Схема таймера на микроконтроллере ATINY2313 для тепловых пушек

Рассмотрена принципиальная схема реле времени для управления тепловыми пушками, она выполнена на базе микроконтроллера AVR. Описан принцип работы схемыреле времени, алгоритм его работы, а также рассмотрен программный код для микроконтроллера.

Конструкция тепловой пушки (тепловентиляторы) предусматривает наличие электронагревателя (нагревательного элемента) и вентилятора. У мощных тепловых пушек при выключении электронагревателя и во избежание его перегрева, а так же нагрева корпуса, и выхода из строя находящихся на нем конструктивных элементов, необходимо, сначала выключить электронагреватель, а потом с некоторой задержкой вентилятор.

То есть после выключения электронагревателя производится его обдув, до тех пор пока температура на выходе тепловой пушки не достигнет, например, комнатной (если тепловая пушка эксплуатируется в помещении с комнатной температурой). Понятно, что требуемая задержка по времени при выключении вентилятора зависит от технических характеристик тепловой пушки (мощность, производительность, габаритные размеры и т. д.). Предлагаемый вариант реле времени реализует задержку от 1 до 999 секунд. Устройство имеет следующие функции:

• задание временного интервала на выключение вентилятора с помощью кнопок с контролем по цифровому дисплею;
• управление (включение/выключение) с клавиатуры устройства или дистанционно;
• светодиодная индикация выходных каналов;
• декремент заданного временного интервала во время обратного отсчета при выключении тепловой пушки.

Принципиальная схема

Принципиальная схема реле времени для управления тепловых пушек на базе микроконтроллера ATINY2313 представлена на рис. 1.

Канал управления нагревателем (канал управления № 1) собран на твердотельном реле VS1. Данный канал управляется с вывода 8 микроконтроллера DD1. Канал управления вентилятором (канал управления № 2) собран на твердотельном реле VS2. Канал управляется с вывода 9 микроконтроллера DD1.

Включение / выключение тепловой пушки осуществляется кнопкой S3 (С). Дистанционно устройство управляется кнопкой S4. Данная кнопка по схеме (рис. 1) для наглядности подключается через соединитель X3 (контакты 1, 2) и подключает вывод 11 микроконтроллера DD1 к общему проводнику.

В интерфейс реле времени входят клавиатура (кнопки S1...S3), и блок индикации (дисплей) из трех цифровых семисегментных индикаторах HG1...HG3. Кнопки клавиатуры имеют следующее назначение:

• S1 ( А ) - увеличение на единицу значения при установки времени в секундах), при удержании данной кнопки в нажатом состоянии более 3 секунд, значение времени индицируемое на дисплее увеличивается на 5 единиц за 1 секунду;
• S2 ( V ) - уменьшение на единицу значения каждого при установки времени в секундах, соответственно при удержании данной кнопки в нажатом состоянии более 3 секунд, значение времени индицируемое на дисплее уменьшается на 5 единиц за 1 секунду;
• S3 ( С ) - кнопка включения/выключения реле времени (алгоритм работы в рабочем цикле приведен ниже).
• S4 - внешняя кнопка (по отношению к реле времени) дистанционного управления, по функциональному назначению данная кнопка аналогична кнопке S3.

Разряды индикации интерфейса имеют следующее назначение:

• 1 разряд (индикатор HG3) отображает "единицы секунд";
• 2 разряд (индикатор HG2) отображает "десятки секунд";
• 3 разряд (индикатор HG1) отображает "сотни секунд".

Сразу после подачи питания на выводе 1 микроконтроллера DD1 через RC-цепь (резистор R2, конденсатор Сб) формируется сигнал системного аппаратного сброса микроконтроллера DD1.

В микроконтроллере инициализируются регистры, счетчики, стек, таймер T/C1, сторожевой таймер, порты ввода/вывода, на дисплее индицируется число 001, Временные диаграммы, поясняющие алгоритм работы приведены на рис. 2

Рис. 1. Принципиальная схема таймера (реле времени) для управления тепловой пушкой.

Алгоритм работы реле времени в рабочем цикле следующий. После инициализации на выводах 8, 9 микроконтроллера устанавливаются сигналы уровня лог.1 (каналы № 1 и №2 отключены). Далее кнопками SI, S2 необходимо задать временную задержку на выключение АТ канала № 2, заданное значение индицируется на дисплее.

При включении реле времени кнопкой S3 в момент времени tl, сразу включается каналы управления № 1 и № 2 (устанавливается лог. 0 на выводах 8 и 9 микроконтроллера DD1). То есть электронагреватель вентилятор в тепловой пушке включаются одновременно.

При выключении реле времени кнопкой S3 в момент времени t2, сразу выключается канал управления № 1 (устанавливается лог. 1 на выводе 8 микроконтроллера DD1), на дисплее индицируется временная задержка АТ. Заданное время АТ декрементируется с каждой секундой. И как только оно станет равным нулю, выключается канал управления № 2 (устанавливается лог. 1 на выводе 9 микроконтроллера DD1). На дисплее снова индицируется заданное значение АТ. Цикл завершен.

АТ задается в диапазоне от 1 до 999 с, с дискретностью задания 1 секунда.

С порта РВ микроконтроллер DD1 управляет клавиатурой (кнопки S1...S3) и динамической индикацией. Динамическая индикация собрана на транзисторах VT1...VT3, цифровых семисегментных индикаторах HG1...HG3. Резисторы R3...R10 - токоограничительные для сегментов индикаторов HG1...HG3.

