auto mat ska regulacija temperature

TEHNIČKA ŠKOLA PULA

J. Cvečića 7

52100 Pula

Ime i Prezime: Mario Celija

Razred: 4. ET.

Smjer: Elektrotehnika

Zanimanje: Elektrotehničar

AUTOMATSKA REGULACIJA TEMPERATIRE

Pula, 12.5.2008. Mentor: Romeo Šain Rok završnog ispita: ljetni rok

SADRŢAJ

1.-Uvod 1.1-Temperatura 1.2-Toplina

1.3-Termometar

2.-Blok shema automatiziranog sustava

3.-Princip rada sklopa

4.-Izrada 4.1-Popis elemenata

4.2-Shema sklopa

4.3-LCD ekran (GDM1602E)

4.4-Temperaturni senzor (DS1612)

4.5-Programiranje PIC-a

4.6-Shema kartice

4.7-Izrada kartice 4.8-Sklop u radu

5.-Zaključak

6.-Literatura

2

1.-UVOD

1.1-TEMPERATURA

Temperatura je fizikalna veličina kojom se izraţava toplinsko stanje neke tvari i jedna

je od osnovnih veličina u termodinamici. Ona ovisi o tome koliko topline sadrţi neko

tijelo odreĎene mase i tlaka. Temperatura ne moţe prelaziti s tijela na tijelo, nego

prelazi toplina, dok se temperature izjednačavaju.

Pojam temperature moţe se definirati na više načina. Osjećamo kada je neko tijelo toplije ili hladnije od našeg tijela, a uočavamo i fizikalne promjene obujma, tlaka i

agregatnog stanja koje pri tome nastaju. Na temelju toga definirane su temperaturne

ljestvice kao što su Kelvinova, Celzijeva i Fahrenheitova koje se i danas koriste u

većini primjena.

Postoji više mjernih jedinica za temperaturu. U Europi temperaturu mjerimo u

Celzijevi stupnjevima (°C), a u Americi su uvrijeţeni Fahrenheitovi stupnjevi (°F).

Jedinica SI za termodinamičku temperaturu je kelvin (K), dok se u Americi još koristi

i Rankineov stupanj.

Formule za pretvaranje brojevnih vrijednosti uobičajenih temperaturnih ljestvica:

K = °C + 273,15 °C = 5/9 · (°F - 32)

Tablica koja prikazuje neke često korištene temperature s vrijednostima izraţenim na

raznim temperaturnim ljestvicama: Opis Kelvinova Celzijeva Fahrenheitova Rankineova Delisleova Newtonova Réaumurova Rømerova

Apsolutna nula 0 -273,15 -459,67 0 559,725 -90,14 -218,52 -135,90

Fahrenheitova mješavina leda i soli

255,37 -17,78 0 459,67 176,67 -5,87 -14,22 -1,83

Talište leda/ledište vode (pri normalnom tlaku)

273,15 0 32 491,67 150 0 0 7,5

Temperatura ljudskoga tijela

310,15 37 98,6 558,27 94,5 12,21 29,6 26,925

Vrelište vode 373,15 100 212 671,67 0 33 80 60

Talište titanija 1941 1668 3034 3494 -2352 550 1334 883

3

1.2-TOPLINA

Toplina je energija koja prelazi sa jednog tijela na drugo zbog postojanja razlike u temperaturi. Kada se temperature izjednače, toplina je jednaka nuli. Toplina je vezana

isključivo za prijelaz, pa je ona procesna veličina.

Toplina je vrsta energije, označava se sa Q, a SI jedinica topline je dţul (J).

Toplina spontano prelazi sa toplijeg tijela na hladnije.

ΔQ > 0 ako je toplina predana sustavu

ΔQ < 0 ako je sustav toplinu predao okolini

Toplina se prenosi kondukcijom, konvekcijom i zračenjem.

1.3-TERMOMETAR

Termometar (grč. θέρμη "toplo" + μετρέω "mjerim") je ureĎaj koji mjeri temperaturu

ili temperaturni gradijent, koristeći razne principe.

Termometar ima dva vaţna dijela:

senzor (osjetilo), na kojem zbiva neka fizikalna promjena vezana s promjenom

temperature;

konverziju fizikalne promjene u čitljivu vrijednost (npr. skala na ţivinom

termometru).

