Термостат на термопаре своими руками схема

Обновлено: 08.07.2024

Данное устройство - двухканальный термометр, термостат, терморегулятор собран на микроконтроллере ATmega8 и цифровых датчиках температуры DS18B20. Вся информация выводится на два трехразрядных семисегментных светодиодных индикатора. Эта статья завершает цикл статей с использованием микроконтроллера ATmega8 совместно с датчиками температуры DS18B20 (простой термометр, двухканальный термометр) с выводом информации на семисегментные индикаторы. В дальнейшем, мы конечно будем еще использовать датчики DS18B20 и микроконтроллер ATmega8, но уже с другими индикаторами.

Некоторые пояснения к некоторым понятиям.
1. Под словом "термостат" подразумевается способность устройства поддерживать определенную температуру
2. Под словом "терморегулятор" подразумевается способность устройства поддерживать температуру в определенных границах
3. Это условное разделение

Описание и характеристики двухканального термостата (терморегулятора) на ATmega8 и DS18B20

Контроль температуры осуществляется двумя датчиками температуры DS18B20 - на каждый канал свой датчик. По результатам измерения температуры датчиками устройство управляет двумя каналами управления, с подключенными к ним нагрузками, в соответствии с предварительными установками.

Каналы идентичны, каждый канал может работать в следующих режимах:
1. Поддержание определенной температуры (для положительной - только режим "нагрев", для отрицательной - только режим "охлаждение")
2. Поддержание температуры в определенных границах (положительной, отрицательной, смешанной для режимов "нагрев" и "охлаждение")
3. Однократный нагрев до определенной температуры, однократное охлаждение до определенной температуры (запуск режима осуществляется вручную)

Шаг установки температуры - 1 градус, чего вполне достаточно. Делать шаг в 0,1 градуса, при точности датчика +-0,5ºС, мне кажется особого смысла нет. А если еще изменение температуры происходит с достаточно большой скоростью, то датчик просто не будет успевать отслеживать текущую температуру с точностью до 0,1.

Диапазон установки температур включения и выключения нагрузки:
- положительная - до +99ºС
- отрицательная - до -50ºС
Включение нагрузки происходит высоким уровнем с вывода порта микроконтроллера, выключение - низким уровнем.
Двухканальный термометр с диапазоном измерения текущей температуры от -55ºС до +125ºС с разрешающей способностью:
- положительные температуры до 99ºС - 0,1 градуса, свыше 99 градусов - до одного градуса
- отрицательные температуры до -9,9ºС - 0,1 градуса, ниже -9,9 градуса - до одного градуса
Период измерений температуры - около 1 сек.
Устройство управляется тремя кнопками
Отключение канала производится путем записи нулевых установок включения и выключения канала
Питание устройства осуществляется от стабилизированного источника напряжением 5 вольт

При возникновении ошибки в работе с датчиком соответствующий номер ошибки выводится на индикатор, а нагрузка отключается:
Еr.1 - нет высокого уровня на линии DQ
Er.2 - нет импульса присутствия от датчика
Er.3 - не восстановлен высокий уровень на линии DQ после импульса присутствия
К сожалению, из-за необходимости организации динамической индикации шести разрядов индикаторов, пока не удалось решить проблему с проверкой кода CRC. Пока эта проблема решена наполовину - проверку СRC возможно проводить, и даже, если не приглядываться, мерцание индикаторов незаметно, но полностью пока она не решена. В данной программе проверки кода CRC нет. Если удастся ввести проверку CRC, то обязательно будет выложена новая программа.
В случае зависания программы сработает сторожевой таймер и микроконтроллер будет перезагружен. Перезагрузка не повлияет на работу устройства, за исключением - будут отключены нагрузки при использовании режима однократного нагрева/охлаждения

В абсолютном большинстве термостатов, "гуляющих" на просторах интернета, заложен следующий алгоритм работы:
- выставляется контрольная температура
- выставляется гистерезис
- выбирается режим работы - или "нагрев", или "охлаждение"

В этом устройстве алгоритм построен немного иначе (мне кажется, что так практичней и удобней):
- выставляется температура включения нагрузки
- выставляется температура выключения нагрузки
- и все

В чем плюсы (на мой взгляд) такого алгоритма:
1. Если нам надо, к примеру, поддерживать температуру в пределах 22-25ºС, то именно эти значения мы и выставляем, не надо искать "центр" и высчитывать величину гистерезиса
2. Режим работы - "нагрев" или "охлаждение" устройством выбирается автоматически, исходя из логики установленных значений включения и выключения нагрузки, к примеру:
- если температура включения +20ºС, а выключения +25ºС, то, естественно выбирается режим "нагрев"
- если температура включения +5ºС, а выключения -10ºС, то, естественно, выбирается режим "охлаждение"

Схема двухканального термостата, терморегулятора на ATmega8:

Программа двухканального термостата (терморегулятора) на ATmega8 и DS18B20

Микроконтроллер ATmega8 (с любыми буквенными обозначениями) с внутренней тактовой частотой 8 МГц.
Алгоритм программы реализован на прерываниях от таймеров-счетчиков Т0 (рабочий режим) и Т2 (режим установки порогов включения/выключения нагрузки).
При включении устройства происходит настройка необходимых данных, загрузка данных из EEPROM, предделители таймеров устанавливаются в СК/64, прерывания от таймеров - по переполнению (период 2 мс).
Разрешается прерывание от таймера Т0, разрешается глобальное прерывание.
Далее, по прерыванию от таймера Т0:
- происходит считывание данных с датчиков DS18B20 и вывод текущей температуры на индикаторы
- сравнение текущей температуры от датчиков со значениями установленных порогов включения/выключения
- управление нагрузками (включение/выключение)
- опрос кнопок
При нажатии на кнопку "Выбор":
- запрещается прерывание от таймера Т0
- разрешается прерывание от таймера Т2
Далее, по прерыванию от таймера Т2:
- опрос кнопок
- установка порогов включения/выключения для двух каналов
- запись данных установок в EEPROM
- после установки порогов включения/выключения - аппаратный сброс
Далее - по кругу.

