sterownik pieca węglowego.pdf

Forum Czytelników

Sterownik pieca węglowego

Każdy z nas próbuje oszczędzać energię oraz

racjonalnie ją wykorzystywać. Związane są

z tym mniejsze koszty, jak i dbałość o nasze

środowisko. W artykule chciałbym się skupić

nad możliwością sterowania najzwyczajniej−

szym piecem centralnego ogrzewania, który

możemy spotkać w domach jednorodzin−

nych. Ma to na celu maksymalne wykorzy−

stanie opału oraz wygodę w eksploatacji

tychże pieców. Dość ciągłego sprawdzania −

co tam się dzieje w naszym piecu! Każdy

oczywiście chciałby, aby można było nasta−

wić pożądaną temperaturę wody w instalacji

centralnego ogrzewania bez konieczności

ciągłego dokładania opału, czy też zamar−

twiania się o zbyt duży wzrost temperatury

wody w c.o. (jak wiemy nie jest to pozytyw−

nym zjawiskiem). Osobiście miałem podob−

ne problemy, dlatego postanowiłem wykonać

sterownik do mojego pieca.

Układowi po−

stawiłem następu−

jące wymagania:

1. Pomiar tempe−

ratury w trzech

punktach (max.

w czterech) − na

piecu, na bojlerze

z ciepłą wodą oraz

w pomieszczeniu,

w którym znajdu−

je się sterownik.

Najważniejszy

odczyt stanowi

temperatura na

piecu, ponieważ

względem niej do−

konywane są na−

stawy. Pozostałe

pomiary tempera−

tury są opcją czy−

sto informacyjną.

2. Odczyt wska−

zań sterownika

(temperatur, alar−

mów, nastawów,

itp.) za pomocą

LCD 16*1 (16*2).

3. Sterowanie pompką wodno−cyrkulacyjną.

Ważne jest, by pompka nie pracowała na „próż−

no”, np. gdy w instalacji jest zimna woda lub

gdy temperatura wody w piecu jest zbyt mała.

4. Sterowanie wentylatorem wtłaczającym

powietrze, który jest potrzebny do procesu

spalania.

ną zaletą tych czujników jest brak kalibracji

oraz dość dobra dokładność w odniesieniu do

ceny. Do sygnalizacji dźwiękowej użyłem

buzzera, który ożywa podczas przyciskania

S1, S2, S3 oraz w krytycznych sytuacji: np.

Opis układu

Schemat blokowy przedstawiony został na

rysunku 1 , natomiast schemat ideowy na ry−

sunku 2 .

Sercem sterownika jest mikroprocesor

AT89C4051 współpracujący na I 2 C ze zna−

nym przetwornikiem A/C PCF8591. Dzięki

niemu analogowe sygnały z czujników tempe−

ratury LM35 (U3−U6) zamieniane zostają na

słowo cyfrowe zrozumiałe dla mikrokontrole−

ra. Jako napięcie odniesienia przetwornika

A/C użyłem układu LM385/1,2V (U8). Waż−

Rys. 1 Schemat blokowy

Rys. 2 Schemat ideowy

Elektronika dla Wszystkich

Forum Czytelników

przegrzanie wody w piecu T>94 o C. Układ nie

jest zbyt skomplikowany, gdyż wszystko

skupia się w obszarze oprogramowania

AT89C4051.

Sl, S2, S3 to przyciski sterujące pracą układu:

Sl (czujnik) − dokonujemy wyboru czujni−

ka, którego odczyt temperatury chcemy uj−

rzeć na LCD.

S2 (Todn) − sprawdzamy aktualnie usta−

wioną temperaturę odniesienia, czyli tempe−

raturę wody w piecu, do której utrzymania

sterownik będzie dążył. Poprzez dłuższe

przytrzymanie przycisku (około ls) dokonu−

jemy zmiany Todn z krokiem co 2 o Cwza−

kresie od 56 do 86 [ o C].

S3 (on/off) − w momencie włączenia zasi−

lania przycisk ten służy do uruchomienia ste−

rownika, a w momencie działania do ręczne−

go włączenia lub wyłączenia wentylatora.