Коды для включения индикаторов HG1...HG3 при функционировании динамической индикации поступают на вход РВ микроконтроллера DD1. Для функционирования клавиатуры задействован вывод 7 микроконтроллера DD1. Рабочая частота микроконтроллера DD1 задается генератором с внешним резонатором ZQ1 на 10 МГц.

При инициализации микроконтроллера DD1 все выводы порта В сконфигурированы как выходы. Выводы PD3, PD6 порта D сконфигурированы как входы, остальные как выходы. Как видно из принципиальной схемы аппаратная часть микроконтроллера DD1 задействована полностью.

Рис. 2. Временные диаграммы, поясняющие алгоритм работы.

Для перевода устройства в рабочий режим необходимо кнопками S1 ( Д ), S2 ( v ) установить необходимый интервал времени ДТ. Для включения устройства как указывалось выше необходимо нажать на кнопку S3 (С) или кнопку S4. Установленное время при этом заносится в ОЗУ микроконтроллера DD1. Если необходимо изменить заданное время, то для этого необходимо нажать на кнопку S3 (С). Потом кнопками S1 ( Д ), S2 ( v ) установить необходимый интервал времени ДТ и снова нажать на кнопку S3 (С).

Совсем коротко о программе. Программа состоит из трех основных частей; инициализации, основной программы, работающей в замкнутом цикле и подпрограммы обработки прерывания от таймера Т/C1 (соответственно метки INIT, SE1, ТІМ0). В основной программе происходит инкремент, декремент заданного значения времени и запись заданного интервала времени ДТ из буфера хранения в буфер отображения.

В памяти данных микроконтроллера с адреса $060 по $062 организован буфер отображения для динамической индикации. С адреса $064 по $66, организован буфер для хранения заданного интервала времени ДТ. В подпрограмме обработки прерывания осуществляется счет одной секунды, опрос клавиатуры, включение световых и звуковых сигналов и перекодировка двоичного числа значений времени в код для отображения информации на семисегментнных индикаторах.

Сразу при включении (после нажатия кнопки S3) происходит запись заданного интервала времени ДТ из буфера отображения в буфер хранения. При выключении устройства после того как ДТ станет равным нулю происходит перезапись из буфера хранения в буфер отображения. Таким образом, заданный интервал времени ДТ никуда "не теряется". И каждый раз после выключения,, ДТ индицируется на дисплее устройства.

Задача по формирование временных интервалов длительностью 1 с, решена с помощью прерываний от таймера Т/Cl, и счетчика на регистре R25. Счетчик на регистре R21 формирует интервал в одну минуту. Таймер Т/C1 формирует запрос на прерывание через каждые ~ 3900 мкс.

Счетчики на данных регистрах, подсчитывают количество прерываний и через каждую минуту, устанавливается флаг (PUSK), и текущее время декрементируется. Через каждые « 3900 мкс происходит отображения разрядов в динамической индикации устройства. Назначение флагов в регистрах flo и flo1 приведено в программе.

Алгоритм работы кнопки для быстрого увеличения задаваемого значения следующий. При нажатии на кнопку S1 текущее значение времени на дисплее увеличивается на единицу и устанавливается флаг, разрешающий увеличивать текущее значение времени, индицируемого на дисплее. Одновременно запускается счетчик, выполненный на R1, формирующий интервал 5 сек.

Если кнопка удерживается более 3 секунд, значение времени, индицируемое на дисплее увеличивается на 5 единиц за 1 секунду. (То есть, максимальное значение индицируемое на дисплее - 999 можно задать через я 200 секунд). Интервал времени в течении которого происходит увеличение времени организован на регистре R0. При отпускании кнопки 51 все вышеуказанные счетчики обнуляются. Совершенно аналогичным образом организована работа кнопки S2 для быстрого уменьшения текущего значения времени, индицируемого на дисплее.

При нажатии на кнопку S2 текущее значение времени на дисплее уменьшается на единицу. Если кнопка удерживается более 3 секунд, значение времени, индицируемое на дисплее уменьшается на 5 единиц за 1 секунду. Счетчики приведенного алгоритма для кнопки 52 организованы соответственно на регистрах R3 и R2. Кнопки 53 и S4 имеют одинаковое функциональное назначение в устройстве, но аппаратно-программная реализация механизма функционирования данных кнопок - разная.

Далее приведены фрагменты программ для кнопок S3 и S4.

Рис. 3. Фрагменты программ микроконтроллера для кнопок S3 и S4.

Разработанная программа на ассемблере занимает порядка 0,7 Кбайт памяти программ микроконтроллера. Для получения питающего напряжение +5В в устройстве задействован AC/DC преобразователь U1. Потребление тока по каналу напряжения:+5 В, не более 500 мА. В принципиальной схеме (рис.

1) применены следующие элементы. Конденсаторы С1, СЗ типа К15-5 - ЗкВ, конденсатор С2 типа К73-11. Конденсаторы С4...С6 типа К10-17а. В схеме применены резисторы типа С2-ЗЗН-0.125. Индикаторы HG1...HG3 зеленого цвета типа HDSP-F501. Максимальный ток нагрузки для твердотельных реле D2425 (позиционные обозначения в принципиальной схеме VS1, VS2) - 25А.

Данный ток определяет мощность, подключаемых к устройству электронагревателя и вентилятора.

Шишкин С.

Литература: А. В. Белов Создаем устройства на микроконтроллерах.