Управление двухканальным термостатом (терморегулятором) на ATmega8 и DS18B20

Управление устройством осуществляется тремя кнопками:
1. "Выбор"
- переход в режим установки порогов включения/выключения каналов
- выбор очередного пункта меню установки порогов включения/выключения каналов
- аппаратный сброс (автоматически, после установки порогов)
2. "+" - увеличение показаний (принудительное включение первого канала в режиме однократного нагрева\охлаждения)
3. "-" - уменьшение показаний (принудительное включение второго канала в режиме однократного нагрева\охлаждения)
При однократном нажатии кнопок №2 и №3 происходит изменение показаний на 1 градус, при длительном нажатии - автоматическое увеличение/уменьшение показаний на 1 градус с приемлемой периодичностью
При первоначальном включении устройства в установках порогов включения/отключения нагрузки записаны нули. При повторном включении устройства, в режиме установки порогов будут высвечиваться ранее записанные установки.

1. Режим термостатирования

В этом режиме необходимо установить одинаковые параметры включения и отключения нагрузки.
При этом надо учитывать, что поддержание температуры в положительном диапазоне температур осуществляется в режиме "Нагрев".
К примеру, нам надо, на нагрузке №1 поддерживать постоянную температуру +45ºС. Выставляем температуру включения и температуру выключения 45ºС.
Если температура ниже установленного значения, устройство включит нагрузку. При достижении температуры +45ºС, устройство отключит нагрузку. При "попытке" температуры опуститься ниже +45ºС (на 0,1 градуса) устройство включит нагрузку. При достижении температуры +45ºС устройство выключит нагрузку.
Поддержание температуры в отрицательном диапазоне осуществляется в режиме "Охлаждение".
К примеру, нам надо, на нагрузке №2 поддерживать постоянную температуру -7ºС. Выставляем температуру включения и выключения нагрузки -7ºС.
Если температура выше -7ºС (к примеру +1 градус) устройство включит нагрузку. При достижении температуры -7ºС, устройство отключит нагрузку. При увеличении температуры на 0,1 градус (-6,9ºС) нагрузка будет включена.

2. Режим терморегулирования

В этом режиме выбор режима "Нагрев" или "Охлаждение" осуществляется автоматически
Пример:
1. Допустим, нам необходимо поддерживать температуру в помещении путем его нагрева в пределах от +18ºС, до +21ºС:
- устанавливаем температуру включения +18ºС
- устанавливаем температуру выключения +21ºС
Устройство автоматически определяет, что выбран режим "Нагрев", при этом:
- если температура выше +21ºС, нагрузка будет выключена, при опускании температуры до +18ºС - устройство включит нагрузку, а при достижении температуры +21ºС - выключит нагрузку, далее по кругу
- если температура ниже +18ºС - устройство включит нагрузку, при повышении температуры до +21ºС - устройство выключит нагрузку, при опускании температуры до +18ºС - устройство включит нагрузку, далее - по кругу
2. Допустим, нам необходимо поддерживать температуру в холодильной установке путем охлаждения в пределах от -4ºС, до -6ºС
- устанавливаем температуру включения -4ºС
- устанавливаем температуру выключения -6ºС
Устройство автоматически определяет, что выбран режим "Охлаждение", при этом:
- если температура ниже -6ºС ( к примеру -8ºС), нагрузка будет выключена, при повышении температуры до -4ºС - устройство включит нагрузку, при достижении температуры -6ºС - устройство выключит нагрузку
- если температура выше -4ºС, устройство включит нагрузку, при понижении температуры до -6ºС - устройство отключит нагрузку, при достижении температуры -4ºС - нагрузка будет включена, далее - по кругу

Если один из температурных порогов будет в отрицательном диапазоне температур а второй в положительном, то все равно режим "Нагрев" или "Охлаждение" будет определятся автоматически и устройство будет работать по описанным выше алгоритмам.

3. Режим однократного нагрева/охлаждения до определенной температуры

Не всегда необходимо поддерживать постоянную температуру. К примеру, необходимо утром и вечером нагревать воду в самодельном титане (или в титане с неисправным блоком управления) до определенной температуры, или что-то периодически охлаждать. Данный режим как раз пригодится в таких случаях.
1. Допустим, на нагрузке №1, нам необходимо периодически подогревать воду до +90ºС:
- для температуру включения устанавливаем нулевые значения
- температуру выключения устанавливаем +90ºС
- когда потребуется включить этот режим - нажимаем кнопку №2, при этом, если температура выше +90ºС - нагрузка останется в выключенном состоянии, если температура ниже +90ºС - устройство включит нагрузку, при достижении температуры +90ºС - устройство отключит нагрузку. Следующее включение возможно только по нажатию кнопки №2.
2. Допустим, на нагрузке №2, иногда необходимо что-то охлаждать до температуры -15ºС:
- для температуру включения устанавливаем нулевые значения
- температуру выключения устанавливаем -15ºС
- когда потребуется включить этот режим - нажимаем кнопку №3, при этом, если температура ниже -15ºС - нагрузка останется в выключенном состоянии, если температура выше -15ºС - устройство включит нагрузку, при достижении температуры -15ºС - устройство отключит нагрузку. Следующее включение возможно только по нажатию кнопки №3.

