Электронный регулятор для компрессора

Знакомый, занимающийся аэрографией,  попросил сделать ему электронный регулятор для компрессора, который бы поддерживал нужное давление.

Имелся компрессор — обычный автомобильный компрессор для накачки колёс с питанием от 12в, всё остальное прнишлось придумывать из того, что можно несложно достать.

Итак, общая конструкция, появившаяся в голове, выглядит так.

Компрессор нагнетает воздух в некое хранилище (ресивер), из ресивера воздух подаётся на
пульверизатор, для контроля давления в ресивере нужен датчик давления воздуха, а также электронная схема, контролирующая работу электродвигателя компрессора и обладающая гистерезисом.

Изучив матчасть по теме датчиков давления, пришёл к выводу, что покупать специализированный электронный датчик слишком накладно (цены на датчики). Согласитесь, цены очень кусачие...

Нам нужно поддерживтаь давление в районе 1....2 кгс/см², и сразу приходит идея использования обычного автомобильного датчика. Я раздобыл вот такую таблицу, которой охотно с вами поделюсь:

Зайдя в ближайший автомагазин, я обнаружил ММ358 за 160руб.

{ads2}Дальше, в принципе, соединить воедино датчик, компрессор и ресиверы несложно: немного трубочек от стеклоомывателя, тройников аквариумных (для пузырения воздуха) из зоомагазина, немного клея, скотча..... и готово, имеем компрессор, который способен нагнетать воздух в ресивер, и датчик давления, контролирующий давление в ресивере.

Теперь электронная часть.

В принципе, можно было сделать весь регулятор на одном крохотном ОУ, например LM358, что я и сделал поначалу, но настройка и регулровка ОС такой схемы высосала из меня все соки, поэтому я взял МК atmega8, светодиодный семисегментник, стабилизатор напряжения, немного рассыпухи...

Схема в итоге у меня получилась вот такая:

Стабилизатор на 5в ( на схеме это LM7805, но на самом деле я применил импульсный на LM2596, покупал вот тут, но можно применить и ранее разработанный мною; линейный стабилизатор даже в корпусе ТО220 потребует теплоотвода при питающем напряжении 12....16в).

Стабилизированное напряжение величиной 5в питает МК и делитель напряжения, образованный резистором R1 240 Ом и датчиком давления RV1, имеющим согласно таблице сопротивление 195 Ом.

Теперь нам осталось оцифровать напряжение с датчика давления и вывести на индикатор, заодно управляя компрессором.

В общем, чтобы долго не мучиться с измерениями напряжений на датчике и всякими расчётами, я сделал проще: для начала вывел на индикатор значение АЦП при различных давлениях в диапазоне от 0 до 3 кгс/см², получилась примерно вот такая ситуация:

Отобразив всё это в Excel, я увидел примерно вот такую картину:

Т. к. датчик представляет из себя проволочный переменный резистор, небольшая нелинейность на графике из-за того, что показания давления снимались со встроенного в компрессор (естественно китайского производства) манометра.

Порт D МК управляет сегментами, три младших пина порта B управляют разрядами индикатора, ADC0/PC0 - вход напряжения на АЦП, PC2 - выход на управление компрессором.

Стабилитрон D2 на всякий случай, чтобы защитить вход АЦП от большого напряжения в случае обрыва цепи датчика. Светодиод D3 индицирует включение компрессора.

Далее непосредственно сама программа:

{code}

/* Программа цифрового манометра на

Mega8

Показывает давление в ресивере

и управляет компрессором

*/

#include <avr/io.h>

#include <avr/interrupt.h>

#include <avr/wdt.h>

#include <util/delay.h>

#define SPACE 0b00000000 /* Символ пустого места */

#define COMM 0b00000100 /* Символ точки */

#define NEG_CHAR 0b00000001 /* Минус */

#define MAX_SIZE 3 /* Число знакомест дисплея */

#define ROWS PORTD /* порт «строк» дисплея, т.е. управления сегментами */

#define COLS PORTB /* порт управления «столбцами», т.е. общими катодами */

#define AVERAGE 64 /* Число замеров для усреднения */

#define DIG_BASE 10 /* Основание системы счисления */

/* сегменты BFAEDHCG =1= =2= =3= =4= =5= =6= =7= =8= =9= */

unsigned char SYMBOLS[10] = {0b11111010, 0b10000010, 0b10111001, 0b10101011, 0b11000011, 0b01101011, 0b01111011, 0b10100010, 0b11111011, 0b11101011};

volatile unsigned char SCR[MAX_SIZE];

void initialize(void){

DDRB = 0xFF; /* Порт В разряды */

DDRD = 0xFF; /* Порт D сегменты */

DDRC = 0x00;

