Mirley - Elektronika i Programowanie

Układ ten stanowi system pozycjonowania kolektora słonecznego w jednej osi (obrót). Sterowanie takie dzięki ustawieniu kolektora prostopadle do promieni słonecznych zapewnia wzrost energii dostarczanej do zbiornika ciepłej wody użytkowej. Urządzenie zostało zamontowane obok fabrycznego sterownika pompy obiegowej i poprawia jego funkcjonalność między innymi przez dokładniejszy pomiar temperatury i zapewniając obrót kolektorów do cienia gdy maksymalna temperatura zbiornika zostania przekroczona a wyłączona pompa obiegowa uniemożliwia odbiór ciepła. Obrót w czasie dnia realizowany jest w bardzo prosty sposób przez ustawienia czasu działania silnika i czasu oczekiwania na obrót a zamontowane na solarze czujniki zmierzchowe w postaci fotorezystorów umożliwiają automatyczne ustawienie kolektora w pozycji wschodniej gdy słońce już zajdzie.

Działanie:

Sercem układu jest mikrokontroler U1 (ATMEGA16) wraz z rezonatorem kwarcowym X1 (16MHz) i kondensatorami C1 (22pF) i C2 (22pF). Złącze Zas (ARK3) umożliwia podłączenie napięcia zasilającego cały układ (5V do mikrokontrolera i układów pomocniczych, 24V do zasilania stycznikami silnika). Dodatkową filtrację napięcia zasilającego zapewniają kondensatory C3 (100nF) i C4 (47uF). Wyświetlacz W1 (LCD 20x4) dostarcza użytkownikowi informacji o stanie pracy użądzenia. Tranzystor T3 (BC556) oraz rezystory R6 (3,3k) i R7 (3,3k) sterują podświetlaniem wyświetlacza i umożliwiają jego wygaszenie. Rezystor R4 (47R) ogranicza prąd podświetlania W1. Potencjometr montażowy P1 służy do ustawiania kontrastu wyświetlacza LCD.

Złącza Prog , Sw, I2C umożliwiają odpowiednio: Programowanie sterownika, podłączenie klawiatury i rozbudowę urządzenia o zegar RTC. Pod postacią U2 kryją się 3 czujniki temperatury DS18B20, rezystor R8 (4,7k) umożliwia ich poprawną pracę na magistrali 1-Wire. Do komunikacji z komputerem lub drugim mikrokontrolerem został zastosowany interfejs RS-232 zbudowany w oparciu o tranzystory T1 (BC556) i T2 (BC546) oraz rezystory R1 - R3 (10k). Złącze RS232 stanowi wyprowadzenie tego interfejsu. Dla odległości od komputera większej niż 5m należy zastosować klasyczny układ MAX232 do obsługi RS232. Do pomiaru pozycji kolektora miał być wykorzystany impulsator IMP jednak w późniejszych testach okazał się zbędny. Złącze po nim można wykorzystać w dowolny sposób. Tranzystory T4 (BC556) i T6 (BC546) oraz rezystory R9 (3,3k), R10 (3,3k) i R15 (3,3k) są odpowiedzialne za poprawną pracę stycznika zmiany kierunku obrotów silnika. Podobnie działają tranzystory T5 (BC556) i T7 (BC546) oraz rezystory R11 (3,3k), R12 (3,3k), R13 (100R) i R14 (3,3k) umożliwiając działanie stycznika ruchu silnika. Zastosowanie na bazie tranzystora T7 dwóch rezystorów (R13 i R14) umożliwiło podłączenie zabezpieczającego czujnika krańcowego odcinającego prąd od silnika w przypadku awarii mikroprocesora U1.

Złącza PK (ARK2) i PR (ARK2) służą do podłączenia przekaźników (styczników) kierunku i ruchu a diody D1 (1N4007) i D2 (1N4007) zazpieczają przed przepięciami powstałymi na ich cewkach w chwili wyłączenia. Złącze Fazy stanowi połączenie z płytką kontroli faz zasilania na silniku (w układzie pracuje mały silnik trójfazowy) a złącza K1 (ARK2) i K2 (ARK3) służą do podłączenia czujników krańcowych. Dioda D3 (LED) wraz z rezystorem R18 (330R) pełni funkcję kontrolki sygnalizującej wykryte błędy w działaniu sterownika (brak fazy, uszkodzenie DS18B20, uszkodzone krańcówki, przekroczenie maksymalnej temperatury). Rezystory R16 (3,3k) i R17 (3,3k) umożliwiają poprawną pracę magistrali I2C. Prymitywnymi czujnikami naświetlenia są fotorezystory F1 i F2 a potencjometry P2 (470k) i P3 (470k) umożliwiają ustawienie czułości pomiaru.

