Сергей Степаненко
п.Арти, Свердловская обл.
Устройства, построенные на микроконтроллерах популярных недорогих серий, в настоящее время получают все большее распространение. И это не случайно. Дело в том, что их высокие функциональные возможности довольно удачно сочетаются с невысокой стоимостью и конструктивной простотой. К этой серии можно отнести и устройство, которое совсем нетрудно собрать из набора NM8036, даже имея только лишь начальные навыки радиолюбительства. Готовая конструкция представляет собой универсальный микропроцессорный блок управления, способный работать в режиме термостата или таймера и, при этом, коммутировать до четырех независимых нагрузок одновременно. Помимо прочего, в устройстве NM8036 реализован режим будильника. Общий вид готового устройства управления представлен на рис.1.
Рис.1. Общий вид устройства NM8036.
Правильно собранное устройство NM8036 имеет следующие технические характеристики:
- Напряжение питания, В: 9…15;
- Потребляемый ток, мА: <200;
- Каналы управления: 4 оптоизолированных выхода для управление мощными симисторами с током управления до 1 А или 4 логических выхода, с выходным током до 10 мА;
- Часы реального времени: полный календарь;
- Индикация: текстовый LCD 16*2;
- Звуковая индикация: микро-динамик;
- Программирование таймера с дискретностью, сек: 1;
- Максимальное количество шагов программы: 32;
- Диапазон температур термометра-терморегулятора, оС: -55…+125;
- Разрешающая способность термостатирования, оС: 0,1;
- Связь с персональным компьютером: RS232(СОМ - порт);
- Тип литиевой батареи резервного питания: CR2032 (3 В);
- Время работы часов от резервной батареи при отключении основного источника напряжения: 1 год;
- Размеры печатных плат, мм: основная плата – 125х82, плата клавиатуры – 125х24.
На базе такого устройства управления можно без труда реализовать систему управления и контроля как у вас в квартире, так и на даче или же применить устройство в собственных разработках. В рамках этой статьи предлагается вариант использования 4-х канального микропроцессорного устройства для автоматизации вашего тепличного хозяйства.
Автоматизация вашей дачной теплицы
Для этой цели устройство управления подходит, практически, идеально. Сейчас многие садоводы, не только профессионалы, но и любители предпочитают содержать на своем приусадебном участке собственное тепличное хозяйство. Да это и понятно. Ухаживая за произрастающими в теплице культурами, человек получает не только моральное удовлетворение и отдых от суеты мирской, а еще овощи, фрукты и зелень к столу, практически, круглый год. Вместе с тем, каждый садовод, конечно же, знает, что для хорошего роста культур немаловажной задачей будет являться поддержание оптимальной температуры в теплице. Практически это оказывается чрезвычайно трудно, поскольку ее круглосуточный контроль невозможен без специального оборудования в силу понятных причин.
Неплохим решением подобной проблемы может быть использование 4-х канального микропроцессорного устройства управления NM8036. Именно с его помощью садовод может организовать круглосуточное поддержание оптимальной температуры в своей теплице. Для этого, прежде всего, конструкцию необходимо правильно собрать и настроить. Информацию о том, как правильно это сделать, можно найти, зайдя на сайт.
Для начала, обе собранные печатные платы устройства управления было бы разумным установить в корпус BOX-FB04, который можно приобрести отдельно. В этих целях вам необходимо будет самостоятельно прорезать в нем несложные отверстия для индикатора, кнопок и разъемов. Платы крепятся в корпус винтами, которые входят в комплект корпуса FB-04. Общий вид печатных плат показан на рис.2.
Рис.2. Так выглядят печатные платы 4-х канального микропроцессорного устройства управления.
Для удобства подключения питающего напряжения и датчиков температуры на печатной плате устройства управления предусмотрены разъемы XS2 и XS3 соответственно.
Когда блок управления собран и работоспособен, можно непосредственно приступить к построению самой системы управления теплицей.
Прежде всего, вам необходимо определить место для размещения блока управления (он показан на рис.1). Его расположение должно быть таким, чтобы обеспечить не только свободный обзор текстового индикатора, но и доступ к кнопкам управления.
Затем нужно правильно выбрать место установки термодатчика DS18B20. Именно от его в большей мере будет зависеть точность поддержания заданной температуры в теплице. Лучше всего датчик разместить подальше от стен. После того, как датчик надежно закреплен, его подключают к блоку управления шлейфом через разъем XS3. Как правильно это сделать, иллюстрирует рис.3.
Рис.3. Подключение термодатчиков DS18B20 к блоку управления.
