Терморегулятор для холодильника на микроконтроллере ATMEGA8 и термодатчике DS18B20. Схема, плата, прошивка

↑ Немного истории

Моему холодильнику уже добрых 20 лет и за это время он успел сменить в себе два мотора и один термостат, побывал в двух мастерских и теперь это «чудовище Франкенштейна» совсем перестало выключаться. По опыту скажу, что я очень не люблю такие термостаты, их механическая начинка довольно капризная. А ещё мастера мне попадались уникальные, они чинили одну часть холодильника, и ломали другую. Например, после ремонта у меня перестала включаться лампочка «в салоне» при открывании двери. «Хочешь, чтобы было сделано хорошо? Сделай это сам!»

↑ Изучение холодильного вопроса и временное решение

Разобрал я корпус термостата и давай изучать, как он должен работать. При понижении температуры, фреон в трубке термостата сжимается и начинает тянуть на себя контакты реле компрессора, от чего реле отщёлкивается и отключает компрессор. После повышения температуры происходит обратный процесс. Значит, мне следует подключить своё реле к контактам, вместо термостата.

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!

Как правильно заменить

Выполняя работу по замене неисправного термостата, нужно придерживаться инструкции, чтобы не допустить распространенных ошибок. Нарушение правил установки нового компонента может вызвать некорректное функционирование оборудования и спровоцировать возникновение поломок других деталей.

Демонтаж

Приступая к демонтажу терморегулятора, обязательно нужно выключить холодильник из розетки. Затем следует найти расположение компонента в зависимости от разновидности оборудования. Обычно для демонтажа достаточно открутить регулировочную ручку, снять крепеж и защитную крышку корпуса.

↑ Схема моего терморегулятора

Теперь есть «время на подумать» и поискать вдохновения в Интернете для разработки полноценного терморегулятора. Что в итоге я выяснил: • компрессор может работать часами, но не сутками, ему нужен отдых; • после выключения компрессора, нужно минимум 5-10 минут перед повторным запуском.
В остальном, есть простор для творчества.

Тут всё просто. Есть реле RL1 на ток в 16А на каждую группу, управляющую компрессором. Ключ Q1 управляет этим реле, получая команды от микроконтроллера U1. МК тактируется от кварца в 4 МГц.

Кнопки управления всего две, это «PLUS» и «MINUS», подтянуты они к плюсу питания и зашунтированы ёмкостями С4 и С5, для избавления от дребезга контактов.

Используется цифровой термодатчик U1 ds18b20, работающий по однопроводному протоколу.

Вся индикация — на семисегментном LED индикаторе с общим анодом, работающим в динамическом режиме. Светодиод «WORK» это индикатор состояния компрессора, который показывает, включен он или нет.

Питание взял от готового импульсника, на выходе которого, снимается 12В на реле и 5В на всё остальное.

Осталось ознакомиться со схемой холодильника и приступить к разработке логики управления компрессором.

Электрическая схема холодильника «NORD-214-1». SK — терморегулятор; EL — пампа накаливания; К — пускозащитное реле; М — компрессор; ЕК1 — электронагреватель поперечины; ЕК2 — электронагреватель оттаивания; SQ — выключатель освещения; Х — провод армированный.

В итоге, клеммы с термостата SK будут отключены и перенаправлены на контакты моего реле.

Замена на примере холодильника «Стинол»

Схема замены термостата:

1. Обесточиваем «Стинол».
2. Снимаем декоративные панели и другие элементы, которые мешают добраться к термостату (часто место установки устройства перекрывает блок освещения).
3. Убираем блок с контактами и регулятором. Для этого понадобится открутить винты или отодвинуть защелки.
4. Отключаете клеммы с проводами, которые подходят к регулятору температуры.
5. Снимаем планку, крепящую к стенку камеры трубку с газом.
6. Удаляем из холодильника сломанный термостат.
7. Устанавливаем трубку исправного терморегулятора, придав ей необходимую форму и прижимаем.
8. Подключаем контакты.
9. Регулируем месторасположение устройства.
10. Устанавливаем узлы и панели в обратном порядке.
11. Настраиваем термореле.
12. Проверяем работоспособность холодильника.

В процессе замены старого термостата на новый существует возможность повреждения самого устройства и других деталей агрегата, поэтому желательно обращаться за помощью к опытному мастеру. Если хотите сделать все своими руками, внимательно смотрите видео-инструкцию.

