ПИ регулятор отопления

Войдите на сайт для отправки комментариев

Сб, 09/04/2016 - 15:13

yul-i-an

Offline

Зарегистрирован: 10.12.2012

Регулятор был задуман как замена штатного в электроконвектор на дачу, потому что встроенный не обеспечивал необходимой точности поддержания температуры и при перебоях в питании самостоятельно не включался в работу, что могло нехорошо отразится на заполненом водопроводе.

Данный регулятор обеспечивает поддержание заданной температуры. Проект начинался тут.

Проработал зиму на даче, никаких замечаний к работе регулятора нет, температуру держет точно.

В качестве датчика температуры используется терморезистор NTC 10кОм при 20С, выходным устройством являеться реле (в дальнейшем планирую поставить симистор) (организован медленный ШИМ частотой 2Гц).

001//кнопки А0, реле 13,12 подсветка 10
002#include <LiquidCrystal.h>
003#define key_in analogRead(0)//вход аналоговых кнопок
004#define T_Sensor_OFF digitalWrite(16,LOW)//отключить термистор
005#define T_Sensor_ON digitalWrite(16,HIGH)//включить термистор  
006#define HI_OFF digitalWrite(13,LOW)//отключить реле HI
007#define HI_ON digitalWrite(13,HIGH)//включить реле HI
008//#define LO_OFF digitalWrite(12,LOW)//отключить реле LO
009//#define LO_ON digitalWrite(12,HIGH)//включить реле LO
010#define n_f 10.0//температура по умолчанию
011#define p_s 50//частота обновления экрана
012#define t_pwm 600//период ШИМ
013#define t_time 1000//период опроса температуры
014//для ПИ регулятора
015float p,i;
016LiquidCrystal lcd(7,6,5,4,3,2);
017long time;//интервал замера температуры
018long lcd_time;//интервал отрисовки экрана
019long on_time;//для периода ШИМ
020int zad=0;
021int k_b[]={
022  512,683,768};//аналоговые кнопки SET + -
023float temp=0.0;//текущее значение температуры
024float pre_temp=0.0;//предыдущее значение температуры
025int w=0;
026float ust=n_f;//termostate
027int c=0;//пройденые циклы мощности
028float addr[25][2] = {
029  {
030    0,32.0                                                              
031  }
032  ,
033  {
034    5,25.5                                                              
035  }
036  ,
037  {
038    10,20.0                                                              
039  }
040  ,
041  {
042    15,15.7                                                                
043  }
044  ,
045  {
046    20,12.62                                                                
047  }
048  ,
049  {
050    25,10.0                                                                
051  }
052  ,
053  {
054    30,8.24                                                                
055  }
056  ,
057  {
058    35,6.63                                                                
059  }
060  ,
061  {
062    40,5.41                                                                
063  }
064  ,
065  {
066    45,4.41                                                                
067  }
068  ,
069  {
070    50,3.62                                                                
071  }
072  ,
073  {
074    55,2.99                                                                
075  }
076  ,
077  {
078    60,2.48                                                                
079  }
080  ,
081  {
082    65,2.08                                                                
083  }
084  ,
085  {
086    70,1.75                                                                
087  }
088  ,
089  {
090    75,1.47                                                                
091  }
092  ,
093  {
094    80,1.258                                                                
095  }
096  ,
097  {
098    85,1.063                                                                
099  }
100  ,
101  {
102    90,0.905                                                                
103  }
104  ,
105  {
106    95,0.776                                                                
107  }
108  ,
109  {
110    100,0.669                                                                
111  }
112  ,
113  {
114    105,0.581                                                                
115  }
116  ,
117  {
118    110,0.505                                                                
119  }
120  ,
121  {
122    115,0.442                                                                
123  }
124  ,
125  {
126    120,0.387                                                                
127  }
128  ,
129};
130 
131byte cel[] =
132{
133  0b01000,
134  0b10100,
135  0b01000,
136  0b00111,
137  0b01000,
138  0b01000,
139  0b00111
140};
141void setup(){
142  // Serial.begin(9600);
143  pinMode(13,OUTPUT);//реле HI
144//  pinMode(12,OUTPUT);//реле LO
145  pinMode(16,OUTPUT);//питание термистора
146  T_Sensor_OFF;
147  HI_OFF;//отключить реле HI
148//  LO_OFF;//отключить реле LO
149  lcd.begin(16, 2);
150  analogWrite(10,250);//подсветка
151  time = millis();
152  lcd_time = time;
153  on_time = time;
154  lcd.createChar(1, cel);
155}
156void loop(){
157 
158  key();//опрос кнопок
159  if (time>millis()){//защита от переполнения
160    time=millis();
