Цель этого проекта – создать ШИМ регулятор под термопару K-типа. Планируется использовать этот контроллер для подогревателя печатных плат. Обычно сначала тестирую схемы на макетной плате, но из-за того что микросхема MAX идёт в SMD, а также то что схема довольно сложная, решил вместо этого перейти непосредственно к прототипу печатной платы.
Устройство имеет 2 потенциометра: один для управления заданной температурой, а другой – для управления скоростью вентилятора с помощью импульсов ШИМ. Есть 4 входа для 4-х переключателей / кнопок и 2 выхода для 2-х светодиодов. Контроллер может управлять как 3-х проводными, так и 4-х проводными вентиляторами с обратной связью по частоте вращения. При управлении 3-х проводными вентиляторами схема использует метод растяжения импульсов для определения скорости вентилятора.
Контроллер считывает температуру нагревателя с помощью термопары K-типа, подключенной к PIC с помощью MAX6675 (K-термопара с компенсацией холодного спая в цифровой преобразователь) по протоколу SPI. Нагреватель управляется тиристором BT136D и может выдерживать ток до 4 А. Гальваническая развязка достигается за счет использования оптрона для управления. Используется в качестве нагревателя ТЭН от фена. Вот принципиальная схема платы контроллера (клик, чтобы увеличить):
Просверлим отверстия для сквозных компонентов:
Паяем детали и провода-перемычки.
Затем спаять MAX6675 и все SMD компоненты.
Сюда пришлось припаять 6 7-сегментных дисплея. Это компоненты под сквозные отверстия, но планирую припаять их, как если бы они были SMD. Почему? Во-первых, избавляюсь от сверления еще 60 отверстий и их лучше припаять к нижнему слою, чтобы можно было установить плату прямо на корпус.
Есть еще несколько мелких вещей, которые нужно сделать с печатной платой, прежде чем она будет готова к подключению к блоку питания. Первым делом пришлось поставить кнопку сброса.
Также пришлось немного переделать 4-х контактный разъем вентиляторов. Разъем вентилятора ПК имеет 4 контакта, но задняя сторона также предназначена для 3-х контактного разъема. Таким образом, можно вставить как трех-, так и четырехпроводной вентилятор. В конце концов, оба типа вентиляторов имеют одинаковую распиновку для первых 3-х проводов. Различаются они только по четвёртому проводу.
Затем сделал 2 кнопки, провод светодиода и разъемы потенциометра:
Потенциометры напрямую подключены к аналоговым входам PIC-контроллера.
Купил термопару типа К, но она не очень быстро реагирует на изменения температуры. В итоге буду использовать одну типовую термопару К-типа от мультиметра (на втором фото).
Наконец можно подключить все разъемы на печатной плате и подключить ее к источнику питания. Далее надо подключить программатор и начать прошивать чип. Термопара готова к работе с контроллером, и контроллер готов к программированию!
Итак, вот новая принципиальная схема ШИМ регулятора:
Вентилятор ПК управляется импульсами ШИМ. Первый потенциометр регулирует рабочий цикл импульсов, поэтому скорость вентилятора можно регулировать напрямую. Программное обеспечение может считывать скорость вентилятора (из соображений безопасности), если вентилятор останавливается по какой-либо причине, нагреватель должен быть немедленно выключен. Программа имеет следующие параметры:
- GAIN_P_Constant : коэффициент усиления пропорционального значения.
- GAIN_I_Constant : множитель усиления для интегрального значения.
- GAIN_D_Constant : множитель прибыли для производного значения.
- TIME_I_Constant : интервал времени для интегрального накопления.
- TIME_D_Constant : временной интервал для расчета производной.
Эти параметры в настоящее время являются константами, но планируется оставить некоторое пространство EEPROM, чтобы сохранить их там, а также сделать процедуру пользовательского интерфейса, чтобы изменять их напрямую с помощью кнопок контроллера.
Управление нагревателем производится импульсами. Каждый пакет имеет ширину около 250 мсек. Питание от сети имеет частоту 50 Гц (период 20 мсек). Таким образом, во время каждого пика через симистор к нагревателю проходит не менее 12 полных периодов переменного тока. Интервал между пакетами зависит от расчета выхода ШИМ регулятора.
Красный светодиод соответствует всплескам мощности нагревателя. Зеленый светодиод меняет состояние каждый раз, когда накапливается интегральное значение. Планируется позже изменить функцию зеленого светодиода – использовать его как индикатор питания: если на контроллер подано питание, светодиод будет всегда гореть. Скачать файлы
