Тема: Стабилизированный регулятор на базе Arduino с управлением через UART
Стабилизированный регулятор переменного напряжения на базе Arduino с возможностью управления по UART
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
В данной схеме нет никакой развязки по напряжению от питающей цепи, следовательно схема предъявляет особые требования в плане электрической безопасности.
Обратите внимание, что один из выводов идет к GND напрямую из розетки.
А это значит что там может быть фаза, в зависимости от того как воткнули вилку в розетку.
Поэтому надо крайне ответственно подходить к ее монтажу и выбору компонентов.
А также внимательно и очень осторожно обращаться с ней при наладке.
---
Поэтому неукоснительно соблюдайте ряд правил:
---
1. Эта схема должна быть тщательным образом изолирована от окружающей среды.
Надежный корпус, чтобы ничего не торчало наружу.
На вал энкодера обязательно надеть изолирующую рукоятку.
2. При наладке ни в коем случае не лезть руками ни к одному из элементов цепи.
Пусть вас не успокаивает что там всего 5 вольт.
Пять вольт там исключительно относительно самой себя.
А вот по отношению к окружающей среде там все те же 220.
3. Прошивку микроконтроллера делать ТОЛЬКО при полном выключении из сети.
Причем выключать надо выдергиванием из розетки.
Если этого не сделать, то с вероятностью близкой к 100% будет убит комп. Причем скорей всего весь.
4. То же касается и связи с компом.
При таком питании запрещено подключаться через USART, USB, запрещено объединять земли.
Если все же хотите связь с компом, то используйте потенциально разделенные интерфейсы.
Например, радиоканал, инфракрасную передачу, на худой конец разделение RS232 оптронами на две независимые части.
Функциональность.
Старается поддерживать среднеквадратическое выходное напряжение равное установленному.
Имеет режимы «Стоп», «Разгон», «Стабилизация».
Выходная мощность определяется типом применяемого симистора, характеристиками теплоотвода.
---
Индикация.
Показывает установленное выходное напряжение в режиме «Стабилизация» или измеренное выходное напряжение в режиме «Разгон».
Вывод осуществляется на индикатор, основанный на TM1637. Этого добра в Китае много и оно не дорогое.
Также имеет место быть светодиод. Он светится, когда выходное измеренное среднеквадратическое напряжение соответствует установленному с точностью плюс минус 0,3 вольта.
---
Управление.
Осуществляется инкрементальным энкодером со встроенной кнопкой типа EC11. Этот энкодер помимо управления осуществляет гальваническую развязку схемы и тушки оператора, так как у него заявлено сопротивление изоляции не менее 100 Мом при напряжении 250 Вольт на уровне моря между контактами и рукояткой.
---
Режимы работы.
Подача сетевого напряжения при:
А) нажатой кнопке энкодера приведет к установлению выходного напряжения 110 вольт (можно изменить в прошивке).
Б) при отпущенной кнопке энкодера выходное напряжение будет равно 0.
Это режим стабилизации.
При вращении рукоятки энкодера влево/вправо происходит уменьшение/увеличение установленного напряжения.
---
Короткое нажатие кнопки в режиме стабилизации приведет к переходу в режим «Стоп» - выходное напряжение снимается.
Выход из режима - короткое нажатие кнопки. Произойдет переход к ранее установленному значению выходного напряжения.
---
Длинное удержание кнопки в режиме стабилизации приведет к переходу в режим «Разгон».
Выходной симистор полностью открывается, выходное напряжение максимально.
Индикатор показывает измеренное выходное напряжение.
Выход из режима – короткое нажатие кнопки.
В режимах «Стоп» и «Разгон» вращение энкодера ничего не меняет.
---
Особенности.
Нижний порог устанавливаемого напряжения 40 вольт.
В верхней части диапазона (>95% входного напряжения) возможна неустойчивость поддержания выходного напряжения.
Для работы не рекомендуется.
При отключении нагрузки происходит уменьшение выходного напряжения до 0.
При восстановлении контакта с нагрузкой восстановления напряжение не происходит. Такая вот багофича.
Кстати, без нагрузки тупо будет выдавать на выходе 0.
И ни на что не реагировать.
Следствие той багофичи.
---
На перспективу.
Заложен порт UART с гальванической развязкой на ADUM1201.
Через него можно будет устанавливать требуемое напряжение, например.
При этом можно будет отказаться от индикатора, энкодера и всё делать удалённо компьютером.
Вариант использования в трехфазной сети трех регуляторов.
Каждый обслуживает свою фазу, а данные принимает/передает с того же компьютера.
В общем широкое поле для извращений.
Программной поддержки пока нет.
Для трёх фазного варианта скорее всего потребуются аппаратные корректировки.
---
Ограничения.
Предназначен для работы в сети переменного тока 220 вольт 50 герц.
В сети 60 герц корректно работать не будет.
Также не поймёт сеть 110 вольт.
Всему этому можно обучить, изменив программное обеспечение, но задача не ставилась.
При входном напряжении более 280 вольт начнет чудить. Поэтому не надо на него столько подавать.
---
Аппаратная часть.
Регулятор построен на базе Arduino Nano V3 – практически самой распространенной плате.
Схема здесь:
https://drive.google.com/open?id=1hALOz … WVKqHGQ40S
Для питания ардуины в схеме изображен "преобразователь 220->5(12)".
В качестве этого преобразователя можно использовать модули AC/DC типа HiLink HLK-PM01, HLK-PM12, 
бескорпусные китайские преобразователи тоже годятся.
Как вариант можно сделать конденсаторный блок питания (нарисован внизу справа на схеме).
Преимущество преобразователей перед конденсаторным БП - возможность запитать от них вентилятор охлаждения всей конструкции.
Конденсаторный скорее всего вентилятор не потянет.
---
Все резисторы, кроме R8 стандартные выводные, точностью 5%. R8 – мощностью от 0.5 Вт, желательно 1 вт.
Конденсатор С1 – на напряжение не меньше 400 вольт металлоплёночный.
Ёмкость его не очень критична, можно увеличить до 47 нФ, уменьшать не надо, может начать чудить MOC3052. Не любит она большие dU/dt.
Симистор – исходя из требуемого тока, обязательно с кристаллом изолированным от подложки.
Переменник RV1 – многооборотный, из серии 3296. 
Он нужен для установки соответствия выходного напряжения и показаний на индикаторе.
В случае использования конденсаторного источника питания, конденсатор С2 на напряжение не менее 400 вольт.
----
Кратко о функциях цепей на схеме.
R1-R2 – детектор перехода через нуль сетевого напряжения.
R3, U3 – источник опорного напряжения 2,49 В
R4,R5,R6,R7 – токоограничивающие, соответственно своих цепей
R5 можно увеличить до 180-200 Ом, больше не надо, может перестать открываться моська
R8,C1 - снабберная цепь
R9,R10,R11,RV11 - измерительный делитель выходного напряжения
U4 – силовой симистор
U2 – оптрон управления силовым симистором
HL1 – светодиод индикации режима стабилизации
---
Программное обеспечение написано на ассемблере для avr.
Прошивка прилагается.
Я прошивал программатором, насчет прошить через USB не готов сказать, не пробовал.
Исходники тоже прилагаются.
На условиях некоммерческого применения и использования на свой страх и риск без каких-либо обязательств и гарантий с моей стороны.
hex: https://drive.google.com/file/d/1ymnK6k … sp=sharing
asm: https://drive.google.com/open?id=1Axqbd … 0yg3epKMWh
Асм можно открыть в AvrStudio v4.19 или ещё в какой программе.
Там внутри комментарии.
Правильно собранный из исправных деталей, регулятор в налаживании не нуждается.
Единственно, подстроечным резистором RV11 необходимо выставить соответствие выходного и выводимого на индикатор значения напряжения.
---
Печатная плата предлагается.
gerber: https://drive.google.com/open?id=1DTnIp … N3bEoBdCAs
Плата модифицирована для возможности установки любого из предложенных источников питания ардуины.
---
Агрегат собран в двух экземплярах, один на макетке для проверки идеи, другой на печатке, для проверки криворукости.
Печатка не модифицированная.
Оба работают.
Во всяком случае по моему субъективному мнению пожалуй лучше, чем мой же предыдущий агрегат на аналоговом принципе.
---
Под занавес фото второго экземпляра в тестовом обвесе.
---
Вот нашел фотку первого экземпляра. Уже в составе "пульта управления колонной".
Трудится, держит 165,5 вольт при отборе голов.
Зеленый светится - значит режим стабилизации.
---
Обновления:
------
10.05.2019
- Добавлено управление через последовательный порт (UART):
Стабилизированный регулятор на базе Arduino с управлением через UART
------
13.05.2019
- Печатная плата в формате Sprint Layout от TorAllex,
вариант с конденсаторным питанием:
Стабилизированный регулятор на базе Arduino с управлением через UART
-03.10.2019- Скорректирована программа для возможности работы со встроенным загрузчиком Arduino.
Стабилизированный регулятор на базе Arduino с управлением через UART
------
Вроде всё. Прошу уважаемое общество пинать, критиковать, восхищаться и т.п.
15.05.2020 Вариант с выводом на OLED индикатор.
Стабилизированный регулятор на базе Arduino с управлением через UART
30.03.2021 Модификация схемы и прошивки. Добавлены вход внешнего выключения по аварийному сигналу, вход сигнала разгона, выход включения дополнительного ТЭНа в режиме "разгон", возможность подключения звукового оповещения, автоопределение типа дисплея. Работает как с TM1637, так и с OLED на SSD/SH.
Стабилизированный регулятор на базе Arduino с управлением через UART
.
