Samogradnja: Akvarijski krmilnik: analogni izhodi


Akvarijski krmilnik je običajno opremljen z digitalnimi in analognimi izhodi. Digitalni izhodi omogočajo enostavno krmiljenje po principu VKLOP/IZKLOP, medtem ko analogni izhodi omogočajo zvezno nastavitev moči naprave, katero krmilimo.

Analogni izhodi akvarijskega krmilnika so lahko uporabijo za:

krmiljenje nivoja svetlobe, če imamo DIM 1-10V elektronske dušilke,

krmiljenje vrtljajev ventilatorjev za hlajenje ali.

krmiljenje moči črpalk (TUNZE electronic).

Najbolj interesantna je prav gotovo možnost krmiljenja moči črpalk, saj takšnega krmilnika ne izdelujejo niti proizvajalci črpalk z možnostjo regulacije. TUNZE ima v svojem prodajnem programu le enostaven krmilnik , ki pravzaprav deluje digitalno, saj preklaplja med dvema nivojem moči, ki se lahko nastavita le ročno s potenciometri.

Uporabo analognih izhodov bom opisal na primeru akvarijskega krmilnika, katerega sem izdelal v samogradnji in bazira na produktu C-Control podjetja Conrad. Omenjeni krmilnik ima dva 8 bitna analogna izhoda, ki sta tipa PWM (pulzno širinska modulacija). PWM analogne izhode ima večina mikrokontrolerjev, kateri so uporabni za izdelavo akvarijskega krmilnika (ATMEL).

PWM so impulzi pravokotne oblike, kjer širina impulza definira analogno vrednost. Za lažje razumevanje bom podal primer.

Predpostavimo , da je PWM frekvence 2KHz, kar pomeni čas ene periode 500us. Izhod niha med 0 V (logična 0) in 5V (logična 1).

-stalno 0V pomeni minimalno vrednost izhoda 0,

če je 5V 100us, 0V pa 400 us, je vrednost izhoda 20% ,

če je 5V 200us, 0V pa 300 us, je vrednost izhoda 40% ,

...

stalno 5V pomeni maksimalno vrednost izhoda 255 (za 8 bitni analogni izhod).

Ker s takim signalom ne moremo krmiliti nobene od zgoraj naštetih naprav, potrebujemo pretvornik, ki PWM signal pretvori v pravi analogni izhod. Na sliki spodaj je prikazano vezje za krmiljenje DIM elektonskih dušilk.

Osnovni element sheme je RC člen, ki pretvori PWM signal v enosmerno vrednost od 0 do 5V. Sestavljata  ga upor R1 in kondenzator C1. Pomembno je samo to, da je zmnožek C in R, ki ga imenujemo časovna konstanta dovolj visok v primerjavi s periodo PWM signala. V našem primeru je to 5,6 10 3   pomnoženo z  10 -5  = 5,6 10 -2 , kar pomeni 56 milisekund, kar je 100 X več od periode PWM signala, ki je pri 2 KHz 0,5 milisekunde. Časovni diagram na sliki prikazuje, kako se impulzi, kjer je 33 % časa signal na 5V in 66% na 0V pretvorijo v enosmeren signal 1,67 V. Ta prvi del vezja je uporaben za vse aplikacije , kjer C-Control uporabimo za analogno krmiljenje.

Drugi del vezja je odvisen od aplikacije. Slika zgoraj je po mojem mnenju najenostavnejša možna izvedba. Uporablja kar notranje napajanje DIM elekronske dušilke. Potenciometer R2 se nastavi tako, da dobimo pri analogni vrednosti 255 maksimalno svetlobo, minimalna svetloba pa bo pri 0,7 V na kondenzatorju  C1, kar pomeni (255 krat 0,7 V deljeno z 5V = približno 36) da v tem primeru zapišemo v programu vrednost 36 na analogni izhod. To pomeni, da bodo vse vrednosti od 0 do 36 predstavljale dejansko minimalno vrednost in šele od 36 naprej do 255 bo svetloba naraščala.

Omenjeno vezje ni univerzalna rešitev za vse primere, tako da je uporabno le za razumevanje problematike. V moji aplikaciji za krmiljenje DIM elektonskih dušilk uporabljam podobno vezje, vendar sem v vezju med tranzistor in elekronsko dušilko vgradil še optično ločitev (optocoupler) z SFH610. Pri tem sem zagotovil ločeno napajanje 24V, kot je  prikazano na spodnji shemi.