подключенное к датчику, отключится полностью. Включение отопительного прибора предусмотрено только после перезагрузки системы.
Рис. 3. Печатная плата
В отличие от применяемых датчиков температуры данное устройство обладает следующими преимуществами:
1) Применение используемых компонентов позволяет снизить влияние помех от переменных электромагнитных полей.
2) Использование процессор ATmega328p позволяет осуществлять программное управление переключением порога срабатывания датчика.
3) Пульт дистанционного управления позволяет осуществлять переключение температурных диапазонов датчика на расстоянии.
4) Имеется возможность плавной регулировки точки срабатывания датчика внутри выбранного диапазона.
5) Цена прибора ниже в 2–3 раза аналогичных моделей.
6) Универсальный и простой в управлении.