4. Отключение каналов управления нагрузками

Если какой-либо канал, или оба канала, не используются - в этом случае эти каналы необходимо отключить.
Отключение канала (каналов) производится путем записи нулевых значений во все установки. По этой причине, термостатирование при установке порогов включения/выключения в 0ºС - не возможна.

Подключение нагрузки к термостату (терморегулятору) на ATmega8

Нагрузка может быть активной (лампочки накаливания, ТЭНы, электронагревательные приборы . )
Нагрузка может быть реактивной - емкостной и индуктивной. В практике чаще всего мы сталкиваемся с индуктивной нагрузкой (электродвигатели, приборы в которых имеются трансформаторы, электронная техника, катушки индуктивности . )
Кроме того, иногда приходится управлять нагрузками с постоянным током.

Самый универсальный способ управления любой нагрузкой - механическое реле. С помощью реле мы можем управлять любыми видами нагрузки.
В тоже время, если необходимо управлять только активными нагрузками, наверное предпочтительнее будет использовать в схеме симисторное управление.
Симисторы (триаки) очень удобны в управление активными нагрузками в сетях переменного тока.
Реле имеет ограниченный ресурс работы (хотя и очень большой) - обычно около 100 000 переключений и может коммутировать нагрузку в несколько киловатт. Надо учитывать, что при эксплуатации реле с нагрузкой, потребляющей мощность близко к предельным паспортным значениям реле, ресурс работы реле может снизиться на порядок. Симисторы имеют неограниченный ресурс работы при правильной эксплуатации (подключать нагрузку с мощностью не превышающей паспортной мощности симистора, а лучше выбирать симистор с запасом прочности). При управлении нагрузками мощностью 300-400 ватт симисторы могут работать без радиатора, при большей нагрузке необходимо ставить симистор на радиатор. В сети можно найти порядок расчета площади радиатора для триака.
При использовании в конструкции симисторов, очень желательно делать гальваническую развязку микроконтроллера от сети 220 вольт. Для этого обычно используют оптосимисторы (оптотриаки, драйверы управления симиситорами)

В данной конструкции применены два вида управления нагрузками:
- с помощью реле (для режимов, где не требуется частое включение/выключение и индуктивных нагрузок)
- с помощью симистора (для режима термостатирования и для любых активных нагрузок)

Светодиоды сигнализируют о включенной нагрузке, а также позволяют визуально контролировать ручной режим включения нагрузок (однократный нагрев/охлаждение).
При использовании других схем управления нагрузками необходимо помнить, что включение нагрузки происходит высоким уровнем с вывода микроконтроллера, а выключение - низким уровнем.
При использовании оптосимистора в качестве гальванической развязки, необходимо смотреть даташит прибора, в котором показаны схемы подключения к симисторам

В качестве буферного транзистора для подключения реле к микроконтроллеру можно использовать не только полевые но и биполярные транзисторы

И еще несколько схем подключения нагрузки к микроконтроллеру

Некоторые справочные данные:

Характеристики некоторых симисторов:

Программа двухканального термометра, термостата, терморегулятора на ATmega8 и DS18B20:

Termostat 2 kanala OK_HEX (13,5 KiB, 39 972 hits)

Termostat 2 kanala EEPROM_HEX (91 bytes, 1 089 hits)

Прошивка для индикаторов со схемой включения "Общий анод"

Прошивка предоставлена Вячеславом Кучером и Юрием Градовым, за что им большое спасибо.

Для работы программы с индикаторами, включаемыми по схеме "Общий Анод" в представленной выше схеме необходимо заменить транзисторы структуры NPN на транзисторы структуры PNP (к примеру ВС557). При этом эмиттеры транзисторов должны подключаться к "+" источника питания, а коллекторы к разрядам индикатора.

PIC16F676 Применение, это и паяльная станция, и управление высокотемпературными процессами и т.д. с функцией ПИД регулировки нагревательного элемента

Решил в свой ламинатор вставить термометр , термометр на термопаре K-типа. Чтобы он у меня стал более информативен, считаю, что хоббийный радиолюбитель не может довольствоваться, когда на таком приборе горит только два светодиода "POWER” и "READY” . Развожу платку под свои детальки. На всякий случай с возможностью её резать пополам( это некоторая универсальность). Сразу с местом под силовую часть на тиристоре, но пока эту часть не использую, это будет у меня схемка под паяльник (когда придумаю, как в жало термопару пристроить)

В ламинаторе мало места (механизмы расположены очень плотно, китай понимаеш ли), использую маленький семисегментный индикатор, но это еще не все, плата целиком тоже не влазит, вот тут пригодилась универсальность платы, разрезаю ее надвое (если использовать разъем верхняя часть подходит ко многим разработкам на пикушечках от ur5kby.)

Настраиваю, сначала делаю, как сказано в форуме, не впаиваю термопару, задаю 400 (хотя если этот параметр будет в памяти, этот пункт отпадет) настраиваю переменниками примерно комнатную и точно по кипению,

Такой контроллер теоретически работает до 999°C но в домашних условиях такую температуру вряд ли найти , самое большее это открытый огонь, но у этого источника тепла сильная нелинейность и чувствительность к внешним условиям.