↑ Пишем холодильную программу для МК

Начинаем продумывать логику программы, а она довольно сложная. Мне даже в начале разработки, после пары дней кумеканья, пришлось стереть всё и писать код заново, но предварительно составив блок-схему логики работы программы. С блок-схемой стало гораздо проще писать «поэму». Общая логика работы программы описана ниже на рисунке.

Тут не указана процедура опроса кнопки, т.к. она происходит постоянно на всех этапах работы программы. Во время периодического опроса датчика, а это каждые 3 секунды, происходит проверка исправности датчика температуры. В случае потери связи с датчиком, программа перейдёт в аварийный режим, когда вызывается подпрограмма таймера работы/отдыха компрессора. Для возврата в нормальный режим, необходимо будет исправить связь с датчиком температуры и выключить/включить устройство.

Данная подпрограмма является копией той, что работала на подносе в начале статьи, так что предыдущие труды прошли не зря.

Прошивка и исходники, как всегда, в подвале статьи! Что касается фьюзов, то они все сняты, кроме CKSEL1, т.е. микроконтроллер настроен на работу от внешнего кварца на 4 МГц.

Устройство прибора, регулирующего температуру

Термостат – достаточно простое устройство. Даже в современных холодильных камерах и холодильниках – это простая контактная группа. Ею управляет манометрический прибор с капиллярной трубкой, конец которой находится в камере и замеряет температуру. Сегодня существует два типа регуляторов температурного режима в холодильниках: механический и электронный.

Современный терморегулятор имеет два главных элемента. Это короб, в котором находятся управляющие и исполнительные механизмы, и вытянутый в трубочку, капилляр. Короб – это сильфон (герметично упакованная трубчатая пружина). От его герметичности зависит точность определяемых показателей. Сжимание и растягивание сильфона регулирует пружина, оптимизируя его с показателями давления. Современные механические терморегуляторы могут иметь несколько пружин. Это зависит от места назначения: холодильная камера или морозильная.

Более надежный и позволяющий плавно регулировать работу всей холодильной системы – электронный терморегулятор для холодильника. Цена этого устройства значительно выше механических и колеблется в пределах двух тысяч рублей (в то время как механический стоит до тысячи). В электронном термореле за чувствительность отвечает тиристор, иногда резистор.

В холодильниках с высоким потреблением энергии такие терморегуляторы быстро выходят из строя. В охлаждающих установках класса «А+» с линейными компрессорами электронные температурные регуляторы требуют замены гораздо реже. Поэтому большая часть производителей такого оборудования переходит сегодня на линейные компрессоры с электронными терморегуляторами.

↑ Конструкция и детали цифрового термостата

Прибор решено было вмонтировать на верхнюю крышку холодильника. Для этого была разработана плата из двух частей — цифровая и силовая.

В крышке холодильника была установлена новая заглушка, в месте, где должен быть световой индикатор в более дорогих моделях холодильников данной серии. Вот как раз и используем заготовленное заводом пространство.

Выпилил окошки и отверстия в заглушке. Хорошо, что у меня завалялся кусок лицевой затемняющей панели от спутникового тюнера!

Далее прикрутил платы на платформу от крышки.

Ремонт

Термопара (терморезистор) ремонту не подлежит — он слишком миниатюрный, в нем нет заменяемых частей. Починить можно проводки (спаять скрутить, заменить), но не указанные элементы. Трубочка-датчик для механических термостатов тем более не ремонтопригодна: как бы хорошо не изолировалась в ходе починки прореха в ней, включая припоем, все равно рано или поздно она разгерметизируется, а сильфон с изъянами чрезвычайно сложно привести в надлежащее состояние — всегда будет раскалибровка.

Исключение составляют случаи:

• когда оторвались контакты, есть обрыв, замыкание, неправильное прилегание — тогда производят перепайку соединений, располагают части должным образом;
• установка новой термопары на уже установленный кабель (просто отрезают и припаивают на место старого терморезистора, не отщелкивая фишку проводков из блока управления).

Случай починки из опыта пользователей

Приведем пример, как влияет расположение терморезистора на его работоспособность. Описывается случай с холодильником Либхер СР4003. В этой модели при неисправности температурного датчика подается тревожный звуковой сигнал, что и наблюдалось пользователем. Владелец заказал новый сенсор, но также решил одновременно проверить и старое изделие, попробовать реанимировать его.

Холодильник отключили, произвели разморозку, высушили камеры. Затем сняли защитную панель (крышку) с детектора. В данном случае тип прибора no frost, а рассматриваемая деталь размещена на «плачущей стенке». Детектор просушили обычным феном, не снимая его с посадочного места. При этом надо следить, чтобы направляемое тепло было умеренным, высокая температура может повредить, оплавить пластмассовые детали. После указанных процедур произвели запуск — все заработало должным образом.

