Sprawozdanie. Układ utrzymujący stałą temperaturę sterowanie wentylatora na podstawie informacji z czujnika temperatury

Transkrypt

1 Sprawozdanie Układ utrzymujący stałą temperaturę sterowanie wentylatora na podstawie informacji z czujnika temperatury Damian Chmielewski Jacek Skiba 1. Założenia projektowe Przed rozpoczęciem realizacji układu wprowadziliśmy następujące założenia, które powinien on spełniać: - zakres temperatury w której układ pracuje: <20, 50> [ ] - duży zakres zmian napięcia wyjściowego U w stosunku do zmian temperatury - możliwość kalibracji układu, tzn. zmiany zakresu temperatury w której układ pracuje - wprowadzenie diody LED sygnalizującej włączenie/wyłączeniu układu - mały rozmiar oraz prostota wykonania - możliwość wykorzystania układu w praktycznym zadaniu 2a. Schemat realizowanego układu Zalety: - prostota działania: układ złożony z dwóch części; część komparatora załącza układ, obwód układu LM317 reguluje napięcie wyjściowe - możliwość regulowania zakresu pracy poprzez potencjometr R1 - możliwość zasilania układu napięciem stałym U z przedziału <6, 12> [V] - element wykonawczy (wentylator), pobiera energię tylko wtedy gdy powinien chłodzić otoczenie Wady: - wykorzystanie dwóch identycznych termistorów; układowi do jednoznacznej pracy powinien wystarczać sygnał od pojedynczego NTC

2 Rys 1. Realizowany układ wraz z elementami pomiarowymi 2b. Układy alternatywne - Wykorzystując tylko układ LM317 otrzymujemy bardzo prosty sterownik temperatury, możliwy do wykonania nawet w formie pająka. Wentylator cały czas pobiera napięcie, co ogranicza wykorzystanie układu do miejsc, gdzie chłodzenie realizowane jest cały czas: np. w wewnątrz obudowy komputera. Rys 2. Najprostsza forma układu utrzymującego stałą temperaturę

3 - Zamieniając tranzystor NPN na przekaźnik prądu stałego, układ nie zmienia sposobu działania. Wadą tego rozwiązania jest duży prąd który musi przepłynąć przez cewkę przekaźnika, aby zewrzeć styki obwodu LM317. Rys 3. Przekaźnik jako element przełączający - Wykorzystując MOSFET N załączamy obwód układu LM317 napięciowo - posiadając odpowiednio dużą różnicę potencjałów na złączu BS otwieramy obwód DS. W realizowanym układzie nie ma różnicy czy wykorzystujemy tranzystor bipolarny czy też unipolarny. Rys 4. MOSFET N jako element przełączający

4 3. Schemat blokowy układu Działanie układu oparte jest na dwóch częściach: 1. Układ załączający wentylator: - komparator porównuje napięcie odniesienia z napięciem dzielnika zawierającego termistor; - w temperaturze pokojowej napięcie referencyjne jest wyższe, co oznacza niski stan na wyjściu elementu porównującego wentylator wyłączony; - wraz ze wzrostem temperatury napięcie dzielnika z NTC rośnie; - gdy U > U komparator przyjmuje stan wysoki załączamy wentylator. 2. Układ regulacji napięcia wyjściowego: - regulowany stabilizator napięcia wyznacza U ; - im mniejsza rezystancja termistora, tym większe napięcie U - tym szybciej działa wentylator. Rys 5. Schemat blokowy układu utrzymującego stałą temperaturę 4. Zasady doboru elementów - Sygnały wejściowe do komparatora wyznaczono z klasycznego dzielnika napięcia: U = U U = U Przyjmując R = R, komparator przyjmie stan wysoki na wyjściu dla: - Wprowadzono: U > U R < R - R = R = 5k1 - R = 2k2 - R = 3k2, przy temperaturze 25

5 - Wartości rezystancji R i R przyjęto tak, aby większy prąd płynął przez złącze B-E tranzystora Q1. Wprowadzono: - R = 10k - R = 5k - Korzystając z noty katalogowej układu LM317, dla układu postaci: napięcie wyjściowe wyrażamy wzorem: V = 1,25(1 + ) - Wykorzystując tą zależność wprowadzono w układzie: - R = 4k6 - R = 3k2 - Wprowadzając V = 12V, maksymalne napięcie wyjściowe jest równe V = V - 1,5 = 10,5V (wynika to z budowy układu LM317) - Zakres wyjściowy napięcia dla przyjętych wartości elementów: V <3, 10,5> V 5. Koncepcja montażowa układu oraz wykaz elementów - Układ wykonano na płytce uniwersalnej paskowej, wykorzystując tradycyjny montaż przewlekany. Elementy rozmieszczono zgodnie z zaleceniami artykułu z Elektroniki dla Wszystkich 3/96, Jak montować układ na płytce uniwersalnej. Główne cechy prostego układu są następujące: - górna szyna reprezentuje napięcie zasilania, a dolna masę układu; - rozpoczynamy montaż od elementu najprostszego i skrajnego, a następnie przesuwamy się od strony lewej do prawej; - przed rozmieszczeniem elementów biernych szacujemy pozycje układów scalonych; - tworzymy przerwy w paskach płytki w miejscach, gdzie wprowadzamy piny układu scalonego.

6 - Wykaz elementów: Nazwa / Oznaczenie Symbol Opis Ilość Rezystor / R Wykorzystuje oporniki z szeregu E24 8 o 5% tolerancji Termistor NTC / RT Opornik półprzewodnikowy którego rezystancja maleje wraz ze wzrotem 2 temperatury Tranzystor NPN / Q BC547, wykorzystywany jako element 1 przełączający Dioda LED / D Sygnalizuje stan wysoki komparatora 1 Zasilacz stabilizowany / U Komparator / C Model: EA1015C-2E; DC 12V 1,25A 1 LM339 obudowa DIP 14. Porównuje napięcia przyłożone do wejść, a na wyjściu podaje sygnał zależny od tego, który z sygnałów wejściowych jest większy Regulowany stabilizator napięcia LM317 obudowa TO220(T) 1 Wentylator / V --- Model: AFB0712HB; DC 12V 0,33A Wnioski i sugestie dotyczące układu Projekt ten uświadomił nam wieloetapowość w tworzeniu układu elektronicznego pomiędzy zdefiniowaniem problemu, a stworzeniem działającego układu jest długa droga. Główny problem w tym przypadku stanowiły dwie rzeczy: - wykorzystanie w układzie pojedynczego termistora oraz - czytelne rozmieszczenie elementów na płytce. Pierwszy z nich nie został rozwiązany z powodu wykorzystania tych, a nie innym układów scalonych. Z drugim poradziliśmy sobie dobrze. Oczywiście istnieje możliwość rozbudowy układu np. pod względem mechanicznym można stworzyć specjalną obudowę, łączącą w jedną całość płytkę oraz wentylator. Dzięki temu układ mógłby być wykorzystywany w praktycznych zadaniach, problemach.