вот примерная таблица.и еще для наглядности

Так что выбор невелик в выборе источника для настройки показаний контроллера.

больше тут никакой игры кнопочками, Все можно собирать,
Термопару использовал от китайского тестера. И пост в форуме надоумил меня, что эту термопару можно размножать, её длина почти полметра, отрезаю 2 см.

делаю трансформатором по скрутке угольком, шарик получается, а к двум концам точно так, по медной проволочке, для хорошей пайки к моим проводам.

Соблюдение температурного режима является очень важным технологическим условием не только на производстве, но и в повседневной жизни. Имея столь большое значение, этот параметр должен чем-то регулироваться и контролироваться. Производят огромное количество таких приборов, имеющих множество особенностей и параметров. Но сделать терморегулятор своими руками порой куда выгоднее, нежели покупать готовый заводской аналог.

Создайте терморегулятор своими руками

Общее понятие о температурных регуляторах

Приборы, фиксирующие и одновременно регулирующие заданное температурное значение, в большей степени встречаются на производстве. Но и в быту они также нашли своё место. Для поддержания необходимого микроклимата в доме часто используются терморегуляторы для воды. Своими руками делают такие аппараты для сушки овощей или отопления инкубатора. Где угодно может найти своё место подобная система.

В данном видео узнаем что из себя представляет регулятор температуры:

В действительности большинство терморегуляторов являются лишь частью общей схемы, которая состоит из таких составляющих:

Датчик температуры, выполняющий замер и фиксацию, а также передачу к регулятору полученной информации. Происходит это за счёт преобразования тепловой энергии в электрические сигналы, распознаваемые прибором. В роли датчика может выступать термометр сопротивления или термопара, которые в своей конструкции имеют металл, реагирующий на изменение температуры и под её воздействием меняющий своё сопротивление.
Аналитический блок – это и есть сам регулятор. Он принимает электронные сигналы и реагирует в зависимости от своих функций, после чего передаёт сигнал на исполнительное устройство.
Исполнительный механизм – некое механическое или электронное устройство, которое при получении сигнала с блока ведёт себя определённым образом. К примеру, при достижении заданной температуры клапан перекроет подачу теплоносителя. И напротив, как только показания станут ниже заданных, аналитический блок даст команду на открытие клапана.

Это три основные части системы поддержания заданных температурных параметров. Хотя, помимо них, в схеме могут участвовать и другие части наподобие промежуточного реле. Но они исполняют лишь дополнительную функцию.

Принцип работы

Принцип, по которому работают все регуляторы, – это снятие физической величины (температуры), передача данных на схему блока управления, решающего, что нужно сделать в конкретном случае.

Если делать термореле, то наиболее простой вариант будет иметь механическую схему управления. Здесь с помощью резистора устанавливается определённый порог, при достижении которого будет дан сигнал на исполнительный механизм.

Чтобы получить дополнительную функциональность и возможность работы с более широким диапазоном температур, придётся встраивать контроллер. Это же поможет увеличить срок эксплуатации прибора.

На данном видео вы можете посмотреть как самостоятельно изготовить терморегулятор для электрического отопления:

Самодельный регулятор температуры

Схем для того, чтобы сделать терморегулятор самому, в действительности очень много. Всё зависит от сферы, в которой будет применяться такое изделие. Конечно, создать нечто слишком сложное и многофункциональное крайне трудно. А вот термостат, который сможет использоваться для обогревания аквариума или сушки овощей на зиму, вполне можно создать, имея минимум знаний.

Простейшая схема

Самая простая схема термореле своими руками имеет безтрансформаторный блок питания, который состоит из диодного моста с параллельно подключённым стабилитроном, стабилизирующим напряжение в пределах 14 вольт, и гасящего конденсатора. Сюда же можно при желании добавить и стабилизатор на 12 вольт.

Создание терморегулятора не требует особых усилий и денежных вложений

В основе всей схемы будет использован стабилитрон TL431, который управляется делителем, состоящим из резистора на 47 кОм, сопротивления на 10 кОм и терморезистора, выполняющего роль датчика температуры, на 10 кОм. Его сопротивление понижается с повышением температуры. Резистор и сопротивление лучше подбирать, чтобы добиться наилучшей точности срабатывания.

Сам же процесс выглядит следующим образом: когда на контакте управления микросхемой образуется напряжение больше 2,5 вольт, то она произведёт открытие, что включит реле, подавая нагрузку на исполнительный механизм.

Как изготовить терморегулятор для инкубатора своими руками, вы можете увидеть на представленном видео:

И напротив, когда напряжение станет ниже, то микросхема закроется и реле отключится.

Чтобы избежать дребезжания контактов реле, необходимо его выбирать с минимальным током удержания. И параллельно вводам нужно припаять конденсатор 470×25 В.

При использовании терморезистора NTC и микросхемы, уже бывавших в деле, предварительно стоит проверить их работоспособность и точность.

Таким образом, получается простейший прибор, регулирующий температуру. Но при правильно подобранных составляющих он превосходно работает в широком спектре применения.

Прибор для помещения

Такие терморегуляторы с датчиком температуры воздуха своими руками оптимально подходят для поддержания заданных параметров микроклимата в помещениях и ёмкостях. Он полностью способен автоматизировать процесс и управлять любым излучателем тепла начиная с горячей воды и заканчивая тэнами. При этом термовыключатель имеет отличные эксплуатационные данные. А датчик может быть как встроенным, так и выносным.