Очевидно, что причина неполадки — неудачная локация монтажа термосенсора. Со временем из-за агрессивных условий происходит разгерметизация датчика, конденсат попадает внутрь, что искажает показания. Соответственно, система выдает тревожный сигнал о поломке, неправильные сообщения идут на компрессор, заставляя его работать постоянно.

Дальнейшее решение состояло в том, что защитную панель не монтировали, элемент оставили открытым, без крышки, а также 1 раз в неделю убирали конденсат со стенок около устройства обычной ветошью или салфеткой. Новый датчик не понадобился и оставлен как запасной.

↑ Результаты проделанной работы

На мой взгляд, выглядит всё круто и аккуратно. Мама очень довольна изобретением и боится нажимать на кнопки, что бы без привычки ничего не сломать.
Выставил температуру в +4,5° и гистерезис в 1,5°. Итого вышло, что холодильник включается при +6° и выключается при +3°. По времени вышло, что компрессор работает 10 минут и отдыхает 55 минут, а это 0,15 рабочего времени. В Интернете сказано, что диапазон соотношение цикла работы/отдыха в 0,2-0,9 считается нормальным. Думаю, моя цифра показывает, что экономия электроэнергии находится на высоком уровне.

Это был интересный опыт в решении данной проблемы, которая возникает у многих владельцев старых холодильников.

Добавить ссылку на обсуждение статьи на форуме

РадиоКот >Схемы >Цифровые устройства >Бытовая техника >

Теги статьи:

ТермостатДобавить тег

Термостат для холодильника

Автор: Sobiratel_sxem Опубликовано 09.03.2020 Создано при помощи КотоРед.

Добрый день, уважаемые радиолюбители. Ни для кого не секрет, что на данный момент в эксплуатации до сих пор находится достаточно много холодильников старых годов выпуска (например [12] в нашем случае). Одной из проблем, связанных с ними, является выход из строя термостата… …и эта поломка, настигает владельца чаще всего неожиданно… Сегодня мы бы хотели познакомить Вас с вариантом термостата, разработанным нами около года назад. Итак, пожалуй, начнем. Схема электрическая принципиальная термостата показана на фото ниже.

