Sterownik rekuperatora – strona sprzętowa

Wstępna koncepcja instalacji przygotowana. Wymiennik i wentylatory czekają. Rury i obudowa centrali, to na czas wakacyjny. Mając wentylatory tego typu, możemy wstawić potencjometr i zapomnieć o całym sterowaniu. „Przeciągnąć” kabel do centrali, piękne pokrętło za ok. 150 zł na ścianę i po temacie.

Postanowiłem zrobić inaczej….

     Kiedyś za czasów studenckich „popełniłem” kilka układów na bazie mikroprocesorów Atmela. Bardzo miłe układy, które dla automatyka, dostarczają wszystkiego, czego można sobie zażyczyć. Pisanie w asemblerze było pełne przygód. Po miesiącu właściwie nie wiedziałem, co miałem na myśli pisząc daną aplikację. Mimo licznych komentarzy, programy były dość kłopotliwe w analizie. Po rozpoczęciu pracy, nie miałem czasu na mikroprocesory, a cała „para” poszła w kierunku PLC i sterowanie w automatyce.

Kiedy postanowiłem, że chcę zrobić sam sterownik do rekuperatora, przyszły mi do głowy dwa rozwiązania. Pierwsze to jakieś małe PLC. Sam sterownik można kupić, na dominującym portalu aukcyjnym, za kilka stówek. Drogo robi się, jak chcemy kupić panel. Pomysł odpada. Robię sam. To był ten moment kiedy uznałem, że czas odkopać lutownicę i stare zasoby elektroniki. Coś dokupić, coś wylutować z gratów i sklecić to w całość.

    Przeleciało parę lat, kiedy ostatni raz programowałem Atmege16. Dużo się zmieniło na rynku mikroprocesorów (oznaczenie potoczne uC). Forum elektorda.pl, poszukiwania odpowiedniego scalaka. Może coś z rodziny ARM? To chyba za duży kaliber. Coś mniejszego, ale nie stare AVR’y. Padło na średniaka Xmega. Co do wersji, to jeszcze na tamtą chwilę nie zdecydowałem.

    Całe święta Bożego Narodzenia zastanawiałem się nad rozwiązaniem układu sterownika. W czym to napisać? Właściwie asemblera musiałbym uczyć się od początku, to jeżeli mam się uczyć, to czegoś co mi się może kiedyś przyda. Jak nie asm, to wszech lubiane C/C++. I tak będę przechodził męczarnie z przyzwyczajeniem się do składni, to niech to będzie już ten język. W dalszym etapie muszę napisać program na komputer PC, który będzie zbierał dane z uC, a będę mógł zrobić to również w C.

Założenia do sterownika :

– musi płynnie sterować wentylatorami,

– musi mieć możliwość sterowania klapą By-Pass’u, (o tym później),

– mierzyć temperatury we wszystkich 4 komorach centrali,

– pomiar 2 temperatur na piecu c.o. (wyjście i powrót wody c.o.)

– pomiar wilgotności (nawiew, wywiew),

– archiwizacja danych (dane do dalszej analizy, czy się to opłaca czy nie),

– komunikacja po USB do komputera (zgrywanie danych),

– wyświetlacz graficzny, kolorowy, dotykowy (jak szaleć to szaleć!).

To zaczynamy liczyć potrzebne piny.

Wyświetlacz:

Kupiłem na allegro wyświetlacz 2.8 cala. Dość duże uproszczenie, bo ma na sobie gniazdo kart SD, sterownik do panelu dotykowego oraz samą matrycę TFT ze sterownikiem ILI9325. Karta SD komunikuje się ze światem po złączu szeregowym. Aby ułatwić sobie zadanie, mój mikroprocesor powinien mieć taki sterownik sprzętowy. Nie ma co zaprzątać sobie głowy rozbudowanym programem, skoro to samo, a nawet lepiej, zrobi układ.

Tak samo driver panelu dotykowego ma wyprowadzone złącze szeregowe. Z wyświetlaczem jest już trochę więcej zabawy. Według dokumentacji potrzebuje on 16 pinów danych, 5 linii sterujących oraz jeden pin na sterowanie podświetleniem LCD. Sama płytka wyświetlacza zabiera nam w wersji rozrzutnej 31 pinów.