161    lcd_time=time;
162    on_time=time;
163  }
164 //---------------чтение температуры---------------
165 if ((millis()-time)>=t_time){
166    time=millis();
167    temp=getTemp();
168   temp=(pre_temp*0.2)+(temp*0.8);//фильтр
169 //   w=abs((ust-temp)*(pre_temp-temp));//время выхода на уставку
170    pre_temp=temp;
171    PIctl();//расчет мощности
172  }
173  //-------------------вывод на экран----------------
174  if ((millis()-lcd_time)>=p_s){//вывод на экран
175    lcd_time=millis();
176    Screen_print();
177  }
178 
179  //---------------------управление мощностью--------------------------
180  //выдаем мощность
181  if (millis()>3000){
182    if((millis()-on_time)>=t_pwm){//период ШИМ
183      on_time=millis();
184 
185      if(c<zad){
186        HI_ON;
187      }
188      else{
189        if (zad != 100){
190          HI_OFF;
191        }
192      }
193      c=c+1; 
194      if(c==100){
195        c=0;
196        //PIctl();
197      }
198    }
199  }
200}
201void PIctl()
202{
203    if(temp>(ust-0.5)&&temp<(ust+0.5))//зона нечувствительности +-0,5C
204  {
205    zad=i;
206  }
207  else
208  {
209  float e;
210  e=(ust-temp);
211  // расчет выходной мощности:
212  p=130.0*e;//130 коффициент пропорциональности
213  if (p<0.0)
214  {
215    p=0.0;//ограничение P
216  }
217  i=(i+(e*0.014));//0.7
218   if (i>100.0)
219  {
220    i=100.0;//ограничение I
221  } 
222     if (i<-100.0)
223  {
224    i=-100.0;//ограничение I
225  } 
226  //расчет выходной мощности
227  zad=p+i;
228  }
229  //ограничение управляющего сигнала
230  //для исключения частого переключения реле
231  //если твердотельное реле, можно не ограничивать
232  if (zad<4){
233    zad=0;
234  }
235  if (zad>96){
236    zad=100;
237  }
238//корректировка при отклонении температуры более чем на +-2С
239//для быстрого выхода на уставку
240  if (temp<(ust-2.0))//если темп < уст на 2С
241  {
242    zad=100;//то мощность 100%
243    i=0;
244  }
245  if (temp>(ust+2.0))//если темп > уст на 2С
246  {
247    zad=0;//то мощность 0%
248    i=0;
249  }
250}
251//----------------опрос клавиш-------------------------------
252void key(){
253  int x;
254  x = key_in;
255  if (x>k_b[0]-5 && x<k_b[0]+5){//МЕНЮ
256    UP_butt(); 
257    key_m(0);
258  }
259  if (x>k_b[1]-5 && x<k_b[1]+5){// +
260    UP_butt();
261    key_m(1);
262  } 
263  if (x>k_b[2]-5 && x<k_b[2]+5){// -
264    UP_butt();
265    key_m(2);
266  }  
267}
268//---------------проверка отпускания кнопки-----------------
269void UP_butt(){
270  while (key_in<1010){//ждем отпускания кнопки
271  } 
272}
273//------------------замер температуры----------------------
274double getTemp()
275{
276    T_Sensor_ON;
277    delay(10);//задержка при подаче питания терморезистора
278    int t;
279    t=0;
280    for (int i=0; i <= 15; i++){
281    //for (int i=0; i <= 4; i++){
282      t = t + analogRead(1);
283    }
284//    T_Sensor_OFF;
285     t=t/4;
286    //t=t/5;
287   
288   
289  float R;
290  R=getR(t);
291  int i=0;
292  while (addr[i][1] >R)
293  {
294    i++;
295  }
296  double result;
297  result=(R-addr[i][1])*(addr[i-1][0]-addr[i][0])/(addr[i-1][1]-addr[i][1])+addr[i][0];
298  return result;
299}
300float getR(float V)
301{
302  float result;
303  result=-10*V/(V-4096);
304  //result=-10*V/(V-1024);
305      T_Sensor_OFF;
306  return result;
307}
308//-----------------обработка кнопок-------------------------
309void key_m(int x){
310  //  lcd.clear();
311  switch (x){
312  case 0://menu
313  ust=10;
314    break;
315  case 1://кнопка +
316    ust++;
317    if (ust>35){
318      ust=35;
319    }
320    break;
321  case 2://кнопка -
322    ust--;
323    if (ust<5){
324      ust=5;
325    }
326    break;
327  }
328}
329  int oversempling(){
330  T_Sensor_ON;
331    delay(10);//задержка при подаче питания терморезистора
332    int o;
333  o=0;
334    for (int i=0; i <= 15; i++){//оверсемплинг до 4096
335    //for (int i=0; i <= 4; i++){
336      o = o + analogRead(1);
337    }
338    T_Sensor_OFF;
339     o=o/4;
340    //t=t/5;
341    return o;
342    }
343void Screen_print()
344{
345  byte a=0;
346  byte b=0;
347 
348  tempPrint(temp,0,0);
349  tempPrint(ust,0,1);
350 
351  lcd.setCursor(6, 0);
352  lcd.print(zad);
353  lcd.print("%  "); 
354 
355  varPrint(i,"I ",6,1);
356  //  lcd.print("I "); 
357 
358  lcd.setCursor(12, 0);
359  lcd.print(c);
360  lcd.print("m  "); 
361 
362  a=digitalRead(13);
363  b=digitalRead(12);
364  if (a==1 && b==0){
365    lcd.setCursor(12, 1);
366    lcd.print("HI ");
367  }
368  if (a==0 && b==1){
369    lcd.setCursor(12, 1);
370    lcd.print("LO ");
371  }
372  if (a==0 && b==0){
373    lcd.setCursor(12, 1);
374    lcd.print("OFF");
375  } 
376}
377//-------------вывод температуры----------------------------
378void tempPrint(double t, int x, int y){
379  lcd.setCursor(x, y);
380  lcd.print(t);
381  lcd.setCursor(x+4, y);
382  lcd.print(char(1));//вывод градусов
383}
384//---------------вывод переменной-------------------------
385void varPrint (double v, char* t, int x, int y){
386  lcd.setCursor(x, y);
387  lcd.print(v);
388  lcd.print(t);
389}

