32. Подключение термопары К-типа к Arduino с помощью модуля max6675

#32. Подключение термопары К-типа к Arduino с помощью модуля max6675.

Для измерения высоких температур обычные датчики, такие как DS18B20, термистор – не подойдут. Высокие температуры можно измерять с помощью термопары. Но как ее подключить к Arduino? Для решения данной проблемы есть недорогой модуль max6675 который позволяет преобразовать аналоговый сигнал в цифровой. Полученное цифровое значение считывает Arduino, таким образом, мы получаем показание с термопары К-типа. А сейчас подробно разберемся, что такое термопара К-типа и как подключить модуль max6675 к Arduino.

↑ Изучение холодильного вопроса и временное решение

Термостат холодильника

Еда начинает портиться! Звать мастера, чтобы он провозился с холодильником пару недель (а у меня в городе такие мастера и есть) — не вариант, что делать? Надо периодически выдёргивать вилку из розетки, имитируя работу термостата! Меня хватило на один день этого мазохизма, поэтому мне нужно удобное решение и собрал я за вечер обычный микроконтроллерный таймер-реле включения/выключения буквально на подносе и это не шутка.

Прототип терморегулятора холодильника

Работает! Его задача — тупо включать компрессор на 15 минут и выключать на 45. Питание взял от импульсника из сломанного DVD плеера, в нём удачно обнаружились два выхода 12 и 5 Вольт. Реле врезал в удлинитель и прижал всё колонками. Изящное временное решение вышло!

2. DHT22

Датчик температуры DHT22 очень похож на DHT11. Он также измеряет температуру и влажность, и его распиновка такая же. Он немного дороже, но более точен и имеет более широкий диапазон измерения температуры и влажности.

Ниже приводим наиболее важные характеристики датчика температуры DHT22:

• Протокол связи: 1-Wire
• Диапазон питания : от 3 до 6 В
• Диапазон температур: от -40 до 80 ºC (+/- 0,5ºC)
• Диапазон влажности: от 0 до 100% (+/- 2%)
• Период выборки: 2 секунды
• Библиотеки Arduino: Adafruit DHT Library, Adafruit Unified Sensor Library

С помощью программируемого комнатного термостата можно настраивать работу отопительного оборудования в зависимости от времени суток и дня недели. К примеру, включать энергосберегающий режим, когда вы на работе или в отъезде.

Хроно-пропорциональное регулирование — уникальный алгоритм, разработанный инженерами компании Danfoss, который позволяет добиться минимальных калебаний температуры в комнате. Однажды настроив частоту опроса температуры системы, интеллектуальный алгоритм термостата обеспечит поддержание выставленной температуры в помещении.
*применяется в комнатных термостатых серии TP и RET

Arduino

Если вам нужно реализовать обогрев помещения с использованием электрообогревателя, то вы столкнетесь с выборов покупки одного из 3 видов обогревателей (тут я не рассматриваю профессиональные дорогие системы, а только недорогие решения, доступные в каждом магазине бытовой техники).

Первый: самые дешевые спиральные или масляные обогреватели. В таких обогревателях из настроек — только выбор мощности работы. Работает и греет постоянно с одной и той же температурой. При этом если помещение уже нагрелось, он будет продолжать работать. Плюсы: дешевизна. Минусы: большой расход электроэнергии и невозможность контроля температуры в помещении.

Второй тип: масляные, инфракрасные или любого другого типа обогреватели средней ценовой категории, управление которых осуществляется как правило двумя выключателями и одним энкодером «крутилкой». Выключатели позволяют выбрать один из трех режимов мощности, а энкодер — выставить нужную температуру в помещении. Но на деле выставить нужную температуру не получится, потому что, во-первых, на энкодере нет шкалы температуры, а, во вторых, датчик температуры установлен внутри обогревателя, поэтому он замеряет не температуру в комнате, а скорее свою температуру, что сильно снижает точность. Этот тип позволяет немного экономить электричество.

Третий тип: самый дорогой тип из рассматриваемых. Позволяет задать как мощность, так и необходимую температуру в помещении, с помощью цифрового блока управления с дисплеем. Отличное решение, позволяет действительно эффективно экономить электроэнергия, очень удобен в использовании. Также обычно имеется режим «непромерзация» — поддержание небольшой плюсовой температуры, если, например, вы живете в загородном доме и требуется уехать на какое-то время. Датчик температуры правда все равно расположен внутри обогревателя, что так или иначе снижает его точность. Решается обычно поправками в программной части блока управления.