Функционально термостат состоит из 4 узлов: непосредственно термореле, таймера, выходного каскада и источника питания. После подачи напряжения питания, сетевое напряжение, через понижающий трансформатор TR1 поступает на выпрямитель, выполненный на диодном мосте VDS1 [9]. Конденсатор С15 – фильтр пульсаций выпрямленного напряжения. Схема стабилизатора источника питания выполнена по классической схеме параметрического стабилизатора, реализованного на стабилитронах VD8, VD9 с усилителем тока на транзисторе VT1. Так как схема классическая и хорошо известна всем радиолюбителям, рассматривать подробно принцип её работы не будем. Выходное стабилизированное напряжение питания поступает непосредственно в цепи питания остальных узлов термостата [13,14]. Само термореле реализовано на микросхеме DA1 по схеме компаратора напряжения. Опорное напряжение компаратора на не инвертирующем входе задается делителем напряжения, состоящим из резисторов R4, R5, R6. Резистор R5 служит для установки порога срабатывания компаратора. Термочувствительно плечо компаратора состоит из резисторов R8, R9 [1]. При изменении температуры изменяется сопротивление терморезистора R9, соответственно меняется величина напряжения на инвертирующем входе компаратора. Как только напряжение на инвертирующем входе превысит величину опорного напряжения на не инвертирующем – на выходе установится уровень логического «0». И наоборот, когда напряжение на инвертирующем входе станет ниже уровня опорного напряжения — на выходе установится уровень логического «1». Цепочка, состоящая из резисторов R14, R15, диода VD4, конденсатора С4 задаёт параметры петли гистерезиса компаратора. С выхода термореле сигнал поступает на выход логического элемента «И» (верхний по схеме), реализованного на микросхеме DD3. Одновременно с этим, через элемент «Не», реализованный на микросхеме DD4 на вход сброса счётчика таймера поступает сигнал сброса (вход R микросхемы DD2) [2,3,4]. Таймер термостата состоит из генератора сигналов, выполненного на микросхеме DD1 и счётчика DD2. Цепочка, состоящая из резисторов R2, R3, конденсатора С1 задаёт частоту выходных импульсов генератора. С выхода генератора последовательность прямоугольных импульсов поступает на вход асинхронного счётчика DD2. В данном случае он выполняет роль счётчика-делителя [5,6,7]. С выхода таймера, через диоды VD5-VD7, а так же резисторы R18-R20 сигнал, поступает на второй вход логического элемента «И» (нижний по схеме), реализованного, как было описано выше, на микросхеме DD3. С выхода элемента «И» сигнал поступает на транзисторный ключ, выполненный на транзисторах VT2, VT3. Нагрузкой транзисторного ключа служит электромагнитное реле К1, контакты которого коммутируют электродвигатель холодильника при работе термостата [8]. Цепочка, состоящая из диода VD1 и конденсатора С5, необходима для установки счётчика DD2 в нулевое состояние при включении питания устройства. Диод VD3, конденсатор С8 необходимы для защиты устройства от возможных высоковольтных помех, возникающих при коммутации индуктивной нагрузки в виде электродвигателя холодильника, а так же возникающих при работе электромагнитного реле К1. Данные элементы необходимо установить как можно ближе к микросхеме DA1. Конденсаторы С11, С12 необходимы для тех же целей, но их необходимо установить как можно ближе к самому реле К1. Цепочка, состоящая из диодов VD10, VD11 необходима для устранения высоковольтных выбросов при коммутации обмотки реле К1 транзисторным ключом. При этом диод VD10 установлен для ускорения срабатывания реле при коммутации [15]. Совместно с диодом VD3, конденсаторами С8, С11, С12, С16, варистором R29 данная цепочка обеспечивает хорошую защиту термостата от помех, возникающих при работе в цепях питания. Цепочка R30, C17 – искрогасящая [10]. Цепочка R21, C10 необходима для поддержания уровня логической «1» в момент переключения выходов счетчика 1-3. При отсутствии данной цепочки возможно ложное срабатывание логического элемента «И». Цепочка R1, HL1 – индикатор напряжение питания термостата. Рассмотрим кратко работу настроенного термостата. По умолчанию будем считать, что температура в холодильнике комнатная т.е. он полностью разморожен. Итак, после включения питания на выходе компаратора DA1 установится уровень логической «1» т.к. температура термодатчика выше, чем установленный порог срабатывания. Одновременно с этим, благодаря цепочке VD1-C5, произойдет сброс счетчика DD2 в нулевое состояние, после чего таймер начнёт отсчет времени. При заданных на схеме номиналах и приведённой схеме подключения примерно через 8.5 минут на выходе таймера появится уровень логической единицы. Таким образом, на обеих входах DD3 установится уровень логической единицы и, соответственно, на выходе элемента «И» будет так же логическая «1». Выходной сигнал, через транзисторный ключ VT2-VT3, а так же электромагнитное реле К1 запустит электродвигатель холодильника. Интервал времени, равный 6-10 минутам перед запуском двигателя необходим для его защиты от выхода из строя при кратковременном отключении сетевого напряжения [11]. Далее работа термостата может развиваться по одному из двух сценариев: 1. Температура в холодильной камере станет ниже заданного порога. В этом случае на выходе компаратора установился уровень логического «0». Соответственно этот же уровень установится на верхнем (по схеме) входе логического элемента «И» и его выходе (микросхема DD3). Далее произойдёт размыкание контактов электромагнитного реле К1 и отключение двигателя. Параллельно с этим, через логический элемент «Не» (DD4) уровень логической «1» поступит на вход сброса счётчика DD2 – счёт импульсов прекратится, счетчик будет сброшен в нулевое состояние. Термостат в таком состоянии будет находиться до тех пор, пока температура термодатчика не станет снова выше установленного порога срабатывания. После этого весь описанный выше цикл работы повторится. 2. Температура в камере холодильника не успела уменьшится ниже установленного порога за заданное время. В таком случае, таймер, реализованный на микросхемах DD1-DD2, при заданных на схеме номиналах и указанной схеме подключения отсчитает примерно 68 минут после чего на выходе счётчика DD2 установится уровень логического «0». Соответственно в этом случае, аналогично предыдущему произойдёт отключение электродвигателя. После этого таймер отсчитает всё те же 8.5 минут, в течении которых двигатель будет отключён и вновь его запустит. Данная мера так же необходима для защиты электродвигателя, но в ситуациях, когда температура в камере по тем или иным причинам долгое время не может уменьшится ниже установленного порога (например порог был установлен не корректно, уплотнители холодильника пропускают внутрь тёплый воздух, холодильник был полностью загружен продуктами питания комнатной температуры и т.д.). При отсутствии подобной защиты электродвигатель может непрерывно работать достаточно долго, что, в самом худшем случае, может привести к его выходу из строя (правда этим всё больше грешат современные холодильники определённых производителей). Настройка термостата не представляет сложности. Для начала необходимо выход таймера отключить от DD3, а входы логического элемента соединить перемычкой. Далее, используя дополнительный термометр в качестве образцового, производится градуировка шкалы термостата. Для этого терморезистор R9 помещается на штатное место в камере холодильника и после двух-трех циклов включения выключения фиксируется температура в данной точке. После этого необходимо провести измерения ещё в двух-трех точках и обозначить их на шкале. Остальную часть шкалы можно смело разбить линейно на участки. В данном случае небольшой погрешностью можно пренебречь. Если необходимо сдвинуть пределы регулировки температуры вверх или вниз, то необходимо подобрать соотношение сопротивлений R4/R6, но при этом суммарное сопротивление должно оставаться тем же. Для расширения или сужения пределов регулировки температуры необходимо подобрать соотношение сопротивлений резистора R5 к сопротивлению резисторов R4/R6. После установки необходимых пределов регулировки температуры, подбором величины резисторов R14/R15 устанавливается необходимая величина гистерезиса компаратора. Для бытового холодильника величину гистерезиса можно установить в районе 2-4 градусов Цельсия. Далее необходимо снять перемычку с входов микросхемы DD3 и подключить назад выход таймера. Суммарная величина цикла «работа/отдых» определяется частотой генератора на микросхеме DD1, а соотношение между работой и отдыхом способом подключения счётчика DD2. Таким образом, на этом настройку можно считать законченной. Схема подключения данного термостата взамен штатного показана на схеме ниже.

