Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Sterownik PID do trawiarki i nie tylko

mirley 07 Sie 2016 12:39 8661 25
  • Sterownik PID do trawiarki i nie tylko

    Witam

    Trawiarka do płytek drukowanych jest najpotrzebniejszym narzędziem w warsztacie każdego elektronika. Projekt jest nowszą wersją prostego sterownika trawiarki. Poprzednia wersja układu cechowała się daleko idącą prostotą jednak posiada kilka wad. W celu bardziej precyzyjnego kontrolowania procesu trawienia płytki, a w szczególności temperatury roztworu trawiącego, koniecznym stało się wykonanie bardziej zaawansowanego sterownika. Opisywany układ jest właśnie takim sterownikiem temperatury, który tym razem działa na podstawie algorytmu PID. Nawet jeśli w większości wypadków nie jest konieczne aż tak precyzyjne sterowanie temperaturą roztworu. Układ ten może służyć do wielu różnych zastosowań. Sterownik działa w oparciu o mikrokontroler ATmega8 i jest wyposażony w wyświetlacz LCD 2x16 znaków, czujnik temperatury DS18B20 i kilka wyjść do sterowania m.in. grzałką i napowietrzaniem.

    Schemat ideowy sterownika przedstawiony jest na rysunku poniżej. Sercem układu jest mikrokontroler U2 (ATMEGA8-PU) działający na rezonatorze kwarcowym X1 (16MHz), wspieranym kondensatorami C1 (22pF) i C2 (22pF). Rezystor R4 (10k) zapewnia poprawną polaryzację nóżki resetu procesora. Diody D1-D3 (LED R) wraz z rezystorami R1-R3 (470R) pozwalają na wyświetlanie statusu działania układu. Dioda D1 (LED G) miga w takt ustawionego czasu próbkowania, D2 (LED Y) pokazuje status mieszania wytrawiacza a dioda D3 jest związana z grzałką.

    Sterownik PID do trawiarki i nie tylko

    Do wizualizacji działania układu wykorzystywany jest wyświetlacz W1 (LCD16X2). Potencjometr PR1 (10k) reguluje jego kontrast, a rezystor R11 (510R) ogranicza prąd struktur LED podświetlających wyświetlacz. Podświetlanie może być kontrolowane programowo dzięki T1 (BC556), którego prąd bazy ograniczany jest za pomocą rezystora R12 (3,3k). Buzzer alarmowy BZ1 (BUZZER) jest włączany za pomocą tranzystora T2 (BC556). Rezystor R13 (3,3k) ogranicza prąd jego bazy. Przyciski SW1-SW3 (uSW 12mm) stanowią prosty interfejs kontrolujący pracę sterownika. W układzie mogą pracować dwa czujniki temperatury U3 (DS18B20) oraz U4 (DS18B20), podłączone na oddzielnych magistralach 1-Wire, co pozwala na prostszą obsługę programową i ułatwia ewentualną wymianę czujnika. Rezystory R5 (4,7k) i R6 (4,7k) są konieczne do poprawnej pracy obu magistral 1-Wire

    Obwody wykonawcze zrealizowane są na triakach TR1-TR2 (BTA12-600B) oraz optotriakach OPT1-OPT2 (MOC3041) zapewniających izolację optyczną od napięcia sieci. Rezystory R9-R10 (220R) ograniczają prądy bramek triaków, natomiast R7-R8 (330R) ograniczają prądy diod optotriaków. Obwód zasilania zbudowany jest klasycznie za pomocą stabilizatora U1 (7805) i kondensatorów C3 (100uF/25V), C4 (100uF/25V) i C5 (100nF). Złączem zasilania jest GP1 (NS25-W2), natomiast GP2 (NS25-W2) stanowi dodatkowe wyjście uniwersalne, które w projekcie modelowym jest wykorzystywane do sterowania przetwornicy do układu mieszającego. Stan na GP2 jest zawsze przeciwny do stanu triaka TR2. Procesor można zaprogramować dzięki złączu PROG1 (AVRPROG).