Pomiar temperatury:

Nie będę walczył z wiatrakami i użyję znanych i lubianych układów DS18s20 z komunikacją po 1-Wire. Układ ze stałym zasilaniem. Wszystkie 6 czujników na jednej magistrali.

Pomiar wilgotności:

Wybrałem czujnik rezystancyjny. Czy dobrze? Nie wiem. Nigdy nie miałem styczności z takimi. Jak się nie uda to będę kombinował. Dwa kanały ADC.

Regulacja i kontrola wentylatorów:

Dwa kanały PWM i dwa piny wejściowe do kontroli obrotów wentylatorów.

Klapa by-pass:

O samej klapie napiszę przy budowie centrali. Teraz tylko dodaję 2 piny. Załączenie serwa i zmiana kierunku obrotów klapy. Sygnał potwierdzenia pełnego otwarcia i zamknięcia klapy.

Komunikacja USB:

Nigdy tego nie robiłem, ale wszystko jest dla ludzi. Wersje Xmegi z końcówką U w nazwie mają sprzętowe wsparcie do komunikacji po USB. Dwa piny D-, D+.

Kontrola zamarzania wymiennika:

W celu ochrony wymiennika przed całkowitym oszronieniem, zamontowany będzie presostat różnicowy. Sygnał awaryjnego odmrażania wymiennika.

    To chyba już wszystko. Po zebraniu wszystkiego, wychodzi, że potrzebne będzie  45 pinów I/O. Wybór padł więc na XMega 128a3u o obudowie TPQF64. Problemem okazało się, upchanie zasilacza w obudowę, którą chciałem powiesić na ścianie w salonie. Obecnie wisi tam sterownik od pieca c.o., więc chciałem uzyskać, możliwie najbardziej zbliżone wymiary. Kiedy kolejna próba zaprojektowania płytki, której efektem było coś co przypominało raczej cegłę, uznałem, że zasilacz wyląduje w obudowie centrali, a w panelu tylko to co konieczne dla LCD i uC.

Przy takiej konfiguracji, uzyskanie pożądanych wymiarów, nie nastręczało większych problemów. Schemat elektryczny starałem się uprościć możliwe jak się da. Może nawet za bardzo. Absolutne minimum co jest potrzebne do prawidłowego działania. Chciałem pozbyć się większości elementów przewlekanych. Przeważnie są to komponenty dość sporych wymiarów.

Pierwsze próby na płytkach własnoręcznie robionych. Przeniesienie układu ścieżek wykonałem metodą fototransferu.

Dopiero jak okazało się, że wszystko jest OK., zamówiłem płytki w firmie, specjalizującej się w tym.

Jeżeli chcę, aby działało to przez dłuższy czas, uznałem, że lepiej to zamówić. Jakość trudna do osiągnięcia w domu. Wszystkie otwory metalizowane, cynowanie ścieżek i soldermaska.

Od strony sprzętowej nie ma tam cudów.

Zasilacz rozbity na dwa obwody. Pierwszy układ cyfrowy, drugi to układ wykonawczy do sterowania klapą by-pass’u. Transformator 230/2x12V, mostek prostowniczy, stabilizator napięcia. Najprościej jak się da.

Pojawiają się trzy, różne napięcia. 12V do zasilania czujników klapy, 6V do serwa modelarskiego, 3,3V zasilanie mikroprocesora. Po zlutowaniu wszystkiego, układ udało się uruchomić, bez strat.

Zdjęcie powyżej przedstawia gotowy układ sterownika oraz zasilacz. Zasilacz w wersji testowej. Docelowa płyta zasilacza czeka na zlutowanie. Udało się zdobyć na złomie obudowę z zasilacza przemysłowego. Rozwiązuje to kilka problemów z odpowiednią obudową. Na zdjęciu poniżej płytka PCB zasilacza wraz z podstawą obudowy.

Koszt płytek w prototypowni 250 zł za obie (zasilacz i sterownik).

Czas realizacji 14 dni. Za przyśpieszenie produkcji trzeba dość sporo dopłacić.

Wyświetlacz LCD 52 zł

uC + reszta elementów 60 zł

Stan budżetu 2132 zł

Grzegorz M.