Załączenie wentylatora i pompki następuje

poprzez przekaźniki 5−woltowe (K1, K2)

wysterowane przez tranzystory T1 i T2,

wprowadzane w stan nasycenia stanem ni−

skim z wyjść mikrokontrolera. Do sygnaliza−

cji wzrokowej włączenia pompki i wentyla−

tora użyłem diod LED (D2, D3).

lator działa, mikroprocesor sprawdza co czte−

ry minuty, czy temperatura zmienia się, jeże−

li dwukrotnie będzie niezmienna (8min),

wówczas wentylator zostanie wyłączony. Je−

żeli natomiast kolejne trzy sprawdzenia wy−

kryją, iż temperatura jest za każdym razem

mniejsza od poprzednio przepisanej − wenty−

lator zostanie bezwzględnie wyłączony. Za−

wsze możemy go włączyć przyciskiem S3.

Wszelkie nastawy oraz parametry czaso−

we zostały dobrane doświadczalnie.

my włączyć sterownik lub silnik, stojąc przy

piecu (np. podczas dokładania opału).

Płytka „LCD” przedstawiona została na

rysunku 4 . Znajdują się na niej podzespoły

związane z odczytem temperatur oraz przyci−

ski sterujące (Sl, S2, S3). Płytkę tę umieści−

łem w mieszkaniu. Jako przyciski najlepiej

użyć mikrostyków typu Reset 9mm. Lutuje−

my je od strony druku.

Największy problem może być ze znale−

zieniem odpowiedniego wentylatora nadmu−

chowego. Najczęściej w sklepach możemy

spotkać zwyczajne wentylatory łazienkowe,

których nie polecam ze względu na ich małą

wydajność. Piecowi musimy zapewnić dużą

ilość powietrza, by mógł prawidłowo działać.

Najlepszy jest wentylator typu ślimakowego

na napięcie sieciowe, przykładem odpowie−

dniej budowy może być nadmuch z Fiata

126p. Wentylator łączymy z piecem, pamię−

tając o zapewnieniu szczelności. Na rynku

znalazłem dobry wentylator − AXC 100, jed−

nak dość wysoka jest jego cena 300−400 zł.

Można też do niego dokupić powietrzny za−

wór przepływowy, który zabezpiecza przed

dostawaniem się „fałszywego” powietrza.

Wszelkie rury łączeniowe możemy nabyć

w sklepach z materiałami budowlanymi. Do−

bieramy je w zależności od typu naszego

pieca oraz od kształtu otworu wlotowego

w piecu. W piecu, którym dysponowałem,

fabrycznie był już przygotowany wlot po−

wietrza z wentylatora. Pozostało mi jedynie

zapewnić szczelność, aby do pieca wpadało

wyłącznie powietrze z wentylatora. Objawia

się to następującym działaniem − w momen−

cie, kiedy wentylator nie działa, w piecu bra−

kuje tlenu podczas procesu spalania. Dzieje

się tak do momentu, kiedy temperatura nie

spadnie poniżej Todn−1, następuje załączenie

wentylatora, prawidłowe spalanie i powolny

wzrost temperatury wody w instalacji, która

ciągle krąży, oddając ciepło w całym domu.

W przypadku zastosowania wentylatora

o zbyt małej wydajności, ilość wtłoczo−

nego powietrza może być za mała do

spalenia opału. Wówczas cała idea stero−

wania piecem będzie niepoprawna!

Montaż i uruchomienie

Z montażem nie powinno być żadnych pro−

blemów. Czujniki nie wymagają kalibracji.

Należy pamiętać, żeby czujniki połączyć

z płytką ekranowanymi przewodami oraz za−

opatrzyć je w kondensatory 100nF. Sterow−

nik składa się z dwóch płytek.

Płytka „zasilacza” przedstawiona została

na rysunku 3 . Umieściłem na niej przekaźni−

ki, stabilizator napięcia 5V (U1) oraz przy−

cisk typu Reset (S3B), który jest równoważ−

ny z przyciskiem S3 (on/off). Płytka ta, skry−

ta w obudowie, umieszczona jest w pomie−

szczeniu gdzie znajduje się piec. Dodatkowy

przycisk S3B staje się przydatny, gdy chce−

Opis programu sterownika

Program można ściągnąć ze strony interneto−

wej EdW www.edw.com.pl z działu FTP. Do

napisania i skompilowania programu użyłem

pakietu BASCOM 8051. Na wstępie wspom−

nę, iż napisanie programu było ciężkim zada−

niem w odniesieniu do pieca c.o. ze względu

na dużą stałą czasową tego obiektu cieplne−

go. Opis programu podzielę na części, aby

był on bardziej zrozumiały:

