Блок управления для электродуховки

Александр Милевский, г. Рассказово, Тамбовской обл.,
Сергей Яньшин, г. Енакиево, Донецкой обл.
В этой статье авторы приводят описание блока управления (БУ), который может использоваться как с бытовой электродуховкой, так исжарочными шкафами предприятий общепита. Этот БУ гарантировано поддерживает стабильную температуру в духовке до З00'С. Он выполнен на базе микроконтроллера (МК) типа PIC16F876A производства компании Microchip Technology Inc.
Блок управления обеспечивает поддержание в электродуховке заданной температуры в течение заранее установленного промежутка времени.


Для обеспечения совместной работы электродуховки с предлагаемым БУ необходимо:
1. Регулятор мощности духовки, если таковой имеется, установить в положение «Максимум».
2. Подключить электродуховку (жарочный шкаф) к сети через пускатель, т.к. БУ управляет включением-выключением этого пускателя.
Блок управления для электродуховки имеет следующие особенности и параметры:
• Время жарки от 0 минут до 9 часов 59 минут.
• Температура в духовке от комнатной до 300°С.
• Точность измерения температуры ±1°С.
• Гистерезис регулировки температуры 20°С (неизменяемый).
• Период контроля состояния цепи нагревателя:
• в режиме «Нагрев» (при первичном нагреве) -4 минуты;
• в режиме «Разогрев (в процессе работы) -8 минут.
Устройство можно питать как переменным напряжением 6 ... 9 В, так и постоянным напряжением от 7 до 12В.
Принципиальная схема БУ для электродуховки приведена на рис. 1.

Он собран на микроконтроллере (МК) типа PIC16F876A в корпусе PDIP с 28 выводами. Микроконтроллер тактируется внутренним кварцевым генератором МК с внешним кварцевым резонатором Х1 4 МГц. Назначение выводов этого МК, с учетом внесенного в него программного обеспечения, приведено в таблице. Для измерения температуры используется термопара К-типа (фото 1), которой комплектуются некоторые мультиметры, например DT838B.


Термопара подключается к плате с помощью винтового соединения, которое обеспечено клеммником CN2. Для термокомпенсации холодного спая термопары используется диод D1. Этот диод необходимо разместить на печатной плате со стороны печатных проводников так, чтобы он располагался как можно ближе к клеммнику CN2, а место на плате под корпусом диода и сам диод желательно обильно смазать термопастой.
Сигнал от термопары усиливается в одном из двух операционных усилителей (ОУ) микросхемы IC1 типа LM358N. Подробное описание такого усилителя приведено в [1].
Этот усилитель - это инвертирующий УПТ, коэффициент усиления которого определяется цепью ООС: R11, R12 и резистором R8. ООС через С10 обеспечивает необходимую инерционность измерения и предохраняет IC1.1 от самовозбуждения.
При калибровке термометра устройства потенциометром R5 устанавливают значение 0°С, а переменным резистором R5 - значение 100°С. Заметим, что перемычка Л отключается при калибровке термометра, во всех остальных режимах она должна быть установлена.
После усиления, аналоговый сигнал термопары поступает на вход АЦП (аналого-цифрового преобразователя) МК PIC16F876A (на вывод 2 IC3). Для индикации температуры нагрева электродуховки используется 3-разрядный 7-сегмент-ный светодиодный индикатор с общими катодами (ОК) типа Е30561-L-K2-8-W зеленого свечения с высотой цифры 14.2 мм. Метод индикации - поразрядный динамический. Разобраться в подключении этого индикатора к МК несложно, используя принципиальную схему рис.1 и приведенную в статье таблицу.

Обозначение

Назначение

1

MCLR/VPP

Вход сброса при включении (не использован)

2

RAO/ANO

Вход АЦП сигнала термопары

3

RA1/AN1

Катоды младшего разряда HL1

4

RA2/AN2/VREF-

Катоды среднего разряда HL1

5

RA3/AN3/VREF+

Катоды старшего разряда HL1

6

RA4/TOCKI

От перемычки «Калибровка»

7

RA5/AN4/-SS/

Команда включения бипера

8

VSS

Корпус

9

OSC1/CLKI

Выводы подключения кварцевого резонатора

10

OSC2/CLKO

 

11

RCO/T10SO/T1CKI

Сегмент «a» HL1

12

RC1/T1OSI/CCP2

Сегмент «b» HL1

13

RC2/CCP1

Сегмент «с» HL1

14

RC3/SCK/SCL

Сегмент «d» HL1

15

RC4/SDI/SDA

Сегмент «е» HL1

16

RC5/SDO

Сегмент »f» HL1

17

RC6/TX/CK

Сегмент «g* HL1

18

RC7/RX/DT

Сегмент «DP» HL1

19

VSS

Корпус

20

VDD

Напряжение питания 5 В

21

RBO/INT

Вход от кнопки SB1 «Плюс»

22

RB1

Вход от кнопки SB2 «Минус»

23

RB2

Вход от кнопки SB3 «Выбор»

24

RB3/PGM

Вход От кнопки SB4 «Пуск/Стоп»

25

RB4

Выход на индикатор HL2 «Время»

26

RB5

Выход на индикатор HL3 -«Температура»

27

RB6/PGC

Вход от датчика закрытия двери

28

RB7/PGD

Выход команды «Включение»

Включением и выключением пускателя электродуховки управляет электромагнитное реле К1 типа HK3FF-DC5V-15 торговой марки TATAMI, которое в свою очередь включается/выключается транзисторным ключом Q2 S8050 по команде с вывода 28 МК IC3.
«Концевик» двери духовки подключен ко входу RB6/PGC МК (вывод 27 IC3) через разъем CN3. Он замкнут тогда, когда дверь закрыта, и размыкается при открытии ее, что обеспечивает выключение духовки.
Для управления устройством используются 4 кнопки:
• SB1 - «Плюс»;
• SB2 - «Минус»;
• SB3- «Выбор»;
• SB 4 - «Пуск/Стоп».
Для звуковой сигнализации используется, так называемый, бузер (зуммер) BZ1 типа КС-1206 - звуковой сигнализатор со встроенным генератором 2,4 кГц, который включается транзисторным ключом Q1 ВС547 по команде с вывода 7 МК IC3.
Кроме того, для индикации состояния устройства используются светодиоды-индикаторы:
• HL2 - «Время»;
• HL3 - «Температура»;
• HL4 - «ТЭН/Нагрузка».
Блок питания устройства состоит из выпрямительного моста DB1 2W10, стабилизатора 5 В IC2 LM7805 и нескольких фильтрующих конденсаторов.
Устройство (см. фото в начале статьи) собрано на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита размером 89.5 х 82.5 мм. Чертеж печатной платы с расположением деталей на ней показан на рис.2.

Файл чертежа печатной платы в формате SprintLayout 6.0, файл «прошивки» МК (НЕХ-файл), а также файлы более ранних версий чертежей печатной платы в форматах PDF, DipTrace и Gerber. СКАЧАТЬ АРХИВ
О деталях
В устройстве можно использовать постоянные резисторы мощностью 0.25 или 0.125 Вт отечественного и/или импортного производства с допуском 5-10%.
Особо точные резисторы подобраны последовательным соединением двух резисторов следующих номиналов:
• R1 = 27 Oм + 27 Ом;
• R2 = 2.7 кОм + 39 Ом;
• R3 = 3.9 кОм + 51 Ом;
• R4 = 20 кОм + 1 кОм.
Переменные резисторы R5 и R12 - импортные много оборотные.
К остальным деталям особые требования не предъявляются. Так транзисторы, диоды и диодный мост можно заменять любыми аналогами, подходящими по параметрам и размерам. Вместо указанного на схеме 7-сегментного индикатора можно установить, например, аналогичный индикатор типа RL-T5614.
В качестве HL2...HL4 можно использовать светодиоды диаметром 3 мм разного цвета свечения. Причем, в позиции HL4 («ТЭН/Нагрузка») желательно устанавливать красный светодиод.
Особенности работы с БУ электродуховки
В работе устройства можно выделить три основных режима: стационарный, рабочий и аварийный.
Большую часть времени домашняя электродуховка простаивает. Поэтому этот режим назовем стационарным. В этом режиме нагреватель духовки выключен. Стационарный режим используется также для установки параметров жарки: температуры и времени. Назначение остальных двух режимов понятно из названий.
Как было отмечено выше, в устройстве для управления духовкой используются 4 кнопки.
Кнопка «Пуск/Стоп» используется для включения и выключения процесса жарки или нагрева духовки, а также осуществляет выход из аварийного режима. При включении, зуммер издает повторяющийся три раза звуковой сигнал 2.4 кГц, а при выключении одиночный сигнал той же частоты длительностью 1 с.
Кнопка «Выбор» обеспечивает переключение на индикацию данных о времени или о температуре. В стационарном режиме - это будут заданные (или устанавливаемые) параметры, а в рабочем состоянии - текущие значения температуры и времени. При выведении на семисегментный индикатор температуры светится светодиод HL3 «Температура», а времени - HL2 «Время». Причем в рабочем режиме эти светодиоды будут
моргать, а в стационарном (при установке параметров) - гореть непрерывно.
Кнопка «Плюс» в стационарном режиме обеспечивает увеличение выбранного параметра. Причем при удержании кнопки будет происходить ускоренное изменение этого параметра.
Кнопка «Минус» в стационарном режиме обеспечивает уменьшение выбранного параметра. Причем при удержании кнопки будет происходить ускоренное изменение этого параметра.
Заметим, что кнопки «Плюс» и «Минус» в рабочем режиме не работают.
Нажатие на любую кнопку сопровождается подтверждающим одинарным звуковым сигналом. Если работа какой-либо кнопки в выбранном режиме не предусмотрена, то при ее нажатии устройство выдает два коротких звуковых сигнала. Светодиод HL4 «ТЭН/На-грузка» информирует о включение нагревателя.
При работе с духовкой в любом режиме можно открывать дверцу, но при этом в рабочем режиме будет выключаться нагреватель, и останавливаться время отсчета. После закрытия дверцы работа продолжится.
Во время работы, после того как нажали «Пуск», изменять параметры нельзя.
Если при включении режима «Работа», предварительно заданная температура выше измеренной более чем на 20°С, то БУ автоматически перейдет в режим нагрева.
В этом режиме на индикацию выводится измеренная температура, мигает светодиод «Температура». При достижении порога заданной температуры включается звуковой сигнал с частотой повторения 1 Гц (раз в секунду) на 5 минут. Если в течение 5 минут не будет нажата кнопка «Стоп», то БУ автоматически выйдет из режима «Работа».
Эта особенность удобна при первом включения духовки.
Калибровка
После сборки устройства, необходимо откалибровать усилитель термопары в следующей последовательности:
• убрать перемычку J1;
• подать напряжение питания на БУ;
• на индикаторе загорится число «777» и БУ перейдет в режим измерения только температуры при этом ни одна кнопка работать не будет;
• используемая термопара помещается в сосуд с талой водой, потенциометром R5 на индикаторах выставляется 000°С.
• термопара помещается в сосуд с кипящей водой;
• подстрочным резистором R12 на индикаторах выставляется 100°С.
Если это значение выставить не удалось, то необходимо помочь это сделать с помощью R5. Затем опять проверить температуру талой воды, и, при необходимости, повторить ее установку с помощью R5. Эти операции следует произвести еще несколько раз пока показания термометра как для 0°С, так и для 100°С не будут соответствовать норме.
Затем необходимо обесточить БУ, и установить перемычку J1.
Аварийный режим
МК постоянно контролирует цепи нагревателя, используя следующий алгоритм:
• Если в течение 4 минут температура не уменьшается при выключенном нагревателе или не растет при включенном, то МК принимает решение о неисправности цепей нагревателя. Цепь нагревателя обесточивается, и БУ переходит в аварийный режим.
• При включении аварийного режима, загорается светодиод «Температура» и звучит прерывистый звуковой сигнал.
• На индикацию выводится, выставленная температура.
Необходимо, обесточить БУ, проверить целостность нагревателя, цепи его включения: разъем, реле, транзисторный ключ.
При обесточивании установки и повторном включении питания, аварийный режим не сбрасывается. Для сброса этого режима, необходимо нажать кнопку «Стоп», при включенном питании.
Литература
1. Милевский А. Простой усилитель термопары // Радиоаматор. - 2013. - №3 - С.39-40.
РА 4 '2017

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Счетчик тИЦ и PR