SSttteeerrrooowwwnnniiikkk ppiiieeecccaaa

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).
60
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 I2C 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−
Grudzień 2002
Rys. 1 Schemat blokowy
Rys. 2 Schemat ideowy
Elektronika dla Wszystkich
Forum Czytelników
przegrzanie wody w piecu T>94oC. 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 2oC w za−
kresie od 56 do 86 [oC].
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.
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 50oC. Jeże−
li T osiągnie Todn (temperaturę pożądaną,
ustawioną opcjonalnie), ponowne załączenie
nastąpi gdy T=Todn. Wyłączenie pompki na−
stąpi zawsze gdy T<49oC. W przypadku nor−
malnej pracy bliskiej Todn sterownik wyłą−
czy pompkę (gdy T=Todn−3). Kiedy tempe−
ratura wzrośnie powyżej 90oC, 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
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!
Grudzień 2002
61
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.
Krzysztof Nawacki
[email protected]
62
Wykaz elementów
Rezystory:
R1−33 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1k Ω
R4,R6,R7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .470 Ω
R5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10kΩ potencjometr
R8−RR10,R12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3,3kΩ
R11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10k Ω
Kondensatory
C1,2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33pF
C3,C4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF ceramiczny
C5,C6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100µF/16V
C7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1µF/16V
C8−C
C11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10µF/16V
Półprzewodniki
D1,D4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4148
D2,D3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LED czerwona
Grudzień 2002
T1−TT3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC557
U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7805
U2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .AT89C4051
U3−U
U6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM35
U7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .PCF8591
U8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM 385/1,2V
W1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LCD 16*1
Pozostałe
J1−JJ4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .ARK2
K1,K2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .RM81/5V
S1,S2,S3,S3B . . . . . . . . .mikrostyki typu Reset 9mm
Y1 . . . . . . . . . . . . . . . . .rezonator kwarcowy 12MHZ
Y2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BUZZER 5V
Zasilacz 9V/450mA
Elektronika dla Wszystkich