PL168024B1 - Cyfrowy regulatortemperatury - Google Patents

Abstract

Cyfrowy regulator temperatury sterowany mikrokontrolerem, posiadający układy wyświetlania i zadawania parametrów oraz układ pomiaru czasu, współpracujący z rezystancyjnym czujnikiem temperatury, znamienny tym, że mikrokontroler (uP) połączonyjest z rezystancyjnym czujnikiem temperatury (TRS) poprzez układ interfejsu analogowo-cyfrowego (IAC), którego wejście (Rla)jest połączone zwyjściem (X) bloku polaryzacji (PB) oraz z jednym z wyjść bramki transmisyjnej (KI), sterowanej sygnałem (SI) z mikrokontrolera (uP), drugie wyjście bramki (KI)jest połączone wejściem wtórnikanapięciowego (F) oraz z wyjściem drugiej bramki transmisyjnej (K2) sterowanej sygnałem (SD) z mikrokontrolera (uP), której drugie wyjście jest połączone z końcówką (Y) bloku polaryzacji (PB) i jednym z wyprowadzeń rezystora wzorcowego (RR); drugie wyprowadzenie rezystora (RR) jest połączone za pośrednictwem wejścia (Rlb) interfejsu (IAC) z drugim wyprowadzeniem czujnika (TRS) oraz z wejściem (+) wzmacniacza całkującego (I) i z jednym z wejść komparatora (C), zaś wyjście wtórnika (F) dołączone jest poprzez rezystor (IR) do wejścia (-) wzmacniacza (I) oraz dojednej z końcówek kondensatora (IC)i trzeciej bramki transmisyjnej (K3), przy czym bramka ta jest sterowana sygnałem (SR) z mikrokontrolera (uP), a drugie wyjście bramki (K3) połączone jest z drugą końcówką kondensatora (IC) oraz z wyjściem wzmacniacza całkującego (I) i drugim wejściem komparatora (C). którego wyjście połączone jest z wejściem mikrokontrolera (uP) sygnałem (SC)

Description

Przedmiotem wynalazku jest cyfrowy regulator temperatury przystosowany do regulacji temperatury pomieszczeń, budynków i wody użytkowej.

Znanych jest wiele układów cyfrowej regulacji temperatury takich jak np: z polskiego opisu patentowego nr 133 319. Przedstawiony tam regulator temperatury posiada czujnik temperatury umieszczony w obiekcie regulacji i połączony z analogowo-cyfrowym przetwornikiem, element sterujący cyfrowego komparatora oraz sterowany generator, rewersyjny licznik i cyfrowo-analogowy przetwornik połączony z regulowanym zasilaczem mocy, który połączony jest następnie z obiektem regulacji. W regulatorze tym wyjście sterującego elementu i wyjście analogowo-cyfrowego przetwornika są połączone z wejściami cyfrowego komparatora. Wyjścia komparatora są włączone wraz ze sterowanym generatorem do rewersyjnego licznika, drugostronnie połączonego z cyfrowo-analogowym przetwornikiem.

Wszystkie znane regulatory posiadają oddzielny blok przetwornika analogowo-cyfrowego, co zwiększa gabaryty regulatora i jego koszt.

Istotą regulatora według wynalazku jest to, że mikrokontroler sterujący regulacją połączony jest z rezystancyjnym czujnikiem temperatury poprzez układ specjalnego interfejsu analogowo-cyfrowego. Interfejs ten jest zbudowany tak, że jedno jego wejście jest połączone z wyjściem bloku polaryzacji oraz z jednym z wyjść bramki transmisyjnej, sterowanej sygnałem z mikrokontrolera. Drugie wyjście bramki jest połączone z wejściem wtórnika napięciowego oraz z wyjściem drugiej bramki transmisyjnej sterowanej sygnałem z mikrokontrolera. Drugie wyjście drugiej bramki jest połączone z końcówką bloku polaryzacji i z jednym z wyprowadzeń rezystora wzorcowego. Drugie wyprowadzenie rezystora jest połączone z wejściem interfejsu oraz z wejściem wzmacniacza całkującego i z jednym z wejść komparatora. Wyjście wtórnika zaś dołączone jest poprzez rezystor do wejścia minus wzmacniacza całkującego oraz do jednej z końcówek kondensatora i do trzeciej bramki transmisyjnej sterowanej sygnałem z mikrokontrolera. Drugie wyjście tej bramki połączone jest z drugą końcówką kondensatora oraz z wyjściem wzmacniacza całkującego