Termometri se dijele na dvije skupine po poznavanju procesa koji stoji iza fizikalne

promjene:

Primarni termometri koriste svojstvo tvari koje je toliko dobro poznato da se

temperatura moţe točno izračunati bez nepoznatih vrijednosti, npr. na bazi

jednadţbe stanja plina.

Sekundarni termometri su prikladniji za korištenje i češće se koriste, a uglavnom su i osjetljiviji. Kod njih poznavanje procesa nije dovoljno,

termometar je potrebno kalibrirati prema primarnom termometru.

4

2-BLOK SHEMA AUTOMATIZIRANOG SUSTAVA

OSJETNIK

TEMP.

MIKRO -

KONTROLER LCD EKRAN

IZVRŠNI ELEMENT

(RELEJ)

GRIJAČ

ULAZNI

UPRAVLJAČKI

SIGNALI

5

3.-PRINCIP RADA SKLOPA

Sklop sluţi za automatsku regulaciju temperature. Sluţi za potrebe regulacije

temperature prostora ili inkubatora jer se temperatura moţe regulirati u području od -

55 °C do +125 °C. Glavni element sklopa je PIC16F84a. To je mikrokontroler koju

upravlja sklopom prema unaprijed napisanom programu (opis programa u poglavlju

4.5).

Temperatura se očitava na digitalnom senzoru DS1621. Digitalni signal se šalje

na mikrokontroler koji zatim obraĎuje dobivene podatke (prema programu). Ako je

izmjerena temperatura niţa od zadane mikrokontroler aktivira Q1 (bipolarni tranzistor)

koji radi kao sklopka. Nakon što tranzistor provede aktivira se relej koji pali trošilo.

Kad temperatura poraste iznad zadane mikrokontroler isključuje tranzistor,a time i

relej i trošilo. Dioda D1 sluţi za zaštitu tranzistora, dok je dioda D2 LED dioda koja

sluţi za indikaciju uključenosti trošila. X1 je kvartzni oscilator koji u paralelnom spoju

s dva kondenzatora generira impulse potrebne za rad mikrokontrolera. Izmjerena i zadana vrijednost temperature se ispisuje na LCD ekranu (korišteni

ekran je opisan u poglavlju 4.3). LCD se napaja iz izvora napajanja +5V.

Potenciometar RV1 sluţi za namještanje kontrasta ekrana.

Mikroprekidači (DEC, INC i SET) sluţe za namještanje ţeljene vrijednosti

temperature. Na mikrokontroleru su ulazi 12, 13 i 18 unaprijed definirani i postavljeni

u stanje logičke jedinice. Kada pritisnemo bilo koji od mikroprekidača te ulaze

spojimo na zajedničku točku i na taj način ih postavimo u stanje logičke nule.

6

4.-IZRADA

3.-POPIS MATERIJALA

Naziv Oznaka Količina

Otpornik R = 4,7k 7

Otpornik R = 390 1

Kondenzator C = 22pF 1

Dioda D [1N4148] 1

Tranzistor Q [BC547] 1

Quartz oscilator X = 400 Mhz 1

LED dioda 1

Trimer RV = 10k 1

LCD LM016L 1

Temperaturni senzor DS1612 1

Mikrokontroler PIC 16F84a 1

Mikroprekidači 3

7

4.2-SHEMA SKLOPA

8

4.3-LCD EKRAN (GDM1602E)

PIN Simbol Funkcija 1 VSS GND (uzemljenje)

2 VDD +5V

3 V0 Namještanje kontrasta

4 RS Signal za odabir registra

5 R/W Signal za čitanje/pisanje

6 E Omogućavanje signala

7 DB0 Pin za podatke








15 A +4,2V za pozadinsko osvjetljenje

16 K 0V za pozadinsko osvjetljenje

4.3-TEMPERATURNI SENZOR (DS1621)

PIN Simbol Funkcija 1 SDA Ulaz/izlaz za podatke

2 SCL Ulaz/izlaz za generator takta

3 TOUT Izlaz termostata (aktiviran kada je Tmjereno > Tzadano)

4 GND Uzemljenje

5 A2 Adresni ulaz

6 A1 Adresni ulaz

7 A0 Adresni ulaz

8 VDD Pin za napajanje (2,7-5,5V)

9

4.5-PROGRAMIRANJE PIC-A

PIC (Programmable Integrated Circuit) je mikrokontroler, takozvano „Računalo na

čipu“. Imaju Procesor i memoriju za pokretanje programa koji ovisi o ulazima i prema

njima kontroliraju izlaze. Tako da jednostavno mogu obavljati funkcije za koje je

potrebno nekoliko integriranih krugova.