Na rysunku poniżej przedstawiony jest zasilacz sterownika:

Układ ten jest klasycznym zasilaczem stabilizowanym dostarczającym napięć do pracy sterownika, styczników i kilku urządzeń pomocniczych. Złącze ZAS (ARK2) służy do podłączenia transformatora sieciowego. Mostek Br1 prostuje a kondensator C1 (2200uF) filtruje napięcie z niego pochodzące. Kondensatory C2 - C4 (47uF) oraz C5 (100nF) są konieczne do prawidłowej pracy stabilizatorów U1 (7824), U2 (7812) i U3 (7805). Złącza 24V (ARK2), 12V (ARK2), 5V (ARK2) i GND (ARK2) stanowią wyprowadzenie odpowiednich napięć oraz masy układu.

Schemat ideowy testera faz przedstawia rysunek poniżej:

Schemat składa się z trzech identycznych części (dla każdej z faz osobno). Złącza L1 i L2 stanowią wejście układu, należy je podłączyć równolegle do zasilania silnika. W torze pierwszym napięcie przemienne prostowane jest za pomocą mostka Br1 (1A). Rezystor R2 (47K) ogranicza prąd płynący do pozostałej części obwodu. Dioda Zenera D1 (12V) ogranicza napięcie panujące na kondensatorze filtrującym C1 (100uF) do bezpiecznej wartości. Izolację sterownika od napięcia sieciowego zapewnia transoptor OPT1 (CNY17). Jego dioda zasilana jest przez rezystor ograniczający prąd R1 (1,2k). Rezystor R3 (100k) konieczny jest do poprawnej pracy transoptora. Działanie pozostałych dwóch części obwodu jest analogiczne. Wyjściem układu są złącza F1 (ARK2) i F2 (ARK2)

Budowa:

Zasilacz można zbudować w oparciu o prostą płytkę dostępną tutaj. Jej rysunek w odbiciu lustrzanym można pobrać tutaj. Montaż płytki jest bardzo prosty a kolejność montowanych elementów całkowicie dowolna. Do układów stabilizatora konieczny jest radiator w postaci kawałka blachy aluminiowej. Pomocą przy konstrukcji może okazać się schemat montażowy dostępny tutaj

Układ do kontroli faz na silniku można wykonać wykorzystując dostępną tutaj. Rysunek w odbiciu lustrzanym znajduje się tutaj. Montaż należy rozpocząć od wlutowania jednej zworki a następnie od elementów najmniejszych do największych. Pod optotriaki należy zastosować podstawki. Rezystory R2, R5 i R8 muszą posiadać moc około 2W a jeżeli w docelowej obudowie jest więcej miejsca to można zastosować w ich roli rezystory 5W. Pomocą w konstrukcji może okazać się schemat montażowy dostępny tutaj

Dobrą obudową dla sterownika jest duża puszka instalacyjna, jak to widać na zdjęciach. Do zasilania wszystkich współpracujących układów wykorzystałem transformator torioidalny o mocy około 30W z uzwojeniem wtórnym przewiniętym na napięcie 24V. Jest on mały i bez problemu mieści się w obudowie sterownika. Do tej samej obudowy zostały też zamontowane bezpieczniki silnika, natomiast styczniki potrzebne do jego pracy zostały zamontowane w puszce na konstrukcji mechanicznej obrotnicy. Takie działanie stało się konieczne ze względu na zakłócenia generowane przez styczniki i problem z działaniem mikrokontrolera w ich pobliżu.

Wykaz Elementów:

Sterownik:

1x 47R
1x 100R
1x 330R
10x 3,3k
1x 4,7k
3x 10k
1x Potencjometr Montażowy 10k
2x Potencjometr Montażowy 470k
2x Fotorezystor

2x 22pF
1x 100nF
1x 47uF Elektrolit

1x Rezonator Kwarcowy 16MHz
2x 1N4007
1x Dioda LED
3x BC546
4x BC556
3x DS18B20
1x Mikrokontroler ATMEGA16 + Podstawka
1x LCD 20x4

Tester Faz:

3x 1,2k
3x 47k
3x 100k

3x 100uF Elektrolit

3x Dioda Zenera 12V
3x Mostek Prostowniczy 1A
3x Transoptor CNY17

Zasilacz:

1x 100nF
3x 47uF Elektrolit
1x 2200uF Elektrolit

1x Mostek Prostowniczy 3A
1x Stabilizator 7805
1x Stabilizator 7812
1x Stabilizator 7824

Programowanie:

Obsługa przerwania Timera0:

Prztimer0:
  Timer0 = 5
  Set Flaga_4ms
  Incr Dzielnik(1)
  If Dzielnik(1) = 125 Then
    Dzielnik(1) = 0
    Set Flaga_500ms
    Incr Dzielnik(2)
    If Dzielnik(2) = 2 Then
      Dzielnik(2) = 0
      Set Flaga_1s
    End If
  End If
Return