168 024 i z drugim wejściem komparatora. Wyjście komparatora połączone jest z wejściem mikrokontrolera. Dzięki takiemu rozwiązaniu, do przetwarzania analogowo-cyfrowego zamiast pełnego przetwornika analogowo-cyfrowego wystarczy wraz z mikrokontrolerem, i tak niezbędnym do sterowania regulacją, zastosować prosty interfejs analogowo cyfrowy.

Układ zostanie bliżej objaśniony na przykładzie wykonania pokazanym na rysunku. Fig. 1 rysunku przedstawia schemat blokowy regulatora według wynalazku. Fig. 2 pokazuje schemat interfejsu analogowo-cyfrowego.

W skład regulatora wchodzą następujące bloki funkcjonalne: mikroprocesor lub mikrokontroler uP, połączony z układem niezależnego zegara z dodatkową pamięcią danych CL+RAM, układem wizualizacji temperatury i czasu DISP, układem miniklawiatury uK oraz układem wyjściowym OUT do sterowania elementem wykonawczym H umieszczonym w obiekcie, którego temperatura poddawana jest regulacji. Wszystkie te elementy są połączone ze sobą za pomocą wewnętrznego interfejsu IINT szeregowego lub równoległego. Istotnym elementem urządzenia jest miniaturowa bateria lub akumulator BAT zapewniająca poprawne działanie zegara i pamięci w przypadku braku zasilania. Pomiar temperatury, której regulacja jest zadaniem regulatora, jest wykonywany przez procesor uP za pośrednictwem interfejsu analogowo-cyfrowego IAC bez wykorzystania standardowego przetwornika analogowo-cyfrowego za pomocą rezystancyjnego czujnika temperatury TRS umieszczonego w obiekcie.

W skład interfejsu IAC wchodzi układ polaryzacji PB, którego zadaniem jest zapewnienie odpowiedniego punktu pracy. Jest on połączony z rezystorem wzorcowym RR i rezystancyjnym czujnikiem temperatury TRS. Wyjścia PB, połączone są także za pomocą bramek transmisyjnych K1 i K2 z wejściem układu całkującego złożonego ze wzmacniacza I, rezystora IR i kondensatora IC. Bramka transmisyjna K3 połączona równolegle z kondensatorem IC ma za zadanie ustalanie warunków początkowych na kondensatorze. Z wyjściem układu całkującego połączone jest wejście komparatora C. Wyjście komparatora jak i wszystkie sygnały sterujące bramkami transmisyjnym połączone są z mikrokontrolerem uP.