Здесь в качестве термодатчика выступает терморезистор, обозначенный на схеме R1. В делитель напряжения входят R1, R2, R3 и R6, сигнал с которого поступает на четвёртый контакт микросхемы операционного усилителя. На пятый контакт DA1 подаётся сигнал с делителя R3, R4, R7 и R8.

Сопротивления резисторов необходимо подбирать таким образом, чтобы при минимально низкой температуре замеряемой среды, когда сопротивление терморезистора максимальное, компаратор положительно насыщался.

Напряжение на выходе компаратора составляет 11,5 вольт. В это время транзистор VT1 находится в открытом положении, а реле K1 включает исполнительный или промежуточный механизм, в результате чего начинается нагрев. Температура окружающей среды в результате этого повышается, что понижает сопротивление датчика. На входе 4 микросхемы начинает повышаться напряжение и в результате превосходит напряжение на контакте 5. Вследствие этого компаратор входит в фазу отрицательного насыщения. На десятом выходе микросхемы напряжение становится приблизительно 0,7 Вольт, что является логическим нулём. В результате транзистор VT1 закрывается, а реле отключается и выключает исполнительный механизм.

На микросхеме LM 311

Такой термоконтроллер своими руками предназначен для работы с тэнами и способен поддерживать заданные параметры температуры в пределах 20-100 градусов. Это наиболее безопасный и надёжный вариант, так как в его работе применяется гальваническая развязка термодатчика и регулирующих цепей, а это полностью исключает возможность поражения электротоком.

Как и большинство подобных схем, в её основу берется мост постоянного тока, в одно плечо которого подключают компаратор, а в другое – термодатчик. Компаратор следит за рассогласованием цепи и реагирует на состояние моста, когда тот переходит точку баланса. Одновременно он же старается уравновесить мост с помощью терморезистора, изменяя его температуру. А термостабилизация может возникнуть лишь при определённом значении.

Резистором R6 задают точку, при которой должен образоваться баланс. И в зависимости от температуры среды терморезистор R8 может в этот баланс входить, что и позволяет регулировать температуру.

На видео вы можете увидеть разбор простой схемы терморегулятора:

Если заданная R6 температура ниже необходимой, то на R8 сопротивление слишком большое, что понижает ток на компараторе. Это вызовет протекание тока и открывание семистора VS1, который включит нагревательный элемент. Об этом будет сигнализировать светодиод.

По мере того как температура будет повышаться, сопротивление R8 станет снижаться. Мост будет стремиться к точке баланса. На компараторе потенциал инверсного входа плавно снижается, а на прямом – повышается. В какой-то момент ситуация меняется, и процесс происходит в обратную сторону. Таким образом, термоконтроллер своими руками будет включать или выключать исполнительный механизм в зависимости от сопротивления R8.

Если в наличии нет LM311, то её можно заменить отечественной микросхемой КР554СА301. Получается простой терморегулятор своими руками с минимальными затратами, высокой точностью и надёжностью работы.

Необходимые материалы и инструменты

Сама по себе сборка любой схемы электрорегулятора температуры не занимает много времени и сил. Но чтобы сделать термостат, необходимы минимальные знания в электронике, набор деталей согласно схеме и инструмент:

Импульсный паяльник. Можно использовать и обычный, но с тонким жалом.
Припой и флюс.
Печатная плата.
Кислота, чтобы вытравить дорожки.

Достоинства и недостатки

Даже простой терморегулятор своими руками имеет массу достоинств и положительных моментов. Говорить же о заводских многофункциональных устройствах и вовсе не приходится.

Регуляторы температуры позволяют:

Поддерживать комфортную температуру.
Экономить энергоресурсы.
Не привлекать к процессу человека.
Соблюдать технологический процесс, повышая качество.

Из недостатков можно назвать высокую стоимость заводских моделей. Конечно, самодельных приборов это не касается. А вот производственные, которые требуются при работе с жидкими, газообразными, щелочными и другими подобными средами, имеют высокую стоимость. Особенно если прибор должен иметь множество функций и возможностей.

Поводом для сборки этой схемы послужила поломка терморегулятора в электрическом духовом шкафу на кухне. Поискав в интернете, особого изобилия вариантов на микроконтроллерах не нашел, конечно есть кое-что, но все в основном рассчитаны на работу с термодатчиком типа DS18B20, а он очень ограничен в температурном диапазоне верхних значений и для духовки не подходит. Задача ставилась измерять температуры до 300°C, поэтому выбор пал на термопары К-типа. Анализ схемных решений привел к паре вариантов.

Немного теории

Любой терморегулятор конструктивно включает в себя три основных блока:

измерительный;
логический;
исполнительный.

Теоретически температурный датчик можно представить набором из четырех сопротивлений, среди которых три резистора будут представлены элементами с постоянными электрическими параметрами, а четвертый переменным. Они собираются в схему измерительного полуплеча, приведенную на рисунке 1 ниже:

Рис. 1. Датчик из полуплеча резисторов

На схеме показан принцип соединения резисторов для получения температурного датчика. Как видите, сопротивление R2 является переменным и меняет физическую величину в соответствии с изменениями температуры окружающей среды. При подаче одного и того напряжения питания в терморегуляторе, при изменении сопротивления в плече будет возрастать ток в цепи.

На основании изменений происходит анализ температурных колебаний в результате которого рабочий орган вызывает срабатывание терморегулятора и последующее отключение или включение оборудования.

