Stand-Alone Regelaar Project
Deze pagina is ontstaan uit een post op het Hobbybrouwen forum, waar de zelfbouw van zo'n PID regelaar bediscussieerd werd. Een stand-alone PID regelaar bestaat uit een microcontroller met hardware en software (die we meestal firmware noemen). Deze opzet is dus anders dan de opzet die tot nu toe op deze site besproken is, namelijk "domme" hardware en de intelligentie (de software) die op de PC draait. De stand-alone PID regelaar bestaat in feite uit 1 kastje die alles voor zijn rekening neemt. Wel is het zo dat veel hardware en veel software overgenomen kan worden van wat elders op deze site besproken is.Omdat de ruimte voor documenten op zo'n forum beperkt is, werd besloten om hier een aparte pagina op deze site voor te gebruiken.
Deze regelaar is op dit moment in aanbouw, diverse documenten zijn al gereed, maar nog lang niet altijd volledig. Wil je op de hoogte blijven van de voortgang (of misschien zelf meedoen en/of meebouwen), bekijk deze pagina dan regelmatig of stuur mij een e-mail.
De te gebruiken microcontroller is een flinke jongen, namelijk de Atmel At91SAM7H64 microcontroller. Dit is een ARM7 microcontroller (32 bits). Deze is gekozen vanwege de uitgebreide IO mogelijkheden, ideaal voor een stevig stuk brouwautomatisering! Om een snelle start mogelijk te maken, is gekozen voor een klein printje van Olimex waar deze microcontroller al op gemonteerd is. Door de connectoren op de onderkant, is het eenvoudig om deze print op een eigen ontwikkelde print te plaatsen. Voor de software ontwikkeling wordt Crossworks for ARM gebruikt.
De Specificatie
Ieder project begint met een specificatie, zo ook dit project. In overleg met diverse hobby brouwers, maar ook op basis van de eerdere ontwikkelingen, is een specificatie opgesteld. De huidige specificatie is V0.4 en dateert van April 2009.
Zonder al teveel de specificatie hier opnieuw te gaan beschrijven, is het toch handig om de belangrijkste scenario's, waarvoor deze regelaar ingezet kan worden, te bespreken. Deze scenario's zijn:
- Heating scenario: er is 1 temperatuursensor aanwezig en 1 output (gasbrander of elektrisch verwarmingselement). Hiermee wordt de temperatuur van een warmwaterketel of een maischketel geregeld. Er moeten meerdere temperaturen ingesteld kunnen worden, die elkaar in de tijd opvolgen.
- Cooling scenario: er is 1 temperatuursensor aanwezig en 1 output (compressor van koelkast of diepvries). Hiermee wordt de temperatuur van een ruimte / koelkast geregeld. Er moeten meerdere temperaturen ingesteld kunnen worden, die elkaar in de tijd opvolgen.
- Climate-Control scenario: er is 1 temperatuursensor aanwezig en 2 outputs. Met output 1 kan een verwarming aangezet worden, met output 2 kan een koeling aangezet worden. Een gistvat kan hiermee heel gedefinieerd in een paar dagen tijd een aantal graden omlaag gebracht worden, om vervolgens die temperatuur vast te houden.
- HERMS scenario: er zijn 2 temperatuursensoren aanwezig (1 in de warmwaterketel en 1 in de maischketel) en er is 1 output (gasbrander of elektrisch verwarmingselement) aanwezig, waarmee de warmwaterketel geregeld wordt. Via een warmtewisselaar in de warmwaterketel wordt de temperatuur van de maischketel (indirect) geregeld.
Het Ontwerp
Op basis van deze specificatie is een eerste opzet van een ontwerp gemaakt. Aan dit ontwerpdocument wordt nog gewerkt, de huidige opzet is echter zodanig dat hier al wel de hardware en software ontwikkeling mee gestart kan worden. De huidige versie is V0.25.
In het ontwerpdocument worden een viertal printen gedefinieerd, die hier dan ook beschreven zullen worden. Het zijn de volgende printen:
- De voedingsprint: verzorgt alle noodzakelijke voedingsspanningen
- Het schema
- De print Lay-out
- De componenten-lijst
- Gerber files (.zip file, voor print-productie)
- De display print: bevat de 7-segment displays, de knoppen en de LEDs
- Het schema
- De print Lay-out
- De componenten-lijst
- Gerber-Files (.zip file, voor print-productie)
- De triac print: bevat de aansturing voor het 3 kW verwarmingselement en voor de koeling. Deze triac print is identiek aan de triac print die elders op deze site beschreven is.
- De hoofdprint: bevat de microcontroller en de overige elektronica
- Het schema
- De print Lay-out
- De componenten-lijst
- Gerber-Files (.zip file, voor print-productie)
De voedingsprint
De voedingsprint verzorgt de +24 Volt voor de gasklep en de +5 Volt die nodig is voor de Olimex print. Daarnaast is er ook nog een -3.3 Volt nodig voor de operationele versterker (opamp) op de hoofdprint.
Om voor de nabije toekomst niet direct weer een nieuwe print te moeten maken, is gekozen voor een opzet waarbij gekozen kan worden (m.b.v. een jumper) voor een +5 Volt voeding of een +3.3 Volt voedingsspanning.
De voeding zelf bestaat uit een trafo van 2 x 9 Volt, waarvan 1 tak gebruikt wordt om de +5 Volt voedingsspanning op te wekken. Die +5 Volt wordt opgewekt door een standaard 7805 spanningsregelaar. Omdat deze toch wat vermogen dissipeert is een koelblokje toegevoegd.
De +5 Volt kan direct naar de hoofdprint gestuurd worden middels jumper JP1.
Deze +5 Volt dient weer als input voor een tweede regelaar, de LD1117AV33, die een +3.3 Volt spanning opwekt. Dit IC kan maximaal 800 mA leveren, maar dat is ruim voldoende voor onze hoofdprint.
Vervolgens wordt een -3.3 Volt gelijkspanning opgewekt uit de +3.3 Volt. Dit gebeurt door een LM2664 converter IC. Deze kan maximaal 40 mA leveren, maar dat is voldoende voor het voeden van de opamp op de hoofdprint. Het voordeel van deze manier van opwekking van -3.3 Volt is dat er geen aparte trafo nodig is (hetgeen weer scheelt in de kosten, het gewicht en de grootte).
Als laatste wordt de +24 Volt nog opgewekt. Door beide wikkelingen van de trafo in serie te zetten, ontstaat een +18 Volt wisselspanning. Na gelijkrichten wordt dit een spanning van +24 Volt .. +28 Volt (afhankelijk van de belasting).
Alle spanningen zijn beschikbaar op connector X1 (de connector rechtsonder op de foto), de 220 Volt wisselspanning wordt aangesloten op connector X2 (de connector linksonder op de foto). Let op dat de aarde (de groen/gele draad) op het middelste contact moet worden aangesloten!
De display print
De triac print
De hoofdprint
Terug naar boven