Теперь можно к блоку управления подсоединить и обогревательное оборудование. Однако тут есть некоторая особенность, на которую вам обязательно нужно обратить внимание. Дело в том, что все силовые выходы устройства NM8036, подключенные к разъемным контактам XS5-XS12, рассчитаны на максимальный ток 1 А. Если суммарный потребляемый ток ваших тепличных обогревателей превосходит это значение, конструкцию устройства управления необходимо немного доработать. Проще всего это сделать, если к используемым выходам XS5-XS12 подключить мощные силовые симисторы (в комплект набора NM8036 не входят) по схеме, приведенной на рис.4.
Рис.4. Способ подключения силовых симисторов.
В схеме можно применять симисторы с током включения не более 1 А в пике. Ток постоянной нагрузки при этом не должен превышать 100 мА. Для такой цели хорошо подойдут симисторы MAC223-MAC224 или BT134-BT139 в зависимости от мощности подключаемой нагрузки (см. табл.1). Если мощность нагрузки превышает 500 Вт, то симисторы требуется установить на радиатор, площадь которого должна обеспечить достаточный отвод тепла от корпуса прибора.
Таблица 1. Применение дополнительных симисторов для подключения мощной нагрузки.
| Максимальная мощность подключаемой нагрузки, кВт | Тип симистора | Максимальный ток симистора |
| 0,80 | BT134,BT136 | 4 |
| 1,80 | BT137 | 8 |
| 2,50 | BT138 | 12 |
| 3,50 | BT139 | 16 |
| 5,50 | MAC223 | 25 |
| 8,80 | MAC224 | 40 |
Поскольку в устройстве NM8036 реализована возможность установки одного и того же датчика на несколько каналов управления, можно подключить часть обогревателей к другим выходным каналам, используя дополнительные симисторы, что даст повышение надежности работы силовой части конструкции за счет перераспределения суммарного тока нагрузки по другим каналам устройства управления. На этом установку «железа» для вашей системы управления теплицей можно считать оконченной. Но для нормальной работы термостата этого пока недостаточно. Его еще необходимо запрограммировать, иными словами, проделать ряд действий, предписывающих микропроцессорному устройству термостата, как действовать при определенных условиях и по какому алгоритму. Эти действия представляют собой, своего рода, «обучение» нашего «железа».
Убедившись, что все подключения сделаны верно, подайте напряжение питания на схему устройства управления через гнездо XS2. На индикаторе правильно настроенного блока управления вы должны будете увидеть поочередное переключение между режимами вывода времени (с полной датой) и выводом температур на все 4 канала. Оба режима показаны на рис.5.
Рис.5. Отображение информации на экране блока управления.
Начать программировать термостат следует, зайдя в меню блока управления. Для этого вам нужно нажать на кнопку «Меню». При этом становятся доступными следующие режимы: «Установка часов», «Программа», «Поиск датчиков», «Параметры», «Подсветка» и «Контрастность». Навигация осуществляется клавишами «вверх»/«вниз», а клавиша «ввод» позволяет изменять и запоминать соответствующие параметры для данного пункта меню. На рис.6 показана индикация этих режимов:
Рис.6. Индикация режимов работы устройства управления.
«Обучение» термостата начинается с предварительной установки текущего времени, для чего вам необходимо зайти в режим «Установка часов». Затем можно перейти и к непосредственной инициализации (обнаружению) температурного датчика DS18B20. С этой целью вам следует выбрать режим «Поиск датчиков». При входе в данное подменю происходит задержка на несколько секунд, поскольку микроконтроллер производит поиск всех датчиков, подключенных к шине.
Если вы правильно подключили термодатчик DS18B20 к блоку управления, то датчик будет найден устройством, а на экране индикатора появится информация о нем:
Рис.7. Отображение информации на экране устройства управления о текущем состоянии температурного датчика.
Далее стрелками «влево»/«вправо» производится выбор выходного канала, а стрелками «вверх»/«вниз» производится выбор термодатчика для данного канала. Нажатием на «ввод» вы осуществляете запоминание определенного датчика для выбранного канала. Повторное нажатие «ввод» позволяет вам удалить настройки датчика из памяти на данный канал. Как уже было упомянуто выше, при программировании датчиков предусмотрена возможность установки одного и того же датчика на несколько выходных каналов управления.
Для удобства пользователя в 4-х канальном микропроцессорном устройстве управления организована энергонезависимая память, позволяющая сохранять все настройки даже при отключении питания на длительное время. Кроме того, при отключении датчиков или подключении новых датчиков не будет происходить смещение нумерации и «путаница», так как их запоминание и присвоение к каналам происходит на уровне серийных номеров.
После определения термодатчика и программирования его на работу по выбранному вами каналу, остается задать необходимые условия работы термостата, то есть, научить его работать так, как вам нужно. Для этого в основном меню вам надо зайти в подменю «Программа» (см. рис.6). На экране индикатора появится примерно следующее:
Рис.8. Экран индикатора устройства управления в режиме «Программа».