Pomiar Naświetlenia, obsługa przetwornika A/C:

Naswietlenie:
 For N = 2 To 10
   Help(n -1) = Help(n)
   Help2(n -1) = Help2(n)
 Next N
 Help(10) = Getadc(0)
 Help(10) = Help(10) - 300
 Help2(10) = Getadc(1)
 Help2(10) = Help2(10) - 300
 Foto(1) = 0
 Foto(2) = 0
 For N = 1 To 10
   Foto(1) = Foto(1) + Help2(n)
   Foto(2) = Foto(2) + Help(n)
 Next N
 Foto(1) = Foto(1) / 10
 Foto(2) = Foto(2) / 10
 
 D_foto = Foto(2) - Foto(1)
 If Poz_wysw = 2 And Wyswietlono = 1 Then Wyswietlanie = 2
Return

Pomiar temperatury za pomocą DS18B20, obsługa magistrali 1-Wire:

Temperatura:
  Disable Interrupts
  1wreset
  Select Case Ktory_ds
    Case 0:
      1wwrite &HCC
      1wwrite &H44
    Case 1:
      1wwrite &H55
      1wwrite Ds1(1) , 8
      1wwrite &HBE
      Lsb = 1wread():
      Msb = 1wread():
    Case 2:
      1wwrite &H55
      1wwrite Ds2(1) , 8
      1wwrite &HBE
      Lsb = 1wread():
      Msb = 1wread():
    Case 3:
      1wwrite &H55
      1wwrite Ds3(1) , 8
      1wwrite &HBE
      Lsb = 1wread():
      Msb = 1wread():
  End Select
 
  Enable Interrupts
 
  If Ktory_ds > 0 Then
    T(ktory_ds) = Msb * 256
    T(ktory_ds) = T(ktory_ds) + Lsb
    Help_word = T(ktory_ds)
    T(ktory_ds) = T(ktory_ds) * 10
    T(ktory_ds) = T(ktory_ds) / 16
    Help_word = Not Help_word
    If Msb.7 = 1 And Help_word <> 0 Then T(ktory_ds) = 0    'zerowanie ujemnej temp
   Else
    If Poz_wysw = 1 And Wyswietlono = 1 Then Wyswietlanie = 1
  End If
 
  Incr Ktory_ds
  If Ktory_ds = 4 Then Ktory_ds = 0
 
Return

Transmisja temperatury przez RS-232

Rs_wyslij:
 Incr Licz_help
 If Licz_help = 3 Then Licz_help = 0
 Select Case Licz_help
 Case 0:
   Help_word = T(1)
   Help_word.15 = 0
   Help_word.14 = 1
   Printbin Help_word
 Case 1:
   Help_word = T(2)
   Help_word.15 = 1
   Help_word.14 = 0
   Printbin Help_word
 Case 2:
   Help_word = T(3)
   Help_word.15 = 1
   Help_word.14 = 1
   Printbin Help_word
 End Select
Return

Fragment obsługi wyświetlacza LCD:

Wysw_lcd:
 If Wyswietlanie <> 0 Then
   Wyswietlono = 0
   Select Case Wyswietlanie
     Case 1:
       If Poz_wysw <> 1 Then
         Cls
         Lcd "Kolektor     "
         Lowerline
         Lcd "Zbiornik     "
         Thirdline
         Lcd "Piec         "
         Fourthline
         Lcd "Praca: "
       End If
       For N = 1 To 3
         Lcd_help(1) = T(n) / 10
         Lcd_help(2) = T(n) Mod 10
         Locate N , 14
         If Lcd_help(1) < 100 Then Lcd " "
         If Lcd_help(1) < 10 Then Lcd " "
         Lcd Lcd_help(1) ; "." ; Lcd_help(2) ; Chr(0) ; "C"
       Next N
       Locate 4 , 8
       If Auto_praca = 1 Then Lcd "Automatyczna" Else Lcd "Reczna      "
...
...
...
    Case Else:
      Cls
      Lcd "Error LCD"
 
   End Select
   Poz_wysw = Wyswietlanie
   Wyswietlanie = 0
   Wyswietlono = 1
 End If
Return

Część Mechaniczna:

Mechanika obrotnicy nie jest krytyczna i można ją wykonać na wiele sposobow. Ja przyjąłem taki sposob uzyskując bardzo dużą stabilność i wytrzymałość. Bez żadnego problemu konstrukcja jest w stanie utrzymać ponad 200kg (na większych ciężarach nie sprawdzałem). Do obracania został użyty silnik trojfazowy 250W (taki miałem) ale z powodzeniem wkrętarka akumlatorowa radzi sobie z tym zadaniem.

Zdjęcia Projektu: