IDEALIZÉR = vlhkostat a termostatPT057, modul
Zakoupili jste si modul s označením PT057 - IDEALIZÉR, spojující řízení vlhkosti a teploty do jednoho zařízení. Veličiny jsou měřeny kalibrovaným digitálním čidlem a po zpracování mikrokontrolérem ATmega168 jsou zobrazeny na dvoumístném 7 segmentovém LED displeji. Hodnoty jsou zaokrouhlovány, a tak například 21,7 °C je zobrazeno jako „22“. Na displeji se rovněž zobrazují hodnoty prahu spínání pro danou veličinu a také velikost hystereze.
Zařízení jako takové se skládá ze dvou DPS, které jsou po osazení všech součástek spájeny do tvaru písmene L. Ovládání probíhá pomocí 2 páčkových přepínačů a 2 mikro-tlačítek. Kromě zobrazené veličiny jsou na čelním panelu ještě 4 LED, které zobrazují aktuální činnost idealizéru. Zařízení je vhodné jak pro použití v domácnosti, například k hlídání teploty v teráriu či měření vlhkosti ve sklepě, tak i v různých institucích, například knihovnách a archivech. Škála možných použití je samozřejmě široká a použití závisí na individuálních potřebách.
KONSTRUKCE:
Základním prvkem je digitální čidlo SHT11, které je kalibrováno výrobcem na přesnost 3% pro vlhkostní měření a pro měření teploty je výrobcem garantováno ± 0,4 °C, což pro běžné používání naprosto postačuje. Čidlo je vyrobeno v SMD provedení, samotné pouzdro pak nepřesahuje velikost 7,5 x 5 mm. Naměřená data jsou digitalizována a odeslána ve formátu podobnému I2C komunikaci. Tato data jsou přijata mikrokontrolérem ATmega168, který vypočte skutečné hodnoty naměřených veličin a dle jejich velikosti a uživatelskému nastavení vykoná příslušné instrukce. Mikrokontrolér je rovněž v SMD provedení, tím je ušetřeno značné místo na čelní DPS, kde se také nachází LED displej. Většina součástek na čelní DPS je v provedení pro povrchovou montáž, pouze displej, 4 barevné LED a přepínače s tlačítky jsou určeny pro klasické prostrčení skrze desku.
Spodní DPS je osazována výhradně klasickými součástkami s drátovými vývody (takzvané THT). Na této desce se nachází 4 relé pro připojení vysoušeče, zvlhčovače, topení a klimatizace. Dále je zde stabilizátor s výstupním napětím 5 V. Díky tomuto je zařízení možné napájet širokou škálou napětí, standardně 8 až 15 V. Při připojení vyššího napětí je však nutné zajistit lepší chlazení stabilizátoru, buďto osazením chladiče nebo zajištěním aktivního chlazení pomocí ventilátoru. Pozor však na ovlivňování měření čidla!
SEZNAM SOUČÁSTEK:
SCHÉMA:
Srdcem celého zařízení je mikrokontrolér ATmega168, který vykonává všechny důležité operace. Můžeme si povšimnout, že všechny programovatelné piny jsou využity. Hardwarový potenciál mikrokontroléru je tak využit na maximum.
Data obsahující hodnoty naměřených veličin jsou čidlem IC2 odeslány na pin PC4 mikroprocesoru IC1, přičemž PC5 slouží k časování čidla. Hodnoty jsou následně zpracovány a po dekódování vystaveny na portu D, konkrétně na pinech PD0-PD6, a v závislosti na aktivní číslici vypsána na LED displeji. Výběr čísel řídí vývody PB0 a PB1. Pin PD7 společně s piny PB2 a PB3 slouží k uživatelskému ovládání, konkrétně pro výběr teploty/vlhkosti, nastavení hystereze a nastavení referenčního prahu pro spínání. Vývody PC0-PC3 slouží k ovládání relé spínající přístroje pro úpravu vlhkosti a teploty. Relé jsou napájeny 5 V. Pro manuální vypnutí relé slouží páčkový přepínač označený STAT_ON, který přímo odpojí napájecí napětí. Na zbylých vývodech, tedy PB6, PB7, PB4 a PB5 jsou zapojeny indikační LED ukazující sepnuté relé. IC3 stabilizuje vstupní napětí na 5 V. Všechny zde použité kondenzátory filtrují napájecí napětí a potlačují rušení - kromě C3 použitého v resetovacím členu.
Kondenzátor C3 a rezistor R2 tvořící resetovací člen nejsou osazeny, neboť mikrokontrolér má tento člen integrován.
Samotné čidlo je umístěno v plastové krabičce připojené pomocí 4 linky. Čidlo není umístěno na DPS, neboť při provozu zařízení vzniká nadbytečné teplo, které by mohlo nepříznivě ovlivňovat naměřené hodnoty.
Zařízení samotné doporučujeme instalovat do krabičky, která bude vhodně chránit svorkovnice před dotykem.
Pokud bude zařízení umístěno v těsné krabičce, důrazně doporučujeme opatřit stabilizátor chladičem. Při přehřátí dojde k poklesu napájecího napětí, což vede k odpojení čidla a následně k nefunkčnosti zařízení!
OVLÁDANÍ - POPIS FUNKCE:
Před uvedením do provozu doporučujeme nechat čidlo rehydratizovat, neboť při pájení dojde k vysušení snímače, následkem čehož čidlo měří nepřesně. Pro obnovu přesnosti postačí 12 hodin při vlhkosti více než 75%, případně 5 dní při vlhkosti větší než 40%.
Po instalaci zařízení do požadované místnosti doporučujeme nechat čidlo aklimatizovat alespoň 24 hodin.
Před zapnutím přepneme přepínač STAT_ON do polohy vypnuto, čili páčku přitáhneme blíže k displeji. Toto zabrání zbytečnému zapínání či vypínání přístrojů připojených na relé při nastavování přístroje. Přepínač TEMP/HUMI je v přesně opačné poloze.
Zařízení zapneme a ihned se nám zobrazí naměřená teplota. Nyní přejdeme k nastavení teplotního prahu, čili požadované teploty. Tlačítkem SET nastavíme požadovanou teplotu, například 25 °C. Této teploty se zařízení bude snažit dosáhnout. Abychom se vyhnuli neustálému spínání topení a klimatizace v případě malého kolísání teploty, nastavíme takzvanou hysterezi. V našem případně odpovídá o kolik více a o kolik méně se může teplota změnit, aniž by došlo k reakci přístroje. Například pokud nastavíme hysterezi na 5 °C a práh je nastaven na „25“, znamená to, že přístroj bude reagovat při méně než 20 °C a při více než 30 °C. Pro dosažení optimálních výsledků je však chování přístroje ještě komplikovanější. Jako příklad si uvedeme modelovou situaci, práh a hystereze jsou nastaveny na 25 °C a 5 °C.
Při teplotě 18 °C je zapnuto topení. Při překročení hodnoty 20 °C se však zatím neustále topí, protože přístroj předpokládá, že místnost má tendenci chladnout (protože je zapnuto topení). Topení se vypíná až při naměření 26 °C. Klimatizace je rovněž vypnuta. Pokud začne teplota klesat, topení se zapne až při naměření 19 °C a opět se vypíná až při 26 °C. Pokud však teplota neustále stoupá i přesto, že se již netopí, při 31 °C se zapne klimatizace, která je zapnutá až do naměření 24 °C. Následně není zapnuto nic. Pokud teplota klesne na 19 °C, opět se zapíná topení, které topí do dosáhnutí 26 °C. Vidíme tedy, že zařízení umožňuje stav, kdy není nic zapnuto, čímž se dosáhne nižší spotřeby elektrické energie, což vede k nižším nákladům na správu místnosti.
Optimalizace relativní vzdušné vlhkosti se řeší stejným způsobem. Po nastavení termostatu přepneme přepínač TEMP/HUMI do polohy blíže k displeji. To zajistí zobrazení aktuální vzdušné vlhkosti. Opět si chování vlhkostatu ukážeme na příkladu. Práh vlhkosti je nastaven na 50% (tlačítko SET), hystereze na 10% (tlačítko HYS).
Na začátku máme vlhkost vzduchu 65%. Zařízení dá pokyn k zapnutí vysoušeče, který se vypne při naměření 49% vzdušné vlhkosti. Nyní tady není sepnuto nic, vyčkává se na pokles či zvýšení vlhkosti. Pokud klesne pod 40%, zapne se zvlhčovač fungující do hodnoty 51%. Pokud vlhkost stoupne, při 61% se opět zapne vysoušení místnosti, které se vypne po poklesu vlhkosti na 49%. Chování vlhkostatu je tak stejné jako chování termostatu.
Oproti termostatu však vlhkostat hlídá i rychlou změnu naměřené hodnoty. Vlhkost v místnosti se totiž nemění rychle, nýbrž postupně. Proto si zařízení ukládá poslední 4 naměřené hodnoty, které se nesmí lišit o více než 3%. Pokud se liší, řízení vlhkosti se odpojí, neboť se s největší pravděpodobností jedná o chybu měření či špatně přenesená data. Tato rychlá změna může rovněž být způsobena průvanem. A vlhkostat má ještě jednu vlastnost, při poklesu teploty pod 1 °C dojde k odpojení jak vysoušeče, tak i zvlhčovače bez ohledu na nastavení vlhkostatu.
Rozsahy přístroje jsou následující. Práh termostatu lze nastavit od -17 °C až po 97 °C. Maximální hodnota hystereze je 20 °C, minimálně pak 1 °C. Hodnota požadované vlhkosti může být od 2% do 97%, hystereze je v rozsahu 1-20%.
Pro zvýšení životnosti čidla a celého zařízení doporučujeme nastavovat prahové hodnoty v rozmezí: teplotní práh -9 °C – 50 °C, vlhkostní práh 20% až 80%.
Nastavené hodnoty prahu a hystereze pro teplotu i vlhkost jsou uloženy do paměti EEPROM. Tato paměť si dokáže uchovat data i při resetu zařízení nebo i po vypnutí. Tímto odpadá neustálé nastavování hodnot, pokud například dojde k výpadku proudu. Po opětovném zapnutí přístroje jsou předchozí hodnoty načteny z paměti a přístroj může pokračovat v provozu bez zásahu člověka. Toto je obzvláště výhodné pro aplikace, kde není možný častý zásah člověka, například kvůli poloze zařízení.
Další zajímavostí zařízení je tzv. WATCHDOG, tedy hlídací pes. Jedná se o ochranu proti možným chybám, například při rušení komunikace s čidlem. Pokud čidlo neodpovídá, obvod WATCHDOGu po pár vteřinách provede reset zařízení. Problémy nastávají zejména při připojení či odpojení velkých odporových či reaktančních zařízení napájených ze stejného zdroje jako celé zařízení. Kolísání napětí způsobí odpojení čidla kvůli jeho ochraně před zničením. Odpojení čidla však znemožní komunikaci. Zde se tady uplatní WATCHDOG, který způsobí reset mikrokontroléru, potažmo celého zařízení. Takto se zabrání zacyklení mikroprocesoru, které by mohlo vést k trvalému sepnutí několika relé.
Jakmile je zařízení nastaveno dle potřeby, do svorkovnic zapojte přístroje, které budou sloužit pro úpravu vlhkosti a teploty v místnosti. Zapojení svorkovnic je na následujícím obrázku. Po zapojení, nastavení a instalaci zařízení stačí přepnout páčku STAT_ON do polohy dále od displeje (blíže k tlačítkům). Idealizér je tímto v provozu!
