Главная » Автоматика в быту
Призовой фонд
на май 2020 г.
1. Лабораторный БП NPS-1601 (0-32В, 0-5A)
Сайт Паяльник
2. 1050 руб.
От пользователей

Простой кнопочный диммер на STM32

Возникла необходимость изготовления диммера для тена. Существуют простейшие схемы управления из небольшого числа компонентов применимые для управления нагревателями, но они, на мой взгляд, имеют определенные недостатки. Фазовое управление относительно мощными нагревателями создает помехи в сети, искажает форму сетевого напряжения, простые конструкции регуляторов с переменными резисторами не обеспечивают плавность и равномерность регулировки выходной мощности при полном обороте потенциометров. Приведенная ниже конструкция диммера обеспечивает регулировку выходной мощности до 2 кВт с дискретностью один процент, индикацию сетевого напряжения и времени работы регулятора.

Ниже приведена схема регулятора

Схема регулятора

Входное напряжение подается на разъём X1. Резистор R1 выполняет роль предохранителя, а варистор RU1 защищает от бросков напряжения в сети. Диод VD3 это однополупериодный выпрямитель. Он применен для того, чтобы иметь общий ноль для схемы управления и для симистора. С8, С2, L3 образуют сетевой фильтр для сглаживания однополупериодных пульсаций. Понижающий источник бестрансформаторный, импульсный на микросхеме LNK304, понижающий входное напряжение до 5 вольт. Необходимость импульсного преобразователя обусловлена требованием питания подсветки дисплея и схемы управления током до 100 мА (для конденсаторного источника потребовался бы например большой конденсатор и был бы кпд стремящийся к 0). В микросхеме D2 lnk304 между выводами S и D выполнен полевой ключ, который вместе с силовым диодом D4 и дросселем L1 образуют классический понижающий импульсный преобразователь. Выходное напряжение подстраивается делителем напряжения на резисторах R2 и R3. C3, C4, C5 и L1 - выходной фильтр источника. Микросхема D1 понижающий линейный стабилизатор 3.3 вольта. Он необходим для питания микроконтроллера D3. Микроконтроллер применен STM32F030. Это самый распространенный и дешевый контроллер из F серии. К тому же, в нем есть 9 битный SPI которым можно управлять аппаратно дисплеями от телефонов NOKIA. На R11, R16, VD7 выполнен детектор 0. R15, R10, R9 - делитель для измерения сетевого напряжения. VT1 - усилитель для зуммера. Зуммер пищит когда сетевое напряжение поднимается выше 242 вольта. VT3, R18 - схема управления симистором. Резистором R8 подстраивается ток управления. Нагрузкой управляет симистор VS1. В данной схеме применен 4Q симистор BTA16-600CRG, так как управление происходит в 1 и 4 квадрантах. ЦепьС11 R19 необходима для уменьшения времени нарастания напряжения на симисторе и его защиты. Дисплей D4 от NOKIA1616. Разъём X2 для подключения нагрузки, X3 для подключения программатора ST-LINK.

Печатная плата выполнена в Altium Designer

Печатная плата в Altium Designer

Кнопочный диммер на STM32

Фото диммера в сборе

Диммер в сборе

Диммер в сборер

Плата диммера установлена в корпус от распределительной коробки 100x100x50 мм. Плата крепится 4 винтами М3, отверстия для которых в ней предусмотрены. Для удобства эксплуатации на тактовый кнопки одеты желтые декоративные колпачки. У кнопок выгнуты ножки, в печатной плате просверлены отверстия и кнопки запаяны с внутренней стороны. Это сделано для уменьшения зазора между корпусом и дисплеем. Для охлаждения симистора предусмотрен радиатор. Радиатор крепится к печатной плате двумя латунными втулками длинной 25 мм, отверстия для которых также в ней предусмотрены.