Для измерения сопротивления резисторов в качестве логического элемента устанавливается микросхема, работающая в режиме компаратора. Ее задача сравнить электрические сигналы в двух плечах. Пример схемы регулятора температуры приведен на рисунке:

Рис. 2. Принципиальная схема терморегулятора

Здесь блок микросхемы U1A принимает сигналы от измерителя температуры на входы 2 и 3. При достижении температуры срабатывания, в плечах начнет протекать разный ток, и компаратор выдаст на управляющий элемент электронного терморегулятора сигнал о включении.

При остывании датчика термометра ток в плечах терморегулятора уравняется, и электронный блок выдаст управляющий сигнал на отключение. Приведенная электронная схема работает в двух устойчивых состояниях – отключенном и включенном, чередование рабочих режимов происходит в соответствии с заданной логикой.

Эта схема терморегулятора используется в работе куллера персонального компьютера, получая электроснабжение от блока питания, происходит сравнение тока в плечах. Когда блок питания перегреется, терморегулятор переведет транзистор в противоположное состояние и вентилятор запустится.

Такой принцип может применяться не только в вентиляторах, но и в ряде других устройств:

для контроля работы электрического отопления по температурным показаниям в помещении;
для установки уровня температуры в самодельном инкубаторе;
при подключении теплого пола для контроля его работы;
для установки температурного диапазона работы двигателя, с принудительным охлаждением или отключением системы при достижении граничного значения температуры;
для паяльных станций или ручных паяльников;
в системах охлаждения и холодильном оборудовании с логикой снижения температуры в определенных пределах;
в духовках, печах как бытового, так и промышленного назначения.

Сфера применения терморегулятора ничем не ограничена, везде, где вы хотите получить контроль уровня температуры в автоматическом режиме с управлением питания, такое устройство станет отличным помощником.

Схема терморегулятора — первый вариант

Термостат собраный по этой схеме имеет заявленный предел верхней границы 999°C. Вот что получилось после его сборки:

Испытания показали, что сам по себе термостат работает достаточно надежно, но не понравилось в данном варианте отсутствие гибкой памяти. Пошивка микроконтроллера для обеих вариантов — в архиве.

Обзор схем

В зависимости от типа элементов, входящих в состав терморегулятора, различают механические и цифровые терморегуляторы. Работа первых основана на срабатывании реле, вторые имеют электронный блок, управляющий процессами. Примеры работы нескольких схем рассмотрим далее.

Рис. 3. Схема терморегулятора №1

На приведенной схеме измерение происходит за счет резисторов R1 и R2, при температурных колебаниях переменный резистор R2 изменит величину падения напряжения. После чего через усилитель терморегулятора, представленный парой транзисторов, начнется протекание электротока через катушку реле K1.

Когда величина тока в соленоиде создаст магнитный поток достаточной силы, сердечник притянется и переключит контакты в другое положение. Недостатком такого терморегулятора является наличие магнитопроводящих частей, которые из-за гистерезиса вносят дополнительную поправку на температуру помимо измерительного органа.

Рис. 4. Схема терморегулятора №2

Данный терморегулятор, в отличии от механического термостата, не использует подключение реле, поэтому является более точным. Его применение оправдано в тех ситуациях, когда несколько градусов могут сыграть весомую роль, к примеру, при контроле температуры нагрева двигателя или в инкубаторе.

Здесь изменение температурного режима фиксируется резистором R5, благодаря которому терморегулятор изменяет электрические параметры работы. Для сравнения и усиления разницы поступающего с полуплеч электрического параметра применяется микросхема К140УД7.

Для контроля нагрузки в схеме устанавливается тиристор VS1, в данном примере терморегулятора ограничение составляет 150Вт, но при желании может подбираться и другой параметр. Но следует учитывать, что эксплуатация тиристора в качестве ключа приводит к его нагреванию, поэтому с увеличением мощности необходимо установить радиатор для лучшей теплоотдачи.

Схема терморегулятора — второй вариант

Работа регулятора температуры на макетной плате понравилась — приступил к окончательной сборке на печатной плате.

Закончил сборку, работа тоже стабильная, показания в сравнении с лабораторным градусником отличаются порядка на 1,5°C, что в принципе отлично. На печатной плате при настройке стоит выводной резистор, пока что не нашел в наличии SMD такого номинала.

Светодиод моделирует ТЭНы духовки. Единственное замечание: необходимость создания надежной общей земли, что в свою очередь сказывается на конечный результат измерений. В схеме необходим именно многооборотный подстроечный резистор, а во-вторых обратите внимание на R16, его возможно тоже необходимо будет подобрать, в моём случае стоит номинал 18 кОм. Итак, вот что имеем:

В процессе экспериментов с последним терморегулятором появились ещё незначительные доработки, качественно влияющие на конечный результат, смотрим на фото с надписью 543 — это означает датчик отключен или обрыв.

И наконец переходим от экспериментов до готовой конструкции терморегулятора. Внедрил схему в электроплиту и пригласил авторитетную комиссию принимать работу 🙂 Единственное что жена забраковала — маленькие кнопки на управлении конвекцией, общее питание и обдув, но это решаемо со временем, а пока выглядит вот так.

Регулятор заданную температуру держит с точностью до 2-х градусов. Происходит это в момент нагрева, из-за инертности всей конструкции (ТЭНы остывают, внутренний каркас выравнивается температурно), в общем в работе схема мне очень понравилась, а потому рекомендуется для самостоятельного повторения. Автор — ГУБЕРНАТОР.