    Montaż płytki dobrze jest zacząć od wlutowania zworek, oznaczonych "zw" na schemacie montażowym. Niestety na płytce jest aż siedem zworek, co jest bezpośrednią konsekwencją jednostronnej płytki drukowanej i dość skomplikowanego schematu. W drugiej kolejności należy przylutować rezystory i podstawki pod procesor i pod optotriaka. Stabilizator oraz triak powinny być zamontowane na leżąco. Wyświetlacz W1 powinien być zamontowany z wykorzystaniem gniazd szufladkowych na goldpiny aby można było go łatwo wyjąć. Kolejność pozostałych elementów jest dowolna. W podstawowej wersji programu działa tylko czujnik U4, więc nie jest wymagane montowanie złącza pod układ U3 oraz rezystora R5.

    Sterownik może być zasilany napięciem stałym z przedziału 7-12V. W układzie modelowym został zastosowany zasilacz 12V/1.2A w postaci przetwornicy impulsowej. W układzie przewidziano dwa obwody wykonawcze, z których jeden ma służyć do sterowania grzałką (TR1) a drugi do sterowania napowietrzaniem (TR2). Przy montażu diod LED należy zadbać o odpowiednią długość wyprowadzeń, tak aby były one zamontowane na równi z górną płaszczyzną wyświetlacza. Podobna kwestia dotyczy przycisków, które w układzie modelowym przylutowano na przedłużkach z goldpinów (patrz foto). Nic nie stoi na przeszkodzie aby zastosować przyciski wyższe, jednak będą z pewnością trudniej dostępne. Więcej czasu należy poświęcić czujnikowi temperatury. Należy pamiętać, że będzie on umieszczony w wytrawiaczu więc bardzo ważne jest zabezpieczenie jego nóżek przed strawieniem. Oprócz nałożenia cienkich koszulek termokurczliwych na każdą jego nóżkę, cały czujnik dobrze jest zalać poxipolem lub innym klejem tego typu.

    Fotografie:

    Sterownik PID do trawiarki i nie tylko Sterownik PID do trawiarki i nie tylko Sterownik PID do trawiarki i nie tylko Sterownik PID do trawiarki i nie tylko Sterownik PID do trawiarki i nie tylko Sterownik PID do trawiarki i nie tylko

    Strona domowa projektu: http://mirley.net/sterownik_trawiarki.html

    Zachęcam do komentowania

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
  • #2
    djfarad02
    Poziom 17  
    Mam pytanie dot. panelu czołowego - ostatnio wpadłem na identyczny pomysł t.j. microswitch'e pod laminowanym frontem z opisami. Nie zrealizowałem go jeszcze stąd pytanie o odczucia związane z wciskaniem przycisków - czy laminowana kartka nie utrudnia wciskania?

    Duży plus za normalne okienko na wyświetlacz. Jest to jeden z niewielu projektów gdzie jest to zrobione poprawnie - nie ma po chamsku wywalonej całej ramki wyświetlacza na wierzch obudowy.
    Ostatnio widziałem tego typu paskudztwo w komercyjnym urządzeniu:
    Sterownik PID do trawiarki i nie tylko
  • #3
    pheonix
    Poziom 13  
    PID do obiektu inercyjnego ? Przerost formy nad treścią. Dwustanowe sterowanie jest tu w sam raz. Najbardziej mnie ciekawi jak dobrałeś wzmocnienia. PID będzie działać nawet na złych wzmocnieniach ale po co to komu ?
  • #5
    KJ
    Poziom 31  
    A ja się bardzo cieszę że ktoś napisał w BASCOMIE i pokazał kod który jeszcze w dodatku działa. Od dłuższego czasu zabieram się do zrobienia termostatów do "linii" PCB i anodowania aluminium i nie mogę się zabrać bo wybitnie mi się nie chce pisać softu do regulatorów. Prawdą jest że do obiektów typu wanna cieczy o dużej bezwładności cieplnej PID to przerost formy nad treścią. Nic przecież nie stoi na przeszkodzie aby nie korzystać z członu całkującego i różniczkującego otrzymując regulator proporcjonalny. Jest źródło - można nawet dopisać konfigurację regulatora jako P/PI/PD/PID. Bardzo fajnie - na pewno skorzystam z tego kodu ;) Co do samego projektu autora - wreszcie ktoś się nauczył że ramka LCD nie jest elementem który eksponuje się na zewnątrz urządzenia i schował ją w środku ... Patent z laminowaną kartką nad przyciskami dawno temu stosowałem. Działało to dość sensownie - w sposób zbliżony do klawiatury membranowej tylko przyciski w spoczynku musiały prawie dotykać kartki ze względu na jej małe maksymalne ugięcie. Działało to podobnie do klawiatur membranowych tylko bez wyczuwalnej wypukłości przycisków. W sumie przestałem stosować to rozwiązanie kiedy "odkryłem" przyciski firmy Highly a opisy zacząłem robić sitodrukiem.
  • #6
    SylwekK
    Poziom 29  
    djfarad02 napisał:
    Mam pytanie dot. panelu czołowego - ostatnio wpadłem na identyczny pomysł t.j. microswitch'e pod laminowanym frontem z opisami. Nie zrealizowałem go jeszcze stąd pytanie o odczucia związane z wciskaniem przycisków - czy laminowana kartka nie utrudnia wciskania?