При входе в это меню стрелками «вверх»/«вниз» производится выбор канала программы, а при нажатии на кнопку «ввод» происходит вход в режим установки выбранной записи программы управления.
При первом «вводе» происходит вход в установку времени включения нагрузки, а при следующем - переход на установку отключения нагрузки. Этот режим в данном случае для нас не представляет интереса, поскольку включение-выключение нагрузки (тепличных нагревателей) происходит только в зависимости от температуры.
При последующем нажатии на кнопку «ввод» вам нужно выбрать номер канала управления, а также один из четырех режимов (охладитель/нагреватель/без нагрузки/будильник) и установка температур на включение и отключение нагрузки. Выбираем режим «Нагреватель» (на экране появляется кружок) и выставляем максимальную и минимальную температуры. Интервал между этими двумя значениями и будет являться заданным оптимальным диапазоном температур, который устройство управления будет выдерживать внутри теплицы с высокой точностью.
Последним шагом программирования устройства управления является установка времени действия режима термостатирования. Для этого достаточно выставить время действия с 2000 по 2099 год. Система контроля температуры в вашей теплице настроена и готова к работе.
Возможные варианты модернизации системы контроля температуры
Помимо основной функции, такой, как поддержание оптимальной температуры, можно без труда заставить устройство управления NM8036 обеспечивать полив произрастающих в теплице культур строго в соответствии с заданным вами графиком. Для этого, прежде всего, вам будет необходимо выбрать один из свободных каналов управления, а затем «обучить» устройство управлять подключенной к выбранному каналу нагрузкой, в качестве которой может быть электромагнитный клапан, отвечающий за подачу воды в систему полива.
Чтобы реализовать вышесказанное, потребуется зайти в меню выбора режимов, нажав на кнопку «Меню». Вам откроется уже знакомая картинка (см. рис.6). Выбирайте кнопками «вверх»/«вниз» режим программирования, после чего жмите на кнопку «ввод». На индикаторе появляется картинка, также знакомая вам (рис.8). Теперь можно непосредственно приступить к программированию таймера, который будет управлять клапаном подачи воды.
С помощью кнопок «вверх»/«вниз» вам потребуется найти свободный канал, к которому вы в дальнейшем подключите клапан и нажать на кнопку «ввод». Номер канала запоминается в памяти устройства.
Далее необходимо ввести время старта, например, 14:00:00, а затем, после повторного нажатия на «ввод», время останова 14:30:00. Далее устанавливаются дата, месяц и год. Дальнейшее нажатие на «ввод» позволит вам выбрать типа управления. В этом пункте меню устанавливаем символ «крестик» и номер канала, к примеру, «4», после чего снова жмем «ввод». Появляется меню срабатывания по периоду. Поскольку полив в теплице нужно производить либо каждый день, либо по строго определенным дням на неделе, выберите периодичность срабатывания таймера: «по определенным дням недели» и отметьте те дни, когда должен осуществляться полив. Чтобы возвратиться в предыдущее меню, вам следует нажать клавишу «Меню».
Итак, вы запрограммировали устройство управления на периодический полив по заданным дням недели с 14-00 ч. До 14-30 ч. Остается лишь подключить электромагнитный клапан к выбранному вами при программировании каналу управления. Система «Термостат - автоматический полив» готова к работе!
И последний момент. Устройство управления NM8036, как вы уже, наверно, поняли, изучив его технические характеристики, приведенные в начале этой статьи, имеет возможность подключения к персональному компьютеру посредством разъема XS1, расположенным на основной плате, через последовательный СОМ-порт ПК. Такая особенность может успешно использоваться вами для контроля за работой устройства управления на расстоянии. В целях реализации подобной идеи вам потребуется спаять кабель связи. Приобретите в любом радиомагазине две розетки типа DB9F и изготовьте кабель связи необходимой длины. Схема распайки кабеля приведена на рис.9.
Рис.9. Способ распайки соединительного кабеля с компьютером.
При использовании 4-х канального микропроцессорного устройства управления очень важным может оказаться то, что оно поддерживает полный календарь, что позволяет управлять нагрузками на времена до нескольких лет с точностью включения и отключения +/-1секунда. Разрешающая способность измерения температуры устройством составляет 0,1 градуса Цельсия, а точность соответствует заявленной точности на датчики Dallas и равна 0,5 градуса Цельсия.
Готовится к выпуску блок BM8036 – «8-ми канальный микропроцессорный таймер, термостат, часы». Данная разработка является аналогом набора NM8036. Её основные отличия: наличие восьми каналов управления, 8-ми каналов независимых нагрузок (2 А, 220 В) и законченное конструктивное исполнение. Примеры практического использования устройства приведены на рис.10.
Рис.10. Примеры практического использования блока BM8036 на даче.
Материал опубликован в журнале САМ 2006`06.