Форум по регуляторам температуры на МК

Обсудить статью СХЕМА ТЕРМОРЕГУЛЯТОРА

Создаем простой терморегулятор

При ремонте бытовой электротехники вы могли сталкиваться с ситуацией, когда со строя выходил терморегулятор. Хоть это и небольшая микросхема, устанавливаемая для контроля величины нагрева или охлаждения чего-либо.

Увы, стоимость такого элемента заводского изготовления довольно высока, поэтому куда выгоднее собрать терморегулятор самому. Схема достаточно простого самодельного терморегулятора приведена на рисунке ниже.

Рис. 5. Схема простейшего терморегулятора

Для его изготовления вам понадобится:

понижающий трансформатор с 220 на 12 В;
шесть диодов (в рассматриваемом примере используются IN4007);
конденсаторы на 47 мкФ, 1 мФ и 2 мФ;
микросхема для стабилизатора на 5В;
транзистор (в рассматриваемом примере это КТ814А);
стабилитрон с регулируемым параметром (TL431);
резистивные элементы на 4,7; 160, 150 и 910 кОм;
резистор с изменяемым сопротивлением на 150 кОм;
термозависимый резистор 50 кОм;
светодиод;
электромагнитное реле 100 мА с питающим напряжением 12В (в рассматриваемом примере используется автомобильный вариант);
кнопка и корпус.

Процесс изготовления состоит из таких этапов:

При помощи паяльника соберите вышеперечисленные детали на печатную плату, как показано на схеме выше.
После этого выведите измерительный орган для терморегулятора на открытое пространство, чтобы установить в нужную локацию.

Рис. 6. Выведите измерительный элемент

Установите переменный резистор на жесткий каркас и нанесите градуировку температурных режимов для настройки прибора.

Рис. 7. Установите регулятор на каркас и нанесите градуировку

Подключите питающий шнур к клеммнику

В данном случае клеммник взят со старого прибора, располагавшегося в корпусе.

Подключите все отдельно размещенные элементы к плате и закройте корпусом.

После сборки терморегулятора его можно установить в любое место, к примеру, для обогрева и подключить в цепь питания электрического котла. В случае, когда радиаторы отопления нагреют помещение до установленной температуры, контакты реле разорвут цепь и прекратят электроснабжение. При остывании цифрового термометра, снова произойдет включение отопления и снова пойдет нагрев. Если вас не устраивает температурный режим, его можно изменить настройкой датчика.

Виды

В простейшем варианте (реле холодильника) применяют механический переключатель. Для более точной регулировки (обороты двигателя) используют не только микроэлектронику, но и специализированное программное обеспечение.

Терморегулятор на трех элементах

Чтобы сделать простой терморегулятор своими руками схема для блока питания персонального компьютера подходит лучше других вариантов.

Регулятор вентилятора для компьютерного БП

Термистором измеряют температуру в контрольной точке. Потенциометром устанавливают оптимальное значение для включения вентилятора. Изменять обороты данная схема не способна. Подключает индуктивную нагрузку MOSFET транзистор. Допустимо применение аналога с подходящими силовыми характеристиками.

Терморегуляторы для котлов отопления

Регулятор температуры своими руками можно сделать в рамках проекта модернизации старого котла. Не имеет значения вид топлива, хотя проще обеспечить хороший результат с применением газового оборудования.

Схема термостата с индикацией показаний на LCD экране

Цифровой терморегулятор

В этом примере разработчики создавали устройство поддержания температурного режима в хранилище фруктов (овощей). Для анализа поступающих данных выбрана микросхема со следующими блоками:

таймеры;
генератор;
два компаратора;
модули обмена, сравнения и передачи данных.

При соответствующем положении переключателей светодиодная матрица показывает актуальное значение температуры или контрольный уровень. Кнопками в пошаговом режиме устанавливают нужный порог срабатывания.

Схема с регулировкой гистерезиса

Самодельный регулятор температуры

Создать функциональный термостат своими руками не слишком сложно. Тем не менее, надо реалистично оценивать собственные возможности. Следующие инструкции помогут принять правильное решение.

Простейшая схема

Чтобы исключить лишние трудности, применяют схему с блоком питания без трансформатора. Для выпрямления питающего напряжения используют обычный диодный мост. Необходимый уровень постоянной составляющей поддерживают стабилитроном. Конденсатором устраняют броски.

Типовой делитель подойдет для контроля напряжения. В одном плече устанавливают резистор, который реагирует на изменение температуры. Для управления исполнительным устройством подойдет реле.

Прибор для помещения

Это устройство можно использовать для поддержания температурного режима в мини-теплице, другом ограниченном объеме. Основной элемент – микросхема операционного усилителя, которая включена в режиме сравнения напряжений. Точную и грубую настройку порога срабатывания выполняют с помощью резисторов R5 и R4, соответственно.

Терморегулятор для инкубатора

На микросхеме LM 311

Этот вариант предназначен для подключения электрических теплых полов, других мощных нагрузок. Следует обратить внимание на повышенную надежность изделия, которая обеспечена гальванической развязкой цепей со слабыми и сильными токами.

Схема для подключения мощной нагрузки

Необходимые материалы и инструменты

В некоторых ситуациях понадобятся навыки изготовления сложной печатной платы. Простейшие схемы собирают за несколько минут с применением паяльника и технологии навесного монтажа. До выполнения рабочих операций необходимо приобрести:

комплектующие детали;
расходные материалы;
измерительную аппаратуру.

Список покупок составляют на основе выбранной электрической схемы. Для защиты устройства от неблагоприятных внешних воздействий и улучшения внешнего вида создают соответствующий корпус.