Programiranje PIC mikrokontrolera moţe se činiti teško za početnike, ali danas postoje

mnogi programi koji omogućavaju lakše korištenje. Za programiranje je potreban

samo jedan od takvih programa i jeftina vanjska jedinica za povezivanje PIC-a s

računalom. Programi za PIC se mogu pisati u najjednostavnijoj verziji programskog

jezika BASIC, ili korištenjem dijagrama toka.

PROGRAM KOJIM JE PROGRAMIRAN PIC MIKROKONTROLER

'**************************************************************

'* Name : PIC-Temp.BAS

'* Author : F. San '* Date : 10.03.2008

'* Notes : Temperature control, -55°C to +125°C

'* : Using the PIC16F84 and DS1621 temp.sens

'**************************************************************

@ device xt_osc, wdt_off, pwrt_on, protect_off

Define LCD_DREG PORTB {definiranje LCD ekrana}

Define LCD_DBIT 0

Define LCD_EREG PORTB

Define LCD_EBIT 4

Define LCD_RSREG PORTB

Define LCD_RSBIT 5

{definiranje vaijabli} Temp var word {DS1621 Temperatura}

TempLo var byte {DS1621 Temp. Niţi byte}

TempHi var byte {DS1621 Temp. Viši byte}

TempX var byte {varijable za pohrnjivanje}

TempNeg var byte { " }

SetTemp var bit { " }

i2c_sda var PortA.2 {DS1621 pin za podatke}

i2c_scl var PortA.3 {DS1621 pin za oscilacije}

RelayOut var PortA.0 {pin za izlaze releja}

Sw_SET var PortA.1 {Tipkalo za postavljanje temperature}

Sw_DEC var PortB.6 {Tipkalo za smanjivanje temperature}

Sw_INC var PortB.7 {Tipkalo za povećanje temperature}

10

TrisA = %11110

PortA = 0

TrisB = %11000000

PortB = 0

SetTemp = 0

EEPROM 0,[22,0] {Početna temp. 22.0°C, pohranjena na EEprom lokaciji 0 i 1}

Read 0, TempHi {Dobivanje temprature iz višeg bytea sa EEprom adrese 0}

Read 1, TempLo {Dobivanje temperature iz niţeg bytea sa EEprom adrese 1}

Main:

gosub Read_Temp

gosub Chk_RelayOut

gosub Chk_Switches

if not settemp then gosub Disp_Temp pause 100

goto Main

Read_Temp:

i2cwrite i2c_sda,i2c_scl,$90,$ac,[0]

Pause 1

I2CWrite i2c_sda, i2c_scl,$90,[$ee]

Pause 1

I2CRead i2c_sda, i2c_scl, $90,$aa,[Temp],Error

TempNeg = " "

TempX = Temp.HighByte

if TempX >= 128 then

TempNeg = "-"

TempX = 256 - (TempX + Temp.7) endif

return

Disp_Temp: {Prikazivanje temperature na LCD ekranu}

Lcdout $fe, 1, TempNeg, Dec TempX,".", Dec (Temp.7/1*50/10),223,"C Tout:",dec

Relayout

Lcdout $fe, $c0, "(",SDec TempHi,".",Dec(TempLo/1*50/10),223,"C)"

return

Disp_SetTemp:

Lcdout $fe,1,TempNeg, Dec TempX,".", Dec (Temp.7/1*50/10),223,"C Tout:",dec

Relayout

Lcdout $fe, $c0, "Tset: ",sDec TempHi,".",Dec(TempLo/1*50/10),223,"C"

return

Error: {Prikazivanje greške na LCD ekranu}

Lcdout $fe, 1, "Error!", $fe, $C0, "Reading Temp."

11

goto Main

Chk_RelayOut:

if Temphi < 128 then 'Set Temp = pos.temp.

if temp.highbyte < 128 then 'Temp = pos.temp

if temp.highbyte = temphi then

if temp.7 < Templo then

RelayOut = 1

else

RelayOut = 0

endif

else

if temp.highbyte < temphi then

RelayOut = 1

else RelayOut = 0

endif

endif

else 'Set Temp = neg.temp.

RelayOut = 1

endif

else 'Set Temp = neg.temp.

if temp.highbyte > 128 then 'Temp = neg.temp

if temp.highbyte = temphi then

if temp.7 > Templo then

RelayOut = 1

else

RelayOut = 0

endif else

if temp.highbyte > temphi then

RelayOut = 0

else

RelayOut = 1

endif

endif

else 'Set Temp = pos.temp.

