Делаем термостат - часы таймер для бытовой техники

Скажите, это только меня раздражают часы в микроволновке и другой бытовой технике? Немного мигнул свет - и все - наша песня хороша, начинай сначала? Нужно снова все налаживать.

На этот раз обойдемся без предисловия. Сразу к сути. Хотя нет. Выскажусь относительно часов. Скажите, это только меня раздражают часы в микроволновке и другой бытовой технике? Немного мигнул свет - и все - наша песня хороша, начинай сначала? Нужно снова все налаживать. В прошлом веке в некоторых видеомагнитофонах хотя бы ионистор ставили. А сейчас... RTC (Real Time Clock) микросхема стоит менее 0,5 USD, работает на стандартной I2C шине. Конечно, найдутся те, кто скажут, что нечего делать элементам питания в микроволновке (печи и т.д.), которые домохозяйка не в состоянии заменить, и так далее. Но, уважаемые, подойдите к этому с другой стороны: срок работы такого элемента питания (CR2032, например) - 3...5 лет, иногда даже больше - это больше, чем любая гарантия на электронное устройство. Также это повод для постгарантийного сервисного обслуживания техники, конечно, по желанию и за деньги владельца. Но не делают... Поэтому мы хоть и не Samsung или LG, но в своих изделиях можем это изменить. Используя, например, о-о-очень популярную DS1307.

Поэтому есть цель. Есть, например, бойлер (с встроенным термостатом или без него, об этом позже), также в целях экономии хотим, чтобы он грел воду не 24/7, а несколько часов утром и несколько часов вечером. Это небольшая, но экономия. Также есть дом в частном секторе, где мощность проводки не очень большая, поэтому должны выбирать или водонагреватель, или, например, электропечь. Конечно, это все возможно автоматизировать, но в магазине готового решения не найти. Термостат - пожалуйста, но точно без часов и часовых зон. Какие-нибудь часы с отключением по зонам - возможно, но точно без термостата. И точно уже не будет устройства автоматического отключения нагрузки, когда включается другое устройство. Поэтому это поле деятельности именно домашнего мастера и меня, как инженера.

Схема устройства приведена на рис. 1.

Есть в арсенале:

1.    Дешевый, но мощный микроконтроллер STM8S003 в QFP32 корпусе.
2.    Светодиодный четырехсимвольний индикатор. Любого цвета, но с общим анодом.
3.    Так же RTC с І2С интерфейсом - DS1307.
4.    Датчик температуры DS18B20. Как говорится - классика жанра.
5.    Токовый датчик-трансформатор. Любой на ток 5 А, этого достаточно.
6.    Исполнительный узел на ВТА16 + МОС3063. Почему так? Потому, что не хотелось морочить себе голову с переходом через ноль и добавлением помех в электросеть. А также разгрузить МК. Это дает возможность использовать в качестве источника питания полноценный БП с гальванической развязкой, если это кому-то нужно.
7.    Источник питания. Безтрансформаторный. Не очень безопасно, но в моем случае - меня это устраивало.

Функционально устройство оказалось очень гибким. Например, никто вам не мешает не использовать функцию отключения нагрузки с токовым датчиком. Для этого достаточно соединить РВО с землей и не использовать ОП вообще. Или, если вы не планируете использовать именно термостат (а мне он и не был нужен, это я добавил так, для расширения функционала), а вам нужны временные зоны и токовые отключения - нет вопросов, функция термостата отключается в настройках прибора. В качестве бонуса, кроме часов, имеете комнатный термометр.

Или чего это я все о бойлере и о бойлере?.. Диапазон работы термостата дает возможность использовать, например, электрообогреватель. Или вообще можно выбросить все лишние силовые цепочки и использовать устройство как часы-термометр. А почему нет? Достаточно простое и бюджетное решение.

При включении питания в первый раз - автоматически настраиваются в EEPROM МК все стандартные температуры и другие значения. Также имейте в виду, что часы начинают работать только после того, как вы установили время в настройках устройства. Но это только один раз на замену элемента питания, то есть, приблизительно, раз в три года. При нормальной работе, устройство циклически отражает время -> температуру -> время (рис. 2)...

Срок отображения каждого элемента - где-то примерно 4 с. Между временем и температурой намеренно сделана короткая пауза, где 0,5 с с пустым экраном - это, на мой взгляд, существенно улучшает восприятие информации. Температура отображается в зависимости от того, где находится датчик. Если в настройках разрешен термостат, то при нажатии на кнопку “set” на экране появляется ххС, где XX - температура от 5°С до 99°С (рис. 3).