    Stosuję takie rozwiązanie od lat w swoich sterownikach. Wykorzystuję folię-naklejkę, na której drukowane są opisy i na końcu dodatkowa warstwa laminatu (w sumie bardziej to przypomina bezbarwną folię, ale panel jest nie do zdarcia). Przycisk nie może wystawać nad obudowę więcej niż jakieś 0,4-0,5mm i nie może też być poniżej, bo się ciężko będzie wciskać. Jak dla mnie 0,2mm jest idealne.
    Przykłady:
    Sterownik PID do trawiarki i nie tylko Sterownik PID do trawiarki i nie tylko Sterownik PID do trawiarki i nie tylko
  • #7
    FastProject
    Poziom 28  
    Folia z kartki, a dokładnie z papieru z klejem jednostronnym, to super sprawa. Ja folię ochronną transparentną naklejam jednak na całość i ścinam na równo (bez takich marginesów jak w tym projekcie, bo widać niedokładności w cięciu)

    Pod tak wykonaną folię daję jeszcze kółeczko z taśmy montażowej piankowej, co przy odpowiednim wyborze wysokości przycisków daje piękne i wyraźne klikanie przycisków. Taki krążek z taśmy piankowej dodatkowo pozwala na większą trwałość tak wykonanej naklejki.

    Efekt moich naklejek...
    Sterownik PID do trawiarki i nie tylko Sterownik PID do trawiarki i nie tylko

    Pytanie do programu...wzorowałeś się na przykładzie PID-a z strony Bascoma?
  • #8
    mirley
    Poziom 17  
    Co do panelu to naklejka nie utrudnia przyciskow, przyciski sa na równo z obudowa a dziury sa odpowiednio fazowane aby była większa powierzchnia ugięcia folii.

    ----------

    W zasadzie zrobiłem tutaj regulator PID a to że zastosowałem go do trawiarki.. hm.. taki miałem obiekt pod reką :) Wystarczył by tu PI - nie że bym się znał na automatyce, w końcu tylko fizykę skończyłem - ale trzeba czymś pokryć straty do otoczenia z dużej powierzchni akwarium. Miałem już dwustanowy regulator, nie spełnia moich oczekiwań, sam proporcjonalny niestety tez nie.

    Regulator pozwala ustawić wzmocnienia od 0 dla każdego czlonu niezaleznie co daje możliwość konfiguracji w dowolny sposób jako P/PI/PD/PID

    -------

    Co do mojego panelu to akurat ten na zdjęciu jest kiepsko wykonany, wydruk jest na normalnym papierze a pod spodem taśma dwustronna, wystająca folia jest mało estetyczna, z tym się zgadzam
  • #9
    dudik56
    Poziom 14  
    Fajny projekt, podoba mi się, mądra. Świeci, piszczy ma guziki i wygląd.
    Jak się dużo trawi i trawiarka ma zajęcie, jest stale rozgrzana to OK.

    Praktycznie gdy się wykonuje trawienie co jakiś czas to trawiarka sterowana tak precyzyjnie jest niewykorzystana. Gdy mam już przygotowaną płytkę do trawienia włączam trawiarkę i zupa zaczyna się rozgrzewać. Ale co zrobić w tym czasie z płytką? Więc wrzucam ją do roztworu i czekam. Prawie wszyscy tak robią.
    Gdy trawiarka osiągnie precyzyjnie zadaną temperaturę to połowa już jest wytrawiona i co mi z tego, że dalsze trawienie odbywa się w idealnych warunkach.
    Czy może jednak ktoś czeka cierpliwie na osiągnięcie przez trawiarkę gotowości i wtedy dopiero umieszcza płytkę do trawienia i warto przy tym płytkę wcześniej wstępnie rozgrzać by zimna zbytnio nie ostudziła ani na chwilę precyzyjnie przygotowanego roztworu.