RelayOut = 0

endif

endif

return

Chk_Switches:

if Sw_SET = 0 then if SetTemp then

gosub Disp_Temp

12

else

gosub Disp_SetTemp

endif

while SW_SET = 0 : wend

if SetTemp then

Write 0, TempHi {Pohranjivanje TempHi na EEprom lokaciju 0}

Write 1, TempLo {Pohranjivanje TempLo na EEprom lokaciju 1}

endif

settemp = not Settemp

endif

if not settemp then return

if Sw_DEC = 0 then

if TempHi > 128 then if Temphi > 201 then

TempLo = TempLo ^ 1 'invert state of TempLo

if TempLo = 1 then TempHi = TempHi - 1

endif

else

TempLo = TempLo ^ 1

if TempLo = 1 then TempHi = TempHi - 1

endif

endif

if Sw_INC = 0 then

if TempHi < 128 then

if TempHi < 125 then

TempLo = TempLo ^ 1 if TempLo = 0 then TempHi = TempHi + 1

endif

else

TempLo = TempLo ^ 1

if TempLo = 0 then TempHi = TempHi + 1

endif

endif

gosub Disp_SetTemp

return

end

13

4.6-SHEMA KARTICE

Pogled na karticu i vodljive linije s donje strane

Pogled na karticu i raspored elemenata s gornje strane

14

4.7-IZRADA KARTICE

Osvjetljavanje i jetkanje kartice: Za izradu kartice koristio sam karticu s fotoslojem. To jest, na sloj plastike nanesen je

sloj bakra, a na bakar fotosloj. Osvjetlio sam ju pomoću sheme vodljivih linija. Karticu

sam stavio izmeĎu dvije ploče od pleksiglasa i osvjetlio lampom od 300W. Nakon 6

minuta osvjetljavanja karticu sam stavio u otopinu NaOH (natrijev hidroksid, 8g : 1l

vode) i lagano miješao 4 minute. Zatim sam karticu isprao vodom i počeo s jetkanjem:

karticu sam ubacio u otopinu HCl + H2O2 (hidrogen peroksid + solna kiselina, 3 : 1).

U toj otopini ostala je sve dok se nije skinuo osvjetljeni bakar. Još jednom sam isprao

karticu vodom te očistio acetonom.

Bušenje kartice: Na izjetkanoj kartici sam otočkao mjesta predviĎena za rupe. Minibušilicom sam

izbušio rupe na otočkanim mjestima.

Karakteristike mini bušilice

Napon 12-18V

Brzina vrtnje 12000-20000 okr/min

Struja ~1A

Snaga 18-45W

Svrdla Φ0,8-Φ1,2 mm

Lemljenje: Elemente sam poslagao na karticu po shemi, a zatim sam lemio element po element.

Lemilicu sam zagrijao na 300 °C i naslonio na noţicu elementa. Lagano sam dodavao

lem ţicu i polako oblikovao u pravilan lem. Pazio sam na izgled i kvalitetu lemova.

15

4.8-SKLOP U RADU

Slika 4.1 - Kartica sa zalemljenim elementima

16

Slika 4.2 - Sklop u kućištu, spreman za rad

17

Slika 4.3 - Prikaz na LCD ekranu

18

5.-ZAKLJUČAK

Izradom ovog elaborata i maturalnog rada naučio sam dosta novih stvari, ali i utvrdio

gradivo koje sam naučio u ovoj školi. Shvatio sam što zapravo znači Mooreov zakon,

koji govori da se broj elektroničkih elemenata udvostručava svakih 18 mjeseci.

Tehnologija napreduje vrlo brzo te je vrlo teško pratiti sve novitete koje ona donosi.

Izradom ovog rada susreo sam se s tehnologijama koje su relativno nove u mojoj struci

i postale su mi mnogo bliţe. Korištenje jednog mikrokontrolera umjesto nekoliko

integriranih krugova, LCD ekrana umjesto 7-segmentnog pokazivača i digitalnog

senzora temperature umjesto temperaturno osjetljivih elemenata je mnogo

jednostavnije te brţe i lakše za izradu.

19

6.-LITERATURA

Internet

Svijet Elektronike

Janko Kotur, Stanko Paunović: Analogni elektronički sklopovi

auto mat ska regulacija temperature

Documents