Программа для мк написана в среде Keil, проект Keil сгенерирован в CubeMX. Алгоритм программы: При старте опрашиваются кнопки + и -, при нажатии на кнопку старт отслеживается прерывание перехода через 0 по нарастанию сигнала ножкой 2 PF0. По прерыванию от PF0 открываем или закрываем симистор (в зависимости из установленной мощности) через 5 мс запускается ADC по таймеру и измеряет амплитудное значение сетевого напряжения, запускаем таймер на 10 мс. для управления вторым полупериодом сетевого напряжения. Все это повторяется 50 раз или 1 секунду.Таким образом в секунду, в зависимости от установленной мощности, пропускаем через симистор от 0 до 100 полупериодов сетевого напряжения. Считая периоды выводится время работы диммера ( 1 минута = 3000 периодов ). При нажатии кнопки стоп работа диммера приостанавливается и опрашиваются только кнопки + и -.

Ниже осциллограммы напряжение на нагрузке.

Осциллограммы напряжение на нагрузке

На диммере установлена 7% мощность на нагрузке и на осциллограмме видно соответственно 7 полуволн сетевого напряжения ( 3 положительные и 4 отрицательные)

Диммер испытывался на на утюг 1 кВт при 100 мощности для оценки перегревов (регулятор в утюге предварительно был отключен). Ниже термограмма после длительной работы. Вид сбоку радиатора.

Термограмма диммера

Температура радиатора не более 30 градусов. Температура симистора около 50 градусов. Большой температурный переход (корпус симистора 50 градусов а радиатор 20) думаю обусловлен тем, что металлическая часть корпуса TO220 симистора BTA16-600CRG изолированна от выводов внутри через керамическую подложку. Это позволяет его устанавливать на любую металлическую поверхность. Предохранитель имеет температуру  50 градусов, а при повышении нагрузки его температура повышается.

В процессе изготовления в схему вкралась ошибка, конденсатор С9 должен подключаться к ножке S шим контроллера а не к GND. На фотографии видна доработка.

Данный диммер подходит только для нагревательных устройств, обладающих инертностью нагрева и остывания. При подключении на выход диммера ламп накаливания вместо изменения яркости будут видны пульсации света с частотой 1 Гц.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
Резисторы
R1 Резистор
0 Ом
1 1206Поиск в AliexpressВ блокнот
R2 Резистор
5.6 кОм
1 0805Поиск в AliexpressВ блокнот
R3 Резистор
2.7 кОм
1 0805Поиск в AliexpressВ блокнот
R6 R61 кОм1 0805Поиск в AliexpressВ блокнот
R9 Резистор
470 кОм
1 1206Поиск в AliexpressВ блокнот
R10 Резистор
18 кОм
1 1206Поиск в AliexpressВ блокнот
R15 Резистор
4.7 кОм
1 0805Поиск в AliexpressВ блокнот
R11 Резистор
150 кОм
1 1206Поиск в AliexpressВ блокнот
R16 Резистор
150 кОм
1 1206Поиск в AliexpressВ блокнот
R23 Резистор
1 кОм
1 0805Поиск в AliexpressВ блокнот
R14 Резистор
1 кОм
1 0805Поиск в AliexpressВ блокнот
R13 Резистор
100 Ом
1 0805Поиск в AliexpressВ блокнот
R18 Резистор
120 Ом
1 1206Поиск в AliexpressВ блокнот
R22 Резистор
1 кОм
1 0805Поиск в AliexpressВ блокнот
R19 Резистор
100 Ом
1 1 ВтПоиск в AliexpressВ блокнот
Конденсаторы
С1 Конденсатор10 мкФ 50 В1 электролитПоиск в AliexpressВ блокнот
С2, С8 Конденсатор4.7 мкф 400 в2 электролитПоиск в AliexpressВ блокнот
С3, С5 Конденсатор100 мкФ 50 В2 электролитПоиск в AliexpressВ блокнот
С4, С6, С13, С14,С15, С7 Конденсатор0.15 мкФ 50 В5 0805Поиск в AliexpressВ блокнот
С11 Конденсатор0.1 мкФ 630 В1 пленкаПоиск в AliexpressВ блокнот
Индуктивности
L1 Катушка индуктивности10 мкГн1 Поиск в AliexpressВ блокнот
L2 Катушка индуктивности10 Ом1 0805Поиск в AliexpressВ блокнот
L3 Катушка индуктивности220 мкГн1 Поиск в AliexpressВ блокнот
L4 Катушка индуктивности1 мГн1 Поиск в AliexpressВ блокнот
Диоды
VD1, VD2, VD3 Выпрямительный диод
1N4007
1 Поиск в AliexpressВ блокнот
VD4 Выпрямительный диод
UF4007
1 Поиск в AliexpressВ блокнот
VD7 Стабилитрон3.3 вольта1 sod323Поиск в AliexpressВ блокнот
Транзисторы
VT1, VT3 Биполярный транзистор
BC847
1 Поиск в AliexpressВ блокнот
Микросхемы
D1 МикросхемаAMS11171 Поиск в AliexpressВ блокнот
D2 МикросхемаLNK3041 Поиск в AliexpressВ блокнот
D3 МикросхемаSTM32F030F4P61 Поиск в AliexpressВ блокнот
D4 LCD-дисплейNOKIA1616_LCD1 Поиск в AliexpressВ блокнот
Все подрят
RU1 Варистор430 В1 Поиск в AliexpressВ блокнот
FU1 Предохранитель10А1 Поиск в AliexpressВ блокнот
VS1 СимисторBTA16-600CRG1 Поиск в AliexpressВ блокнот
SB1-SB4 КнопкаТактовая кнопка4 Поиск в AliexpressВ блокнот
X1, X2 разъёмКлеммая колодка 2 контакта2 Поиск в AliexpressВ блокнот
X3 разъёмPLS41 Поиск в AliexpressВ блокнот
Корпус КорпусКоробка распред. с крышкой 100*100*55мм IP541 Поиск в AliexpressВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 0
Я собрал 0 2
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 4.6 Проголосовало: 2 чел.

Комментарии (11) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
0
AMatroskin #
Интересная логика диммирования, и включение происходит в момент перехода через ноль, классно!
Ответить
+3
bulyga #
По схеме автора: судя по осциллограмме регулятор пропустил в нагрузку ТРИ с ПОЛОВИНОЙ периода сетевого напряжения, а это постоянная составляющая в переменном токе, что очень плохо, т.к. вызывает подмагничивание трансформаторов.
Пару слов про оверхед: мне лично не нравятся избыточные решения, когда из пушки по воробьям. Для себя любимого, можно делать как проще, удобнее, быстрее. Но на публику, я считаю, нужно выставлять только что-то стоящее, красивое спроектированное и корректно работающее. Но это IMHO.

Критикуешь, предлагай! Я собирал аналогичное устройство, по схеме из журнала Радио №2 за 2011г. стр. 41 "Регулятор мощности с малым уровнем помех", автор Гаврилов К. Схема очень простая: буквально одна микросхема-триггер, транзистор, симистор, несколько диодив, резисторов и конденсаторов. Принцип работы: устройство пропускает целое число ПОЛНЫХ периодов сетевого напряжения в нагрузку, естественно отслеживается переход через ноль. Регулировка переменным резистором. Своё устройство я откалибровал и распечатал шкалу, точность установки мощности пару процентов. Схема простая, очень надёжная (нет контроллера - нет зависаний), позволяет с достаточной для практического использования точностью задать мощность в нагрузке.

P.S. В схеме Гаврилова из ж. Радио опечатка, VD3 нужно перевернуть. Если кто надумает собирать, я делал схему и разводку в DipTrace, могу поделиться.
Прикрепленный файл: Screenshot - 25-Apr-20 , 10_26_39_ver001.jpg
Ответить
0

[Автор]
Klepko #
Очень правильный подход "критикуешь предлагай". Управление полупериодами сделано для того чтобы уменьшить время регулирования (100 полупериодов это 1 секунда, а 100 периодов - 2). Хотел реализовать алгоритм брезенхема, но пока не осилил. Для того чтобы изменить регулировку на полные периоды достаточно закомментировать одну строку 561 в main.c (HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);). Данный диммер используется для регулировки мощности нагревательных тэнов, а тэны не подмагничиваются вроде, а влияние 2 кВт на подмагничивание в питающей сети 230 вольт как капля для моря. Да и "лишний" полупериод будет только один раз в секунду, и то, если выставить нечетную мощность. IMHO Люди делятся на два типа. Те кто использует контроллер и кнопки, и те кто использует резистор и рисуют шкалу (шутка).
Ответить
0
Vlad #
Пишу что бы поддержать обоих!
Как по мне, так чем проще тем лучше (т.е. я скорее к тем кто со шкалой и переменником :) ), но в современных реалиях с Алисами и Алексами так уже не работает, и схема автора в этом плане прекрасна. И прикрутить сюда условный esp8266 труда не составит, но при этом устройство автономно, т.е. с индикацией и полноценным управлением.
Ответить
+2
Lik #
Простой димер на stm с дисплеем - уже как бы не простой :). Я возможно ошибаюсь, но подключать мк к сети без развязки - решение так себе. Я бы воткнул в связку с симистором оптопару с контролем нуля и сделал управляющий импульс кратный 0,7 периода, так не нужно смотреть за нулем, не важно в какой момент времени придет команда открыть симистор, оптопара откроет его только когда напряжение пройдет через 0 и закроется после полного периода, я так сделал регулировку паяльного фена. Еще я бы R18 и VT3 поставил подальше от силовой дорожки, ну так на всякий случай, вон ребята делают блоки питания импульсные с пропилами даже, а тут как то все плотненько.
Ответить
0

[Автор]
Klepko #
Начну с конца. Пропилы и большие зазоры в блоках ребят обусловлены требованиями прочности изоляции вход-выход сетевых источников (в зависимости от "крутости блоков и совести китайцев прочность до 3-5 кВ переменки". А тут нет изоляции и нет зазоров).
Если подключить мк без развязки:
1) Можно не использовать кварц в мк и наверное точнее задавать мощность ( по детектору 0 ).
2) Можно просто и относительно точно измерять время по периодам сетевого напряжения.
3) Можно просто измерять сетевое напряжение.
4) Не нужны оптопары.
5) Не нужно мотать трансформатор, проще источник.
С изоляцией логично было бы делать не диммер, а термостат, так как гальваническая изоляция от сети позволяет безопасно подключать датчики температуры. Но для безопасности тогда как раз обязательно делать зазоры от сетевых проводников 3-5 мм.
Ответить
+1
Lik #
Суть моего поста в том, что надежность у схемы "слабая". Тут можно долго говорить о всех плюсах вашего решения, но все они лишь добавка к основной задаче, цель то регулировка мощности, а все что вы перечислили это уже натягивание своей схемы под цель. Я рад что ваша конструкция вам нравится и делает то, что вы изначально задумали, я всего лишь написал вам как сделать ее проще и надежнее. Лично я принял вашу разработку в штыки именно из-за отсутствия, как вы говорите, прочности изоляции.
Ответить
0
SiNuS #
Ну это уже не просто диммер, а целый блок управления и индикации, ещё бы к нему шину 485 или DMX. Спасибо автору.
Ответить
0
Turist #
Классное исполнение, но блин, это всего лишь диммер? Да с таким железом сюда кучу чего можно понатыкать. Просьба к автору развивать проект и адаптировать его под АВР или Ардуино.
Ответить
0

[Автор]
Klepko #
Я развил бы в сторону упрощения на сегментном жки без источника питания и контроллере STM8L с модулем LCD.Дисплей мультиплексный от часов, таймера или любого девайса c ЖКИ. Смысл жки и STM8L уйти от импульсного источника питания ( так как у STM8L развиты режимы энергосбережения и потребление с жки несколько мка) и упростить схему.Эту идею я подсмотрел в сообщении bulyga даже схемку накидал. Авр я давно заменил на STM8 (авр стоят дорого и тем более ардуино, а STM8 покупаю десяточек у китацев по цене пачки сигарет). А по поводу текущего развития, первое на очереди будет защита от перегрева тиристора с индикацией температуры.
Прикрепленный файл: Dimmer_STM8L.jpg
Прикрепленный файл: DSC_0885.JPG
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется напряжение?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Радиореле 220В
Радиореле 220В
Ручной фен 450 Вт с регулировкой температуры Мини гравер 125 Ватт
вверх