Доработка обогревателя блоком управления на Arduino

Предположим, у вас есть только обогреватели первого или второго типа, но хотелось бы автоматизировать их работу. Или же вы перешли на использование обогревателей третьего типа, но пару масляных у вас еще осталось, и вы хотите использовать их в сарае/мастерский или еще где-то, куда покупать еще один новый не целесообразно.

Для того, чтобы из простого обогревателя сделать «умный», нам достаточно купить компонентов менее чем на тысячу рублей, а на сборку модуля понадобится совсем немного времени. При этому он будет гораздо более функционален, чем дорогие обогреватели (третьего типа) и в нем будет устранено несколько их недочетов.

• быстрый нагрев помещения и поддержание нужной температуры с большой точностью
• режим «непромерзания»
• встроеные часы с календарем и датчик влажности
• запись/просмотр журнала изменений температуры и влажности

Ну и также большим плюсом будет открытость кода и платформы, а также возможность быстро внести изменения или дописать новый функционал. Итак, начнем.

Подготовка

Итак, нам понадобится:

• Arduino Nano: 123
• Черырехстрочный дисплей (2004) со встроеным I2C модулем: 123
• Модуль часов RTC: 12
• Датчик температура/влажность DHT22 (лучше в виде модуля): 123
• Реле: 123
• 2 кнопки: 123

Корпус можно сделать любой в зависимости от бюджета и фантазии: из любой ненужной коробки, купить готовый или напечатать на 3d-принтере, если есть такая возможность.

Также нужные любые подходящие провода и батарейка CR2032 для модуля часов.

Из инструментов могут быть полезны:

• Паяльник (пользуюсь таким давно, идеальный по соотношения цена/качество): 123
• Инструмент для зачистки и обжима проводов (фирменный китайский LAOA): 1, 23

Сборка

Собираем все по следующей схеме:

Примерно так это может выглядеть:

Соответственно высоковольтную сторону реле подключаем на размыкание фазы 220, идущей на обогреватель. А сам обогреватель включаем на нужную нам мощность (чем больше, тем быстрее будет осуществляться нагрев помещения) и, если на нем есть настройка температуры — то ее выкручиваем на максимум.

Загружаем и проверяем.

Управление модулем

Экран довольно плотно забит информацией, чтобы без лишних нажатий можно было проверять статус работы модуля:

В верхней строчке слева направо отображены: текущее время, дата и месяц, текущая температура и текущая влажность. Последнее число в верхней строке — температура, которую нужно поддерживать автоматически.

Требуемая температура меняется с помощью двух кнопок (соответственно увеличивается и уменьшается).

Остальные данные на дисплее представляют таблицу данных температуры и влажности, сохраняющиеся каждый 2 часа. Верхняя строчка таблицы — часы, средняя — температура и нижняя — влажность.

Все предельно просто. В ближайшее время планирую добавить также информацию по времени включения/выключения обогревателя.

UPD Добавил отображение времени включения/выключения обогревателя. Чеередуется с историей температуры и влажнности каждые 10 секунд.

Принцип действия

Реле температуры функционирует по довольно простой схеме. Котлы, оборудованные данным конструктивным элементом, также оснащаются термодатчиком. Он собирает информацию относительно температуры теплоносителя, циркулирующего в системе. При этом комнатные датчики регистрируют климатические показатели в самом помещении. Собранная информация поступает на блок управления.

Принцип работы простейшего термореле заключается в том, что встроенный в устройство регулятор сверяет полученные данные с заданными пользователем настройками. В последующем он повышает мощность прибора или, наоборот, уменьшает ее.

Схема подключения

На схеме показано внешнее подключение датчиков (трехпроводное). Остерегайтесь переполюсовки источника питания, это всегда приводит к выходу из строя датчиков. Ограничивающие резисторы R1-R8 определяют яркость дисплея, если вы используете маломощный дисплей (например, BA56-12SRWA) используйте R1-R8 сопротивлением 1 кОм. Разъем ICSP используется для программирования микроконтроллера непосредственно на плате.