    Tylko patrzeć jak pojawią się specjalne piecyki
  • #10
    mirley
    Poziom 17  
    Zgadza się że da się wytrawic plytke w sloiku, nawet nie podgrzewając roztworu.

    W moim przypadku po włączeniu trawiarki mam spokojnie czas aby wyciąć laminat, wyszlifować i wyczyscić , przygotowac wydruki, wprasowac, odmoczyć, dobrze usunąć papier, ewentualne drobne poprawki, wiercenie dziur montażowych. W tym czasie roztwór ma 40 stopni i zaczynam trawienie

    Wczesniej miałem problem z regulatorem bo trawiarka jest obecnie w domu na wsi w garażu (przy dziecku wszystkie chemikalia zostały ograniczone :) ) w ziemie przy tym samym ustawieniu okazalo się że jest 35 stopni bo straty ciepla. sam regulator proporcjonalny nie dawał rady.

    Co do motywacji - prosta sprawa - zrobiłem bo sie da zrobić z wykorzystaniem podobnego schematu co zwykły regulator. Mozna się czegoś nauczyć jak postawisz sobie ciekawe zagadnienie do realizacji. Znudziło mi się standardowe dwupołozeniowe regulowanie.

    Proszę pamiętać że sterownik jest dość uniwersalny, można go zastosowac do wielu rzeczy.

    Ps. Pewnie jak bym dorobił do sterownika CO sondę lambda w kominie to tez spotkało by sie to z krytyką, a wstepnie o tym myslałem :)
  • #11
    deksta84
    Poziom 24  
    Jak dla mnie brakuje informacji o stanie działania triaków. Reszta OK.
    Budując regulator PID do pieca laboratoryjnego 960°C/3,6kW, zastosowałem bufor uchybów. τ wynosiło 120 sekund (obudowa, szamot, spirale, szamot 20 cm). Próbkowanie co 1 sekundę, Dokładność regulacji ±1°C (testowana kalibratorem).
    Pomimo znacznego opóźnienia piec nie przegrzewał, a szybko dogrzewał do temperatury zadanej.
    Aplikacja z histerezą 5°C wywoływała oscylacje ±50°C.
  • #12
    pawel1029384756
    Poziom 21  
    Podoba mi się projekt, choć może do trawiarki trochę na wyrost, ale w końcu jesteśmy hobbystami. Metoda z naklejką na obudowie była stosowana już od dawna i nawet mam urządzenia w domu, gdzie takie rozwiązania były fabryczne. Mowa o urządzeniach produkowanych przez małe firmy i to całkiem dawno.
    PID na pewno daje większą stabilność temperatury (przy dobrze dobranych wzmocnieniach), niż klasyczny układ z histerezą.
  • #14
    pogi13
    Poziom 14  
    mirley napisał:
    Trawiarka do płytek drukowanych jest najpotrzebniejszym narzędziem w warsztacie każdego elektronika

    E tam, już z 7 lat trawię w słoiku :D
    Soldermaska wykonana samodzielnie czy na zlecenie?
  • #15
    Tomekob
    Poziom 14  
    SylwekK czy mógłbyś opisać dokładniej jak wykonujesz swoje "naklejki" na panel czołowy. Po prostu bajka!
    Kolegi FastProject również, to ja ze swoimi panelami jestem w erze "kamienia łupanego" WIelka prośba, opiszczie koledzy jak uzyskujecie taki efekt, głównie chodzi mi o materiały.