Конечно, кнопками “+” и это значение можно отрегулировать. Через несколько секунд после последнего нажатия - устройство вернется к обычному режиму отображения. Если в это время нажать “+” - вы увидите цифру 30, еще раз -60, еще раз - 90, и так по кругу (рис. 4).


Это так называемый режим override. 30 - 60 - 90 - это минуты, на которые включается бойлер, даже когда устройство вне зоны нужного времени. Конечно, во внимание также принимаются настройки термостата и токового датчика. Это может пригодиться, когда надо, например, подогреть воду прямо сейчас, не дожидаясь условного времени, но не переналаживая устройство. Кстати, еще двухцветный светодиод. Он зеленый, когда устройство находится во временной зоне с выключенным термостатом или, если включен термостат, то зеленый отражает реальную работу нагревателя. Если нагреватель не работает и/или устройство вне временной зоной - светодиод не горит вообще. Если есть сигнал с токового датчика (включено параллельное мощное устройство с токовым датчиком) - светодиод будет красный. Также еще есть кнопка В случае активированного таймером режима override, нажатие на нее аннулирует этот таймер. На индикаторе вы увидите надпись “САпС” - т.е. “cancel”, “отмена” по нашему (рис. 5).

Далее - по настройкам. Конечно, сразу после сборки и монтажа нужно будет настроить устройство. Это требует некоторых пояснений. В настройки можно добраться, удерживая кнопку “set” где-то примерно три секунды. Во-первых, настраиваем часы. Здесь все просто: мигают часы - используем нажимаем “set” - настраиваем минуты. Затем - настройки временных зон. Во-первых, появится “1 on” -это старт первой зоны (рис. 6).

Этот и следующие три надписи появляются где-то на 3-4 секунды, далее после каждой устройство переходит к ожиданию ввода. Доступны к редактированию только часы, то есть временная зона может быть только кратной одному часу. Например, 18.00 - 22.00 (рис. 7). Как я надеюсь, из рисунков понятно -это временные данные, что вам нужно будет ввести для формирования зон. Конечно, есть нюансы. Например, если в “1 on” и “1 off” или “2 on” и “2 off” ввести одинаковые цифры, эта временная зона будет выключена. То есть, если вам нужна только одна или ни одной зоны -введите только одинаковые цифры в ненужной зоне. Любые. Все настройки, касающиеся времени, в данном устройстве используют 24-часовую систему.

Следующая настройка - термостат. А точнее, его включение/выключение (рис. 8). Выбираем нужное - on или off -кнопками Как я уже писал ранее, от этого будет зависеть поведение устройства относительно температуры. Если термостат выключен, датчик DS18B20 будет работать только как термометр, не имея ни на что влияния. А электричество будет включаться только согласно временных зон и иногда выключаться, когда есть другой крупный потребитель. Также будет заблокирован доступ к настройке температуры термостата, то есть кнопка “set” не задействована. Если же термостат включен - на управление электричеством еще будет влиять и термодатчик.

И наконец последняя настройка - гистерезис (рис. 9). Не буду объяснять, что это такое - это уже было. Если не уверены - поставьте “5”. Регулируется он от 3 до 10 градусов по Цельсию.

В заключение - относительно настройки прежде всего “железа”. Здесь все очень просто. Вам нужно убедиться, что операционный усилитель ОР1 имеет достаточный коэффициент усиления. То есть, при подключении минимально необходимой вам нагрузки к той магистрали, к которой подключен токовый датчик, напряжение на выходе ОУ должно быть равно 2,5 В или больше. Усиление можно регулировать резистором R19. Чем больше его сопротивление - тем больше коэффициент усиления.

Печатная плата приведена на рис. 10, внешний вид - на фото 1 -2.


По конструкции. У меня все собрано в пластиковом самодельном корпусе, и висит на стене рядом с силовым кабелем, следующим из силового щита в гараже на кухню. Устройство работает уже несколько месяцев и зарекомендовало себя очень хорошо. Симистор установлен на небольшой радиатор, обрезок от блока питания АТХ, коммутирует 1,5 кВт мощности, греется довольно существенно, но никаких проблем не было. На тактовых кнопках применены пластиковые колпачки, корпус также весь из пластика - то есть никаких проблем с бестрансформаторным источником питания не предвидится.

Также на всякий случай хочу напомнить, что для правильного подключения токового датчика через его “окошко” должен быть проведен только ОДИН провод из двух, следующих к нагрузке, включение которого вы планируете отслеживать.