Универсальное реле. Реле времени и термореле в одном устройстве

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Приборостроение, микроэлектроника и схемотехника» среди работ учащихся 7−9 классов

Направление работы: Инженеры

Авторы работы: ГБОУ Цифровая школа

Email: Написать

Предметы: Информатика

Классы: 8 класс

Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

Иногда даже в быту может потребоваться управлять какой-то мощной нагрузкой в зависимости от температуры или в течение какого-то времени. Обычно это делается при помощи реле времени/термореле. Однако, достаточно мощные реле вышеуказанных типов довольно дорогие и обладают не всегда удобной регулировкой. Поэтому автор решил сделать своё устройство, объединив в изделии оба типа реле.

Цель

Создание универсального реле, обладающего комфортным интерфейсом и способного управлять большими нагрузками.

Задачи

Разработать принципиальную схему устройства на основе мощного реле под управлением микроконтроллера Atmega328P-PU, который является сердцем отладочной платы Arduino UNO.
Написать прошивку для Atmega328P-PU.
Собрать и протестировать схему изделия на макетной плате.
Вытравить печатную плату устройства с последующим припаиванием на неё компонентов.
Распечатать на 3D-принтере корпус для платы.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

Мощное реле RT314005
Датчик температуры LM335Z
4-разрядный 7-сегментный индикатор
Другие радиодетали, провода, макетная плата, паяльник, текстолит, фоторезист, паяльная маска, раствор хлорного железа
Arduino Uno
Компьютер с установленным ПО: EasyEDA, Arduino IDE, Autodesk Fusion 360
3D-принтер

Описание

– В ходе проекта была разработана схема устройства с использованием: реле RT314005; микроконтроллера Atmega328P-PU, датчика температуры LM335Z; 4-разрядного 7-сегментного индикатора с дешифратором CD4511BE; а также светодиодов, резисторов, конденсаторов, стабилизаторов и т.д.

Написана прошивка для Atmega328P-PU, прошивка произведена через отладочную плату Arduino UNO. Для написания кода использовалась среда Arduino IDE.
Чтобы отображать информацию о времени и температуре, нужен дисплей. Было принято решение использовать 4-разрядный 7-сегментный индикатор с дешифратором CD4511BE. Для получения информации о температуре решено использовать аналоговый термометр LM335Z.

При работе в режиме таймера нужно оповещать пользователя об окончании работы устройства звуком, поэтому в устройстве предусмотрен динамик.

Чтобы переключать режимы работы, добавлен тумблер.

На следующем этапе выполнена сборка и отладка схемы. На макетной плате собрана схема, подсоединён контроллер. Проверена их работа и исправлены ошибки.
Следующий этап – перевод схемы на печатную плату. Первым делом необходимо было развести плату по схеме. Поскольку плата получилась сложной, пришлось переносить её на текстолит при помощи фоторезиста. Был напечатан трафарет, нанесён фоторезист, который затем засвечивали под трафаретом. Далее проведены процедуры проявки, травления в хлорном железе и промывки. Плата почти готова. Потом была нанесена специальная защитная паяльная маска и припаяны детали.

Последнее – корпус для изделия. Он смоделирован по плате в программе Autodesk Fusion 360 и распечатан на 3D-принтере.

Результаты работы/выводы

В результате работы было получено действующее устройство, способное управлять серьёзной нагрузкой. Мозг устройства можно запитать уже от 5V, а можно подать напряжение от 6V до 35V на специальный порт. На испытаниях оно показало себя хорошо, но в дальнейшем систему надо отлаживать.