Достоинства и недостатки

Плюсы и минусы отдельных схем оценивают с учетом реальных условий эксплуатации. Иногда выгодно затратить время и деньги на стадии реализации идеи с целью продления срока службы готового изделия. Нет смысла создавать самоделку, если фабричный аналог с официальными гарантиями стоит дешевле.

Видео

Как грамотно установить

Чтобы продлить срок службы терморегулятора, пользуются следующими рекомендациями:

Как отремонтировать

Самодельный термодатчик своими руками восстановить нетрудно, так как известна технология проверки (настройки). Инструкции по ремонту фабричных изделий можно найти на официальном сайте производителя.

Кол-во блоков: 18 | Общее кол-во символов: 16308
Количество использованных доноров: 4
Информация по каждому донору:

Терморегуляторы предназначены для поддержания температуры на определенном уровне. В нашем случае, терморегулятор не позволит нашим железякам перегреться. Это простая схема терморегулятора, которая понадобится мне в моем будущем проекте. Мы разберем из чего она состоит, как она работает, соберем и проверим все на практике.

Используемые компоненты

Цель этого проекта заключается в создании простого, с минимальным количеством деталей, компактного устройства для автоматического включения вентилятора при достижении заданной температуры. Это нужно для того, что-бы снизить потребление устройства, шум, к тому же это само по себе здорово. Схема этого терморегулятора состоит всего из семи радиоэлементов. Ключевую роль в схеме выполняет сдвоенный компаратор U1 LM393.

Распиновка выводов LM393

Он сравнивает два напряжения на своих входах через резистивные делители, а затем уже выдает сигнал на выходе. Но так как выходной ток компаратора слаб, потребуется использование полевого транзистора Q1. Из тех что были в магазине, мне подошел APM4010N. Вообще подойдет любой транзистор, при условии что он должен быть N- канальный, а рабочий ток должен соответствовать вашей нагрузке. В качестве нагрузки я использовал 80 мм кулер от блока питания. Его рабочий ток составляет около 150мА, чего мне хватит с головой.

NTC термистор 103

Следующим немаловажным элементом служит NTC термистор R1. Этот термистор я нашел в старом аккумуляторе от ноутбука. На нем была надпись 103ED7, а это значит что его сопротивление при 25°C равно 10 кОм. Термистор это тот же резистор, только изменяет свое сопротивление в зависимости от температуры. NTC обозначает, что сопротивление снижается от повышения температуры. Термисторы отличаются формой, размером, материалом изготовления и способом монтажа.

Описание схемы

Схема терморегулятора на LM393

Схема терморегулятора и принцип ее работы банально прост. Резистивный делитель R3 и R4 задает опорное напряжение в 6.59 вольт на инвертирующий вход. А резисторы R1 и R2, при температуре 25°C всего 3.83 вольта на неинвертирующий. Соответственно, при повышении температуры сопротивление R1 падает, а напряжение на делителе будет расти. Когда напряжение делителя неинвертирующего входа превысит напряжение инвертирующего, на выходе компаратора появится напряжение, которое откроет транзистор. Винты кулера закрутятся, и миссия будет выполнена. Что бы легко вычислить напряжение через делитель, рекомендую воспользоваться этим чудесным калькулятором делителя напряжения. Остается один непонятный резистор R5. Это подтягивающий резистор на 5-15 кОм. Без него компаратор не будет работать. Так же он защищает затвор Q1 от электромагнитных помех.

Зависимость температур и сопротивлений

Очевидно, что сопротивление термистора зависит от температуры. Производители NTC датчиков прилагают документацию к своей продукции, с помощью которой можно рассчитать соотношение температуры к сопротивлению.

График соотношения сопротивления к температуре

Это наш график соотношения сопротивления к температуре. Как вы видите, он отнюдь не линейный. Любой термистор имеет небольшую погрешность. Его параметры, линейность и чувствительность, зависят от материала из которого он изготовлен.

Таблица соотношения сопротивления к температуре

Вверху приведена таблица нашего термистора с шагом в 1°C, и мы будем опираться на нее для расчетов. Схема нашего аналогового терморегулятора прекрасно программируется на нужную нам температуру срабатывания. Мы знаем что опорное напряжение на инвертирующем входе у нас 6.59 вольт. Что бы вентиляторы заработали, нужно что-бы на неинвертирующем входе было напряжение выше, чем на инвертирующем. Сопротивление R2 у нас 4.7 кОм всегда остается постоянным, а сопротивление R1 должно упасть примерно до 3.9 кОм. Получается, что наш вентилятор включится при 48 °C.

Сопротивление R2 (кОм)	Температура срабатывания °C
12.3	25
10	30
8	35
6.5	40
5.3	45
4.4	50
3.6	55
3	60
2.5	65
2.1	70
1.8	75
1.5	80

Подбор резистора R2

Эту таблицу можно использовать для подстройки терморегулятора, подставив на место R2 нужный резистор. Можно поставить вместо резистора R2 подстроечный резистор на 20 кОм для регулировки порога срабатывания.

Печатная плата

Печатная плата терморегулятора

По классике, набросал печатную плату в Sprint Layout с использованием SMD компонентов. У меня были резисторы размера 1206 для компактности.

Плата терморегулятора

В растворе перекиси водорода, и лимонной кислоты родилась вот такая вот плата. Не забудьте перед печатью отзеркалить плату.

После сборки устройство прекрасно работает. Если вам понравилась статья или подача материала, тогда оставляйте комментарии и делитесь ссылкой с друзьями.

Читайте также: