Articolul de faţă prezintă un sistem hardware-software folosit pentru monitorizarea şi controlul încălzirii unei camere folosind calculatorul personal. Problema este de actualitate având în vedere anotimpul în care suntem, sincopele în sistemele de încălzire centralizată şi costul tot mai ridicat al energiei electrice.
Componentele hardware ale sistemului propus sunt:
• Calculatorul personal cu rolul de a controla şi monitoriza evoluţia sistemului de încălzire. Cerinţa pe care acesta trebuie să o satisfacă este de a avea un conector RS232 liber pentru a se putea conecta la modulul de măsurare şi control al temperaturii.
• Modulul de măsurare şi control al temperaturii având funcţiile de a măsura temperatura reglată, de a asigura comunicarea cu calculatorul personal pe busul serial RS232, de a calcula comanda necesară pentru elementul de încălzire şi bineînţeles comanda elementului de încălzire prin intermediul modului de forţă izolat optic. În ideea realizării sistemului la un preţ cât mai mic alimentarea acestui modul se face folosind semnalele de control existente pe interfaţa RS232, semnale capabile de a asigura un curent de alimentare a modulului de maxim 10 mA – modulul consumă numai 5 mA.
• Modulul de forţă izolat optic cu rolul de a asigura comanda rezistenţei de încălzire
O altă funcţie importantă a acestui modul este de a izola galvanic modulul de măsurare şi control al temperaturii, care fiind alimentat din conectorul interfeţei seriale are masă comună cu calculatorul şi, în acelaşi timp, firele de conexiune fiind pozate prin cameră nu este permis a avea contact electric cu reţeaua de tensiune alternativă de 220V.
Componentele software ale sistemului constau în programul de management şi gestiune a sistemului de climatizare, program ce rulează pe calculatorul personal, rutinele de comunicaţie, măsurare a temperaturii şi control al elementului de încălzire, programe care rulează pe microcontrolerul PIC 16C84 din modulul de măsurare şi control al temperaturii. Aceste rutine sunt disponibile pe pagina WEB a ziarului “Electronica azi”.
Modulul de măsurare şi control al temperaturii a fost proiectat în vederea unui cost cât mai mic.
Microcontrolerul folosit este PIC 16C84, unul dintre cele mai accesibile şi comune produse ale firmei MicroChip. În vederea reducerii costului au fost reduse la minim numărul de componente necesare realizării funcţiilor modulului.
Astfel, alimentarea acestui modul este asigurată de semnalul RTS al busului RS232, semnal care poate asigura un curent de alimentare al montajului de maxim 10mA. Detalii referitoare la implentarea hardware-software a alimentării şi a comunicaţiei seriale se găsesc pe pagina WEB a ziarului. Măsurarea temperaturii se realizează cu un termistor RT1 (a cărui rezistenţă variază neliniar cu temperatura). Acest termistor este componenta rezistivă a unui circuit serie RC, capacitorul fiind C5. Prin măsurarea timpului de încărcare al capacitorului se obţine o măsură indirectă a rezistenţei termistorului, temperatura obţinându-se folosind un tabel de liniarizare aflat în memoria program a microcontrolerului. Detalii de proiectare a soluţiei sunt disponibile în pagina WEB a ziarului.
De menţionat că în cazul folosirii acestui sistem pentru controlul climatizării în mai multe camere, schema permite ataşarea a încă 4 senzori de temperatură (aflaţi fiecare în altă cameră) şi a 4 elemente de putere pentru încălzire/răcire folosite pentru controlul temperaturii în camere folosind bineînţeles câte un modul de forţă izolat optic pentru fiecare element de putere.
Modulul de forţă izolat optic asigură interfaţarea comenzii date de microcontroler (de nivel TTL) cu rezistenţa de încălzire cuplată la reţeaua de 220V alternativ şi având o putere de maxim 4 kW. Această interfaţare trebuie asigurată realizând şi separarea galvanică a circuitului de comandă de circuitul de forţă din motive de securitate. Realizat şi testat circuitul de forţă asigură o cădere de tensiune în conducţie de aprox. 1V în condiţiile în care sarcina este alimentată la o putere a rezistenţei de încălzire de 2 kW. Tiristoarele de putere folosite în montajul realizat de autor au fost T20N6 de producţie românească (IPRS). De menţionat că în cazul folosirii unor elemente de condiţionare a temperaturii ce au motoare electrice (cazul majorităţii instalaţiilor de răcire a aerului) trebuie prevăzute pe circuitul de forţă circuite de protecţie a tiristoarelor la efectul dI/dt precum şi protecţie la comanda porţii tirstorului prin efect dU/dt. Menţionez că în cazul folosirii unei sarcini rezistive aceste circuite de protecţie nu sunt necesare.
În cazul în care pe lângă rezistenţa de încălzire se cuplează la sistem şi o instalaţie de răcire se obţine un sistem de climatizare comandat de calculator. De asemenea sistemul poate fi extins (prin adăugarea a mai mulţi senzori de temperatură şi a mai multor elemente de condiţionare a aerului) la întreaga locuinţă.
n
Ing. Ionescu Constantin
Str. Starja, nr. 11, sector 4, Bucuresti
e-mail: newcata@yahoo.co.uk