    Co do projektu, faktycznie trudno się nie zgodzić, że PID w takim zastosowaniu to za dużo, ale jak ktoś wspomniał powyżej. Jest to jeden z niewielu przykładów zastosowania, no i działa. Teraz jak ktoś będzie chciał zastosować w ambitniejszym projekcie (tam gdzie PID jest niezbędny) ma już szlak przetarty.
  • #17
    deksta84
    Poziom 24  
    @Mirley, diody podłączone pod mikroprocesor nijak się mają do obrazowania stanu pracy układów wykonawczych. Miałem na myśli np. wskaźnik neonowy wpięty równolegle do grzałki.
  • #19
    SylwekK
    Poziom 29  
    Tomekob napisał:
    SylwekK czy mógłbyś opisać dokładniej jak wykonujesz swoje "naklejki" na panel czołowy.


    Idea jest taka jak na poniższym szkicu:

    Sterownik PID do trawiarki i nie tylko

    Folia to jak już pisałem zwykła naklejka z rolki i druk solwentowy. Ja zazwyczaj robię czołówki na białej matowej. Wystarczy wtedy zrobić obrazek 1:1 i wydrukować - oczywiście w firmie, która się tym zajmuje (ja mam taką lokalnie firmę co robi reklamy i szyldy). Niektóre firmy mogą też drukować w kolorze białym na bezbarwnej naklejce (foliowej oczywiście) dzięki temu światełka są lepiej widoczne, bo zwykłą biała też prześwituje, ale sporo światła pochłania. Naklejki tak wykonane są odporne na wodę i wytrzymałe, a jak się je jeszcze zalaminuje to już nie ma szans żeby druk zszedł... chyba że żyletką ;)
  • #20
    Tomekob
    Poziom 14  
    SYlwekK Dziękuję za odpowiedź. Montaż mikroswitcha jest dla mnie jasny bardziej chodziło mi o sam materiał na którym drukujesz i sposób w jaki to robisz. Wikipedia podaje, że druk solwentowy jest słabej rozdzielczości, prawda? Ile mniej więcej kosztuje i czy nie jest to problem kiedy przynosisz do zakładu niewielki wydruk? Wspieram się na Wikipedii, że druk solwentowy stosuje się do druku wielkoformatowego, stad moje pytanie o ewentualne problemy w zakładzie.
  • #21
    SylwekK
    Poziom 29  
    Nie ma problemu z zamawianiem. Folia jest szerokosci 1m, a ja zamawiam zawsze kilka szt. nawet dla urzadzenia jednostkowego. Często mój projekt dorzucają do jakiegoś większego. Rozdzielczość jak dla mnie wystarczająca choć zawsze można zapytać o alternatywę, bo są różne maszyny drukarskie.
  • #22
    ezbig
    Poziom 19  
    Tomekob napisał:
    Wikipedia podaje, że druk solwentowy jest słabej rozdzielczości, prawda?

    Nie wiem czy takiej słabej. Zwykle plotery mają rozdzielczość co najmniej 720dpi. Drukuje się tą techniką banery, siatki i inne duże formaty, to i rozdzielczość materiałów do druku w większości wypadków nie przekracza 150dpi. Panele czołowe to raczej nie fotografie, tylko opisy linie i symbole, dlatego z pewnością wyjdą idealnie "jak z fabryki".
  • #23
    mirley
    Poziom 17  
    Może i ja o coś zapytam... Czy nie wystarczy tutaj zwykła drukarka - nie widzę potrzeby inwestowania w specjalne wydruki na potrzeby urządzeń amatorskich. Zwykła kartka papieru z naklejona starannie folią wytrzyma pewnie z 20 lat. Sam mam kilka urządzeń pracują w piwnicy, panel wydrukowany starą atramentówka i zaklejony folią 10 lat siedzi w piwnicy w wilgoci i nie widać zużycia.
  • #24
    SylwekK
    Poziom 29  
    Teoretycznie wystarczy, tylko papier dotykający przycisków szybko się bedzie zdzieral, a przy tym napisy jeśli będą na przyciskach. Przy sporadycznym używaniu lub "leżakowaniu" faktycznie wytrzyma 10 czy 20lat... Testowałem swoje naklejki siłowo (jeszcze bez laminatu) - byłem zaskoczony wytrzymałością na rozciąganie.
    Zapomniałem dodać, że koszt kilku naklejek przez szerokość paska folii to około 20zł
  • #25
    arti4-92
    Poziom 16  
    mirley napisał:
    Trawiarka do płytek drukowanych jest najpotrzebniejszym narzędziem w warsztacie każdego elektronika.
    Serio?