Схема включения терморезистора стандартная, кнопки (аналоговые). Изскетча должно быть понятно что куда цеплять. У меня девайс выполнен на своей плате, использован микроконтроллер ATMega8, тактирование от встроенного генератора 8МГц. Собрано всё в монтажной коробке 100х100х40.

Схема устройства, LCD экран не показан.

Сб, 09/04/2016 - 15:26

vde69

Offline

Зарегистрирован: 10.01.2016

2 герца на реле...

2*60*60*24*365 = 63 ляма в год... реле столько не ходят, обычно от 200 до 500 тыс, я когда печку делал себе посчитал 1 переклюяение в 20 секунд и то вышло всего на 5 лет 8 часовой работы...

Сб, 09/04/2016 - 15:44

Штирлиц

Offline

Зарегистрирован: 13.06.2015

vde69 пишет:

2 герца на реле...

Вместо реле ставим SSR на нужную мощность и все.

Сб, 09/04/2016 - 16:33

yul-i-an

Offline

Зарегистрирован: 10.12.2012

Штирлиц пишет:

vde69 пишет:

2 герца на реле...

Вместо реле ставим SSR на нужную мощность и все.

Согласен, я выше написал что планируется замена на симистор и подача напряжения по алгоритму Брезенхема. Опыт уже есть - видео.

Сб, 09/04/2016 - 16:54

axill

Offline

Зарегистрирован: 05.09.2011

Такую же задачу решал недавно. Реализовал алгоритм "мячик на двух резинках" с поиском равновесной мощности под заданную температуру итеративным перебором. Регулирование мощности на моем преобразователе ШИМ в ФИМ

зима показала очень высокую точность поддержания температуры. Разве что помех много от симистора но у меня это никак не проявляется, знаю, что должны быть)

Сб, 09/04/2016 - 17:00

yul-i-an

Offline

Зарегистрирован: 10.12.2012

axill пишет:

Такую же задачу решал недавно. Реализовал алгоритм "мячик на двух резинках" с поиском равновесной мощности под заданную температуру итеративным перебором.