DDRC |= (1 << 2);

TCCR0 = _BV(CS01); /* Делитель TIMER0 на /8 */

TIMSK = _BV(TOIE0); /* Включаем прерывание по переполнению TIMER0 */

ADCSRA = _BV(ADEN) | _BV(ADPS2) | _BV(ADPS0); /* Включаем АЦП и ставим делитель /128 */

ADMUX = _BV(REFS1) | _BV(REFS0);

wdt_enable(WDTO_1S); // Включаем сторожевой таймер и настраиваем на 1 сек

}

static uint16_t get_adc(void){

static uint16_t values[AVERAGE];

static uint16_t current = 0;

uint32_t result = 0;

uint16_t i;

ADCSRA = ADCSRA | _BV(ADSC); /* Запускаем АЦП преобразование */

while((ADCSRA & _BV(ADIF)) == 0); /* Проверяем окончание АЦП */

values[current] = ADC;

for(i=0; i<AVERAGE; i++)

result = result + values[i];

if(++current>=AVERAGE)current=0;

return result / AVERAGE;

}

uint16_t mashtab(uint16_t value){

return value = value;

}

void put_to_scr(uint16_t value){

int i, m, sign = 0;

if(value <0){

sign = 1;

value *= -1;

}

i=MAX_SIZE-1;

do{

m = value % DIG_BASE;

if((value==0)&&(i!=(MAX_SIZE-1)))

break;

else

SCR[i] = SYMBOLS[m];

SCR[MAX_SIZE-3] |= COMM;

value /= DIG_BASE;

} while (--i >= 0);

if (i < 0) return;

if (sign) SCR[i--] = NEG_CHAR;

for(; i>=0;i--) SCR[i] =SYMBOLS[0] ;

}

int main(void){

uint16_t value;

uint8_t giss;

giss = 0;

initialize();

sei();

while(1){

wdt_reset();

value = get_adc();

if (value > 761) value = 761;

else value = value;

value = (761 - value) * 110 / 100;

if (value < 150) /* Значение включения компрессора */

PORTC |= (1 << 2);

if (value > 160)

PORTC &= ~(1 << 2); /* Значение выключения компрессора */

put_to_scr(value); /* Вывод значения на индикатор */

}

}

ISR(TIMER0_OVF_vect){ /* Динамическая индикация по таймеру 0 */

static unsigned char pos = 0;

COLS = 0xFF;

ROWS = SCR[pos];

COLS = ~(1 << pos);

if(++pos == MAX_SIZE) pos = 0;

}

{/code}

Запускаем АЦП, усредняем результат АЦП, используя последние 64 замера, масштабируем отсчёты АЦП в значения кг/см², выводим на индикатор в виде 0.00 и управляем компрессором.

Строка #define AVERAGE 64 - это количество замеров для усреднения

Строка value = (761 - value) * 110 / 100 масштабирует значение АЦП в значение кгс/см² (вернее, в кПа/см², т. е. значение 2кгс в программе соответствует значению 200кПа), а точку после первого разряда программа выводит постоянно, незначащие нули, естественно, мы не гасим.

Строка if (value < 150)  - это давление для включения компрессора, 150 значит 1,5кгс/см²

Строка if (value > 160)  - это давление для выключения компрессора, 160 значит 1,6кгс/см²

Строка if (value > 761) value = 761 необходима, т. к. возможна ситуация, когда напряжение на датчике выйдет за разумный диапазон, и тогда при давлении ниже 0 значение АЦП возрастёт выше 761, что испортит правильность масштабирования.

Программа писалась в AVR Studio 4, печатная плата рисовалась в Sprint-Layout 5.0.

PCB была разведена под стабилизатор LM78L05 в корпусе ТО92, что оказалось ошибкой из-за его недостаточной мощности. В моём случае питающее напряжение компрессора оказалось 16в, и даже стабилизатор в ТО220 сильно грелся, посему пришлось применить отдельную плату стабилизатора на LM2596

Файлы проекта для AVRStudio 4 и разводка для Sprint-Layout 5.0 прилагаю в архивах.

Пара фоток того, что получилось:

Видео на форуме.

Надеюсь кому-то пригодится эта статья.

{plusone}

Вложения:

Файл	Описание	Размер файла:
PCB_Manometer.rar	Архив чертежа печатной платы	40 Кб
AVRStudio4Manometer.rar	Проект (исходник) для AVR Studio 4 в архиве	43 Кб
proteus.rar	Проект PROTEUS (схема) в архиве	17 Кб