Согласно схемы, клеммы термостата X1-X3 подключаются к схеме холодильника в указанных одноимённых точках, а родной термостат S1 при этом удаляется из схемы. В подборке фото ниже показан внешний вид собранного термостата, а так же термостат, установленный в холодильник во время проведения испытаний.

В качестве модернизации схемы можно предложить заменить генератор на микросхеме DD1 на дополнительный делитель частоты с тактированием от электроосветительной сети. В этом случае работа таймера будет более стабильной. Кроме того, при сборке термостата на двухсторонней печатной плате с использованием поверхностно-монтируемых компонентов (КМП, SMD) размер готового устройства можно уменьшить минимум в 2-3 раза. Не судите строго – термостат был собран, настроен и полностью отлажен менее чем за сутки т.к. в нем возникла острая потребность. Идеальный вариант, конечно, термостат на микроконтроллере, куда при необходимости можно заложить любой необходимый алгоритм работы, подключить дисплей и т.д. …но, как это обычно бывает, в самый неподходящий момент чего-то не оказывается под руками… …да отладка программы заняла бы у нас значительно больше времени, нежели сборка и отладка данного термостата (ну не программист я, не программист, что поделать…)… На этом на сегодня всё, с уважением, Андрей Савченко, Кулаковский Максим.

  Список использованной литературы:

1. Параметры TL062CN 2. Логические элементы И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ и их таблицы истинности 3. Параметры CD4081BE 4. Параметры К561ЛН2 5. Параметры NE555 6. Теория и практика применения таймера 555. Часть первая 7. Параметры К561ИЕ16 8. Параметры реле TRL-12VDC-P-2C 9. Параметры трансформатора ТП-122-13 10. Искрогасящие цепи 11. Защита холодильника или почему холодильник нельзя включать сразу после отключения 12. Минск-15М. Руководство по эксплуатации 13. Стабилитрон. Параметрические стабилизаторы напряжения 14. Параметрические стабилизаторы 15. Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 1

Все вопросы в Форум.

Как вам эта статья?	Заработало ли это устройство у вас?
23	7	12

1

0

1

Эти статьи вам тоже могут пригодиться:

Термостат радиатора-термометр-вольтметр-автомобиля

Два терморегулятора.

Термостат для теплых полов.

Термоконтроллер «Мурка»

Автоматизация температурных режимов в процессе производства этилового спирта.

Терморегулятор на термопаре К-типа

Бюджетный термостат для газового котла.

Двухзонный термоконтроль, «ТермоОпá». Для мягких электрических обогревателей.

Терморегулятор на микроконтроллере PIC16F84 и датчике DS18B20.

Очень простой термостат для отопления.

Термостат на кремниевом терморезисторе серии KTY

Простой термостат с задержкой на ATTINY13 и DS18B20

GSM термостат + GSM сигнализация

↑ Файлы