Ссылочку не дадите для ознакомления

Сб, 09/04/2016 - 17:16

axill

Offline

Зарегистрирован: 05.09.2011

Не публиковал, но если что конкретно интересует поделюсь

Сб, 09/04/2016 - 17:25

yul-i-an

Offline

Зарегистрирован: 10.12.2012

Интересуемся.

Сб, 09/04/2016 - 17:26

axill

Offline

Зарегистрирован: 05.09.2011

yul-i-an пишет:

спасибо за информацию, не знал, что такая простая вещь как пропуски полупериодов так круто называются)

логика програмная пропусков почти ничем не отличается от ФИМ.

По мне управление мощностью дело совсем не сложное. Алгорит расчета %необходимой мощности вот это куда более сложная и интересная задача. ПИД ориентирован на релейное управление. А здесь как? Я использовал алгоритм резинки. В стабильных условиях это отлично работает, а вот при резко меняющихся условий резинка входит в колебательный процесс

Сб, 09/04/2016 - 17:31

axill

Offline

Зарегистрирован: 05.09.2011

yul-i-an пишет:

Интересуемся.

что именно? Схема, алгоритм?

Сб, 09/04/2016 - 17:40

#10

yul-i-an

Offline

Зарегистрирован: 10.12.2012

vde69 пишет:

2 герца на реле...

Я прикидывал 600000-800000 переключений за отопительный сезон 210 дней.

Сб, 09/04/2016 - 17:41

#11

yul-i-an

Offline

Зарегистрирован: 10.12.2012

axill пишет:

yul-i-an пишет:

Интересуемся.

что именно? Схема, алгоритм?

Алгоритм.

Сб, 09/04/2016 - 18:17

#12

yul-i-an

Offline

Зарегистрирован: 10.12.2012

Штирлиц пишет:

vde69 пишет:

2 герца на реле...

Вместо реле ставим SSR на нужную мощность и все.

Если точно то 1% - 0,6с. (100% за 60с.). Если нужна мощность 15% то реле включаеться на 9с. а остальные 51с. отключено. И так каждые 60с.

Сб, 09/04/2016 - 18:32

#13

axill

Offline

Зарегистрирован: 05.09.2011

yul-i-an пишет:

Алгоритм.

хорошо. С компа пришлю примеры кода, а на словах примерно так:

- по таймеру беру равные интервалы времени, это шаг итерации

- на каждой итерации считаю три дельты - 1. Дельта между текущей и целевой температурой 2. Дельта между целевой температурой как прогноз на следующий период 3. Дельта как ошибка прогноза на текущий период на предыдущем цикле

- все три цифры суммирую с коэффициентами и получаю корректировку на этой итеррации для мощности в плюс или минус. Коэффициенты подбираются при отладке

- кроме того есть крайние условия 1. Если разница между текущей тем и целевой больше заданной константы (кажется у меня там 10 градусов) включаю полную мощность 2. Если разница меньше (у меня 0.5 градуса) то в эту итерацию мощность не меняется

- кроме того задается жесткость резинки. Запрещается слишком большое изменение мощности за несколько итерраций, это исключает автоколебания с большой амплитудой

а целом алгоритм показал очень хороший результат для меня. Его минус в необходимости подбора параметров под конкретную задачу

Сб, 09/04/2016 - 18:42

#14

vde69

Offline

Зарегистрирован: 10.01.2016

может кому интересено управление мощностью, оставлю тут http://arduino.ru/forum/proekty/kontroller-mufelnoi-pechi для меня нормальным было попадание в плюс минус 5 градусов на высоких температурах, алгоритм вполне рабочий... по ссылке реальный график работы, виден колебательный процесс, обусловлен он изменением температуры теплоизоляции (и следовательно изменением характеристик теплообмена), на испытаниях характеристики требуемой мощности менялись примерно на 30% за 1 час, что равнозначно резким калебаниям температуры на улице для плохоутепленого домика, тем не менее алгоритм оказался вполне рабочим.