Działanie pompki

Pierwsze załączenie następuje, gdy tempera−

tura T wody w piecu przewyższy 50 o C. Jeże−

li T osiągnie Todn (temperaturę pożądaną,

ustawioną opcjonalnie), ponowne załączenie

nastąpi gdy T=Todn. Wyłączenie pompki na−

stąpi zawsze gdy T<49 o C. W przypadku nor−

malnej pracy bliskiej Todn sterownik wyłą−

czy pompkę (gdy T=Todn−3). Kiedy tempe−

ratura wzrośnie powyżej 90 o C, zostaniemy

szybko poinformowani cyklicznym alarmem

dźwiękowym.

Rys. 3 Schemat montażowy „zasilacza“

Rys. 4 Schemat montażowy „LCD“

Praktyczne wnioski

Po roku eksploatacji i wielu popraw−

kach programu, które, jak każdy wie, są

nieuniknione, ze względu na nowe roz−

wiązania i pomysły, mogę zrobić małe

podsumowanie:

− nie występują już sytuacje przegrzania

wody w instalacji c.o.,

− obsługa pieca stała się mniej uciążliwa,

mamy cały obraz procesu w piecu na LCD,

− odczuwa się wrażenie kontroli nad spa−

laniem opału,

− ważnym aspektem jest również fakt, iż

w momencie zaniku napięcia sieciowego

(220V) zatrzymuje się pompka cyrkulacyj−

na. Jeżeli odpowiednio nie zareagujemy,

Działanie wentylatora

Pierwsze załączenie następuje ręcznie, wenty−

lator działa do czasu osiągnięcia temperatury

Todn, z czym wiąże się oczywiście jego wy−

łączenie. Ponowne załączenie nastąpi, gdy

woda w instalacji zostanie schłodzona do

temperatury Todn−1. Sterownik będzie dążył

do utrzymania zadanej temperatury. W pro−

gramie przewidziałem automatyczne wyłą−

czenie wentylatora, zostaniemy powiadomie−

ni o tym alarmem dźwiękowym. Sytuacja ta−

ka nastąpi, kiedy w piecu nie będzie wystar−

czającej ilości opału do utrzymania Todn lub

też kiedy piec będzie wygasał. Kiedy wenty−

Elektronika dla Wszystkich

Forum Czytelników

to w piecu bez sterownia przegrzanie się wo−

dy w c.o. mamy pewne (brak obiegu wody +

stały dopływ powietrza). Natomiast w roz−

wiązaniu ze sterownikiem dopływ powietrza

jest na stałe zamknięty i uszczelniony – to

wentylator przejmuje zadanie nadmuchu po−

wietrza. Podczas zaniku napięcia zarówno

pompka nie pracuje, jak i wentylator, dlatego

nie ma spalania i zagrożenia przegrzaniem

się wody w instalacji. Zastosowałem również

zabezpieczenie programowe, które zawsze

obsługuje pompkę – oczywiście przy włączo−

nym sterowniku, przeciwdziała to chwilo−

wym zanikom napięcia zasilającego.

Życzę miłego eksperymentowania, zima

tuż−tuż.

Wykaz elementów

Rezystory:

R1−3 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1k ΩΩ

R4,,R6,,R7 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..470

T1−T3 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..BC557

U1 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..7805

U2 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..AT89C4051

U3−U6 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LM35

U7 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..PCF8591

pottencjjomettrr

R8−R10,,R12 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3,,3k ΩΩ

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..10k ΩΩ

Kondensatory

C1,,2 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..33pF

C3,,C4 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..100nF cerramiiczzny

C5,,C6 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..100µF//16V

C7 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1µF//16V

C8−C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..10µF//16V

Półprzewodniki

D1,,D4 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1N4148

D2,,D3 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LED czzerrwona

U8 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LM 385//1,,2V

W1 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LCD 16*1

Pozostałe

J1−J4 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ARK2

K1,,K2 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..RM81//5V

S1,,S2,,S3,,S3B .. .. .. .. .. .. .. .. ..miikrrosttykii ttypu Resett 9mm

Y1 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..rrezzonattorr kwarrcowy 12MHZ

Y2 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..BUZZER 5V

Zasiillaczz 9V//450mA

Krzysztof Nawacki

krzysztofnawacki@wp.pl

Elektronika dla Wszystkich

R5 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..10k

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: