Teplotní senzor:

Jako teplotní senzor jsem použil obvod AD7414 od Analog Devices. Jedná se o inteligentní senzor komunikující s procesorem po sběrnici I2C. Senzor je v SMD provedení. Proto jsem udělal ještě samotný PCB na senzor.

Parametry teplotního senzoru AD7414:

• A/D převodník : 10bit
• Měřená teplota : -40 až +125°C
• Přesnost : ±0,5°C (do teploty 40°C)
• Napájecí napětí : 2,7 až 5,5V
• Proudová spotřeba : 3μA
• Pouzdro : SOT23 (6 vývodů)

Blokové schéma senzoru:

Pouzdro senzoru:

Příklad typického zapojení obvodu:

Pomocí pinu 1 (AS) se nastavuje adresa použitého senzoru. Tento pin je možné nezapojovat, uzemnit nebo připojit na Vcc. Propojení se provádí přes rezistor o hodnotě 1kΩ. Je tedy možné na jednu sběrnici zapojit tři stejné senzory, ale každý musí mít jinou adresu.

Při měření se využívá záporného teplotního koeficientu PN přechodu diody nebo tranzistoru (přechod B-E). Měří se úbytek napětí na diodě při konstantním proudu.

Data ze senzoru se přenášejí v podobě 10bit čísla. Nejnižší dva bity představují desetinné číslo, nejvyšší bit pak znaménko. Z naměřených dat se vypočte teplota podle vztahu:

Obvod dále umožňuje nastavení varování při překročení maximální nebo minimální teploty. Tuto teplotu je možné libovolně nastavit pomocí registrů obvodu. Pin 5 (Alert) představuje výstup s otevřeným kolektorem. Je možné připojit více senzorů na jednu sběrnici a vyhodnocovat alarm na všech současně.

V navržené konstrukci jsem použil kabel na propojení senzoru a termostatu o délce 2m. Je hodně důležité, jaký se použije kabel. Se stíněným jsem měl nejhorší výsledky. Dosáhl jsem vzdálenosti max 60cm, kdy ještě bylo možné komunikovat se senzorem. Nejlepší bylo použít obyčejný, čtyř žilový kabel bez stínění. Komunikace je možná až na vzdálenost 2m. Kapacita kabelu nesmí být větší než 400pF. Jinak komunikace nebude fungovat.

Dále je důležité k senzoru umístit filtrační a blokovací kondenzátor. Bez jejich použití nejde provést přesné měření. Teplota značně kolísá. Já jsem použil SMD keramický a tantalový kondenzátor.

Kompletní možnosti nastavení a použití tohoto senzoru jsou detailně popsány v datasheetu od výrobce (www.analog.com). 

Schéma zapojení:

 

Seznam součástek:

Krabička U-KP06, kabelové vývodky F0603CG-16, gumové průchodky KDF6, KDF4, síťový spínač P-B100G, objímky na LED 3mm, síťový kabel, kabel k senzoru RG-ALARM04C, piezosirénka.

Popis zapojení:

Základ zapojení tvoří MCU Atmel AVR ATtiny2313 a teplotní senzor AD7414. Senzor komunikuje s procesorem po sběrnici I2C. Teplota, při které termostat začne reagovat, se nastavuje pomocí dvou propojek na svorkovnici JP1. Je možný výběr ze čtyř hodnot a to z 50, 60, 70 a 80°C.

Nastavení teploty na SV1:

Měření teploty se aktivuje tlačítkem S1. Po aktivaci se rozsvítí zelená dioda LED1, která signalizuje aktivní stav. Pokud se nastavená hodnota teploty shoduje s teplotou naměřenou, nebo je vyšší, sepne relé K1. Tím se aktivuje zařízení. Současně se také rozsvítí žlutá LED2. Termostat je nastavený tak, že relé rozepne (vypne zařízení) pokud měřená teplota klesne o 5°C oproti teplotě nastavené. Toto opatření je z důvodu kolísání teploty kolem rozhodovací úrovně.

Při překročení teploty 90°C termostat aktivuje alarm. Při aktivaci alarmu začne houkat siréna, která je umístěna na plošném spoji spolu s termostatem. Dále se rozsvítí červená LED3, která indikuje alarm. V zařízení je také relé K2, které slouží pro spínání velké sirény v případě alarmu, popřípadě jiného signalizačního zařízení.

Pro deaktivaci je nutné tlačítko chvilku držet, a to do doby, než zhasne zelená LED dioda. Při deaktivaci se současně vypne i alarm (pokud je spuštěný).

 

Vrtání a příklad potisku předního panelu

Měřená data je možné přenášet do PC. Na plošném spoji je vyveden konektor na UART. Po připojení převodníku RS232 je možné propojit termostat se sériovým portem PC. Zařízení odesílá data o aktuální teplotě. Dále je na desce umístěn konektor pro připojení programátoru přes ISP rozhranní.

Celé zařízení je napájeno ze sítě. V krabičce se zařízením je umístěn síťový vypínač, transformátor, usměrňovač, filtrace a stabilizátor napětí. Stabilizátor je umístěn na chladiči.

Samotné teplotní čidlo se připojuje na konektor JP2. Na desce čidla jsou spolu se senzorem ještě umístěny filtrační kondenzátory a rezistor pro nastavení adresy senzoru.

 

Vrtání a příklad potisku zadního panelu

Toto zařízení je vhodné pro spínání motoru čerpadla v topném systému. Další použití je například pro spínání ventilátoru v PC, nebo pro jakékoliv jiné ovládání zařízení vlivem teploty. Při použití např. v PC lze odstranit transformátor a usměrňovač a celé zařízení napájet přímo z PC.

Je možné si zde stáhnout program do MCU a návrh plošného spoje, který je proveden v programu Eagle. Návrh je dělaný pro umístění v krabičce U-KP06. Pro tuto krabičku je možné si stáhnout také potisk předního a zadního panelu. Ten je ve formátu JPG.

Všechno označení součástek je uvedeno podle katalogu GM electronics.

Download & Odkazy

• Domovská stránka výrobce - www.analog.com
• Download katalogového listu AD7414 - 266781917AD7414_7415.pdf
• Download software do MCU - Termostat.zip
• Download podkladů pro výrobu DPS - PCB.zip