Działanie układu jest następujące: W fazie nieaktywnej otwarte są bramki K1 i K3, sterowane sygnałami SI i SR z mikrokontrolera uP. W momencie rozpoczęcia pomiaru zamykana jest bramka K3 sterowana sygnałem SR z mikrokontrolera uP. Jednocześnie uP zaczyna odliczać czas otwarcia bramki K1. Po jego odliczeniu uP zamyka bramkę K1, otwiera bramkę K2 i rozpoczyna zliczanie następnego odcinka czasu, tzn. czasu otwarcia bramki K2, które jest kończone w momencie stwierdzenia osiągnięcia przez napięcie na wyjściu I napięcia Vo, za pomocą sygnału SC do procesora. Stosunek czasu włączenia bramki K1 do czasu włączenia bramki K2 jest równy z dokładnością do błędów pomiaru stosunkowi rezystancji czujnika temperatury TRS do rezystancji wzorcowej RR. Wartość temperatury jest następnie wyliczana przez mikrokontroler w zależności od charakterystyki konkretnego czujnika TRS oraz współczynnika korekcji wewnętrznego błędu bloku interfejsu IAC. Charakterystyka czujnika jest zadawana w dowolnym momencie czasu za pomocą klawiatury uK w postaci dwóch parametrów: temperatury niezrównoważenia, czyli różnicy pomiędzy temperaturą wskazaną przez czujnik a temperaturą rzeczywistą oraz nachylenia zlinearyzowanej charakterystyki czujnika - wielkości zmian jego rezystancji w funkcji temperatury. Podobnie zadanie korekcji bloku IAC możliwe jest w dowolnym momencie, choć zasadniczo następuje ono w trakcie kalibracji regulatora. Wszystkie te parametry są pamiętane w pamięci danych z podtrzymaniem bateryjnym umieszczonej w bloku CL+RAM. Po obliczeniu temperatury jest ona porównywana z temperaturą zadaną dla danego momentu czasu i w przypadku gdy jest ona niższa niż zadana, poprzez blok dopasowujący OUT wysyłany jest sygnał włączania elementu grzejnego H umieszczonego w obiekcie. W przypadku przeciwnym wysyłany jest sygnał wyłączenia. W regulatorze występuje układ zegara czasu rzeczywistego, co umożliwia nastawianie różnych wartości temperatur dla różnych pór dnia i różnych dni tygodnia. Wszystkie parametry temperaturowe i czasowe są pamiętane w pamięci danych z podtrzymywaniem bateryjnym umieszczonej wraz z zegarem czasu rzeczywistego w jednym bloku CL+RAM. Mogą być one też, w dowolnym momencie czasu, wizualizowane za pomocą bloku DISP i zmieniane za pomocą bloku uK.

168 024

OBIEKT I-[ TRS |

Fig. 1

Fig.2.

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz. Cena 1,50 zł

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Cyfrowy regulator temperatury sterowany mikrokontrolerem, posiadający układy wyświetlania i zadawania parametrów oraz układ pomiaru czasu, współpracujący z rezystancyjnym czujnikiem temperatury, znamienny tym, że mikrokontroler (uP) połączony jest z rezystancyjnym czujnikiem temperatury (TRS) poprzez układ interfejsu analogowo-cyfrowego (IAC), którego wejście (Rla) jest połączone z wyjściem (X) bloku polaryzacji (PB) oraz z jednym z wyjść bramki transmisyjnej (KI), sterowanej sygnałem (SI) z mikrokontrolera (uP), drugie wyjście bramki (KI) jest połączone wejściem wtórnika napięciowego (F) oraz z wyjściem drugiej bramki transmisyjnej (K2) sterowanej sygnałem (SD) z mikrokontrolera (uP), której drugie wyjście jest połączone z końcówką (Y) bloku polaryzacji (PB) i jednym z wyprowadzeń rezystora wzorcowego (RR); drugie wyprowadzenie rezystora (RR) jest połączone za pośrednictwem wejścia (Rlb) interfejsu (IAC) z drugim wyprowadzeniem czujnika (TRS) oraz z wejściem (+) wzmacniacza całkującego (I) i z jednym z wejść komparatora (C), zaś wyjście wtórnika (F) dołączone jest poprzez rezystor (IR) do wejścia (-) wzmacniacza (I) oraz do jednej z końcówek kondensatora (IC) i trzeciej bramki transmisyjnej (K3), przy czym bramka ta jest sterowana sygnałem (SR) z mikrokontrolera (uP), a drugie wyjście bramki (K3) połączone jest z drugą końcówką kondensatora (IC) oraz z wyjściem wzmacniacza całkującego (I) i drugim wejściem komparatora (C), którego wyjście połączone jest z wejściem mikrokontrolera (uP) sygnałem (SC).