По моим прикидкам имея датчик с точностью 0.25с (тот-же даллас) вполне можно попадать в диапазон воздуха плюс минус 1.5...2 градуса...

Сб, 09/04/2016 - 21:15

#15

yul-i-an

Offline

Зарегистрирован: 10.12.2012

vde69 пишет:

Читал вашу тему, даже комент оставил.

Пнд, 25/04/2016 - 17:06

#16

yul-i-an

Offline

Зарегистрирован: 10.12.2012

Переписал функцию управления реле. Написал библиотеку для терморезистора и преминил её в этом проекте.

Теперь код выглядит так.

001#include <TermoRes3950.h>//библиотека терморезистора
002//кнопки А0, реле 13,12 подсветка 10
003#include <LiquidCrystal.h>
004#define key_in analogRead(0)//вход аналоговых кнопок
005#define HI_OFF digitalWrite(13,LOW)//отключить реле HI
006#define HI_ON digitalWrite(13,HIGH)//включить реле HI
007#define n_f 10.0//температура по умолчанию
008#define p_s 50//частота обновления экрана
009#define t_pwm 60000//период 100% мощности
010#define t_time 1000//период опроса температуры
011TermoRes3950 termo(1);//терморезистор на АЦП 1
012//для ПИ регулятора
013float p,i;
014LiquidCrystal lcd(7,6,5,4,3,2);
015long time;//интервал замера температуры
016long lcd_time;//интервал отрисовки экрана
017long on_time=0;//для периода ШИМ
018int zad=0;
019int k_b[]={
020  512,683,768};//аналоговые кнопки SET + -
021float temp=0.0;//текущее значение температуры
022float pre_temp=0.0;//предыдущее значение температуры
023int w=0;
024float ust=n_f;//termostate
025 
026byte cel[] =
027{
028  0b01000,
029  0b10100,
030  0b01000,
031  0b00111,
032  0b01000,
033  0b01000,
034  0b00111
035};
036void setup(){
037  // Serial.begin(9600);
038  pinMode(13,OUTPUT);//реле HI
039  HI_OFF;//отключить реле HI
040  lcd.begin(16, 2);
041  analogWrite(10,250);//подсветка
042  time = millis();
043  lcd_time = time;
044  on_time = time;
045  lcd.createChar(1, cel);
046}
047void loop(){
048  byte k;
049  k=key();//получить код нажатой кнопки
050  key_m(k);//выполнить действие согласно нажатой кнопке
051  if (time>millis()){//защита от переполнения
052    time=millis();
053    lcd_time=time;
054    on_time=time;
055  }
056  //---------------чтение температуры---------------
057  if ((millis()-time)>=t_time){
058    time=millis();
059    temp=termo.getTemp();//получаем температуру
060    temp=(pre_temp*0.2)+(temp*0.8);//фильтр
061    //   w=abs((ust-temp)*(pre_temp-temp));//время выхода на уставку
062    pre_temp=temp;
063    PIctl();//расчет мощности
064  }
065  //-------------------вывод на экран----------------
066  if ((millis()-lcd_time)>=p_s){//вывод на экран
067    lcd_time=millis();
068    Screen_print();
069  }
070 
071  //---------------------управление мощностью--------------------------
072  //выдаем мощность
073  if (millis()>3000){
074    if(millis()-on_time >= t_pwm){//период ШИМ
075      on_time=millis();
076    }
077    if (millis()<((zad*(t_pwm/100))+on_time)){
078      HI_ON;
079    }
080    else
081    {
082      HI_OFF; 
083    }
084  }
085}
086 
087void PIctl()
088{
089    if(temp>(ust-0.5)&&temp<(ust+0.5))//зона нечувствительности +-0,5C
090  {
091    zad=i;
092  }
093  else
094  {
095  float e;
096  e=(ust-temp);
097  // расчет выходной мощности:
098  p=65.0*e;//130 коффициент пропорциональности 130.0
099  if (p<0.0)
100  {
101    p=0.0;//ограничение P
102  }
103  i=(i+(e*0.014));//0.7
104   if (i>100.0)
105  {
106    i=100.0;//ограничение I
107  } 
108     if (i<-100.0)
109  {
110    i=-50.0;//ограничение I
111  } 
112  //расчет выходной мощности
113  zad=p+i;
114  }
115  //ограничение управляющего сигнала
116  //для исключения частого переключения реле
117  //если твердотельное реле, можно не ограничивать
118  if (zad<4){
119    zad=0;
120  }
121  if (zad>96){
122    zad=100;
123  }
124//корректировка при отклонении температуры более чем на +-2С
125//для быстрого выхода на уставку
126  if (temp<(ust-2.0))//если темп < уст на 2С
127  {
128    zad=100;//то мощность 100%
129    i=0;
130  }
131  if (temp>(ust+2.0))//если темп > уст на 2С
132  {
133    zad=0;//то мощность 0%
134    i=0;
135  }
136}
137 
138//----------------опрос клавиш-------------------------------
139byte key(){
140  int x;
141  x = key_in;
142  if (x>k_b[0]-5 && x<k_b[0]+5){//МЕНЮ
143    UP_butt(); 
144return 0;
145//    key_m(0);
146  }
147  if (x>k_b[1]-5 && x<k_b[1]+5){// +
148    UP_butt();
149return 1;
150//    key_m(1);
151  } 
152  if (x>k_b[2]-5 && x<k_b[2]+5){// -
153    UP_butt();
154return 2;
155//    key_m(2);
156  }  
157}
158//---------------проверка отпускания кнопки-----------------
159void UP_butt(){
160  while (key_in<1010){//ждем отпускания кнопки
161  } 
162}
163 
164//-----------------обработка кнопок-------------------------
165void key_m(int x){
166  switch (x){
167  case 0://menu
168  ust=10;
169    break;
170  case 1://кнопка +
171    ust++;
172    if (ust>35){
173      ust=35;
174    }
175    break;
176  case 2://кнопка -
177    ust--;
178    if (ust<5){
179      ust=5;
180    }
181    break;
182  }
183}
184 
185void Screen_print()
186{
187  byte a=0;
188 
189  tempPrint(temp,0,0);
190  tempPrint(ust,0,1);
191 
192  lcd.setCursor(6, 0);
193  lcd.print(zad);
194  lcd.print("%  "); 
195 
196  varPrint(i,"I ",6,1);
197 
198  lcd.setCursor(10, 0);
199  lcd.print(on_time); 
200 
201  a=digitalRead(13);
202  if (a==1){
203    lcd.setCursor(12, 1);
204    lcd.print("HI ");
205  }
206  if (a==0){
207    lcd.setCursor(12, 1);
208    lcd.print("OFF");
209  } 
210}
211//-------------вывод температуры----------------------------
212void tempPrint(double t, int x, int y){
213  lcd.setCursor(x, y);
214  lcd.print(t);
215  lcd.setCursor(x+4, y);
216  lcd.print(char(1));//вывод градусов
217}
218//---------------вывод переменной-------------------------
219void varPrint (double v, char* t, int x, int y){
220  lcd.setCursor(x, y);
221  lcd.print(v);
222  lcd.print(t);
223}

Пт, 29/04/2016 - 19:49

#17

artemka_patriot

Offline

Зарегистрирован: 10.04.2016

Приветствую можешь помоч у меня датчик температуры дс 18б20 на основе его построить код и lcd икран с кнобками

Сб, 30/04/2016 - 03:39

#18

faeton

Offline

Зарегистрирован: 21.03.2016

axill пишет:

Озадачили как ФИМ можно мощность регулировать... ФИМ - это же фазо-импульсная?

А для инерционных систем с активной нагрузкой, чтобы не шуметь симистором в сеть, лучше полупериоды вырезать с коммутацией в нуле - этакая АМ синхронизированная с пропаданием несущей. :)

Пт, 03/09/2021 - 12:33

#19

SergeB

Offline

Зарегистрирован: 03.09.2021

Добрый день. Не могли бы вы повторно выложить библиотеку для терморезистора? Ссылка больше не работает :-(

Пнд, 13/09/2021 - 15:03

#20

yul-i-an

Offline

Зарегистрирован: 10.12.2012

http://dobrofile.ru/?s=7860a8d1f

Arduino.ru

Регистрация новых пользователей и создание новых тем теперь только на новом форуме https://forum.arduino.ru

ПИ регулятор отопления