last rev 21 fev 2012
catégorie : application microcontroleur PIC
projet initié en
2006...
REGULATION de
TEMPERATURE
pour CHAUFFAGE par ACCUMULATEUR
Caractéristique du chauffage à
accumulation
Analyse Fonctionelle
Acquisition de 4
mesures ANALOGIQUES
*Version
connectee au PC (16F84) :
Interface Opérateur
*Version Autonome (16F628):
Version autonome LCD
& I.R.
Schemas ,
*Hardware,
Cuivre :
Platine regulation
Platine Alimentation & relais
Boitier
Programmes,
Ordinogrammes
Algorithme
(derniere ?) Version 16F88 :
Passage du 16F628 au
PIC16F88....
Mesures
Extension Software
Algorithme
Problemes
rencontrés..
Bilan.
Home Page ( Index )
mailto : paulfjujo@free.fr
Caractéristique du chauffage:
Accumulateur
BAUKNECHT Type 378 VF 426E
10/2950 00.00
P= 4KW 380 Tri + Neutre distribué + 2x23W ventilos
Capacité 115200 KJ soit 27520Kcal
Poids 210Kg
RELAIS de
PUISSANCE TR8 T120 remplacé par
Relais THERMIQUE T120 11 8E 166 432 5.01
Resistance commande 6,5Kohms 230V contacts 3x16A sous
380V
THERMOSTAT de
sécurité à bulbe 7602 T150 III 16A/380V TRI
Type 55 30 152 01 dim : L45 x H45 x P50 mm
Capilaire ~1M bulbe L=70mm diam 6mm
SONDE RKRAM ZD-PTC 700 ohms 10% element
vert L=50mm dia=8mm
relevé in Situ par rapport à la temperature donnée par
un thermocouple...
excel tendance
| Temp
°C |
ohms |
| 488 |
1090
|
| 447 |
1061 |
| 382 |
980 |
| 377 |
915 |
| 121 |
724 |
| 25 |
700 |
| 20 |
697 |
Potar Bobiné 500 ohms pour consigne de
charge
Regulateur RG6000 48658 A01 220V AC
055803 21/6000 00.00
Steuer spannung < 2,5V DC
relais KACO RA 21010.L41 avec 1 contact NF
3
Resistances chauffantes de 33 ohms.230v
Schéma
d'ensemble
Schema
Module controle de charge : RG6000 (SGDG)
Situation
originale :
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ANALYSE FONCTIONNELLE
But:
Regulation de temperature d'une piece à partir d'un
Accumulateur de 4Kw, fonctionnant en cycle de charge
sur tarif EDF NUIT.
Fonctionnalites
Regulation temperature ambiante:
par action sur les 2 ventilateurs
tangentiels qui restituent l'énergie acumulée .
Gestion de la charge accumulateur en
fonction des priorités suivantes :
- temperature ambiante
- temperature interne de l'accumulateur : Integration
- temperature externe : anticipation
- information Tarif NUIT : Autorisation, bypass (forcage)
si necessaire
Action sur relais
thermique de puissance triphasé 3x16A commande la
chauffe de 4KW
montage 3R en etoile sous 400V tri.
nota: relais de
securité SURCHAUFFE
Dialogue operateur :
mise à jour horloge RTC
Reglage consigne de temperature ambiante
Reglage consigne mini de temperature accumulateur
Selection de la mesure à afficher en 2em ligne LCD
consigne alarme gel
Transfert des donnees
Dialogue RS232 avec PC
Dialogue I.R avec telecommande classique TV
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Acquisition de 4 mesures ANALOGIQUES :
via un multiplexeur ANALOGIQUE CD 4052 de 4 voies vers 1
et un convertisseur ADC 12 bits MAX187
mode sériel.
Temperature ambiante
de la piece
gamme : 0.0 à 50.0°C
resolution : 0,1°C precision absolue +-0,5°C
capteur : LM35DZ
10mV /°C, 0mV à 0°C, 250mV à 25°C
en contact direct avec air ambiant ,situé à 1,50M du
sol ,
non situé dans le champ de la source de chaleur
Temperature Exterieure
gamme : -40.0 à +60.0°C
resolution : 0,1°C precision absolue +-0,5°C
capteur LM335 en contact
direct avec air ambiant, delivre 10mV /°K,
situé à 1,50M du sol ,
situé à l'exterieur de l'appartement , à l'abri du
soleil et du vent
Temperature Interne ACCUMULATEUR
gamme : 0.0 à 400.0°C
resolution : 0,25°C precision absolue +-1°C
capteur : sonde PT100 à
0°C delta ~38 ohms/100°C
montage en pont de wheastone + Ampli FET OP177 pour obtenir 50mV à
0°C ,
1650mV à 400°C (delta de 1600mV)
situé à l'interieur de l'accumulateur, au contact des
briques refractaires sous la couche isolante roche de
verre.
nota: liaison 2 fils => la plus courte possible!
Mesure TEST
L'usage du multiplexeur 4 vers 1 laisse
une entree ANA suplementaire
Celle-ci sert donc de test ETALONNAGE via réf tension de
4,000V
et aussi ,au travers du contact Jour/Nuit fournit par
EDF, d'informer
le programme simplement en testant la valeur TEST si >
2048 points = NUIT
Horodatage
Pour pouvoir etre synchronisé aux conditions
journalieres et horaires
usage d' un RTC DS1302 Horloge
calendrier, BDT à quartz 32.768Khz,
sauvegarde horodatage par pile lithium Duracell 2032 de
3V.
Les données sont horodatées à la seconde pres.
Interface OPERATEUR
Version RS232 , Dialogue avec PC
Via ligne com1 RS232 et TERMINAL.EXE
Permet la mise à l'heure et date du RTC (ex: si
changement de pile!)
Choix de la mesure à afficher
Permet les reglages des parametres "simili PID"
de la regulation
Permet la gestion ACTIVATION hebdomadaire et journaliere
Permet la capture de toutes les mesures
(Historique,reglage...)
Permet la récuperation des
bilans et RAZ
Source de cette version : 628reg07_RS232_23fev03.asm
Passage de commandes : via clavier du PC
commandes R, I, E, A, P,
ESC,M,9753186420
- ;==========================================================
16F628 NOIR 628reg07.asm
23Fev2003
ADC Max187
LM35DZ 10mV/0C PT100 1600mV pour 4000C
Dallas DS1302 RTC
RS232 4800,8,N,1
Menu: <M>aj RTC <H>eure <A>mbiant
<E>xter a<C>cumul <T>est <P>res
203>/03/27 19:37:41
203>/03/27 19:37:42
A
T0ambi= 20,20C
T0ambi= 20,20C
E
T0exte= 20,40C
C
T0accu= 400,20C
T0accu= 400,20C
T
Tst/JN= 100,7mV
Tst/JN= 100,7mV
P
ADC Max187
LM35DZ 10mV/0C PT100 1600mV pour 4000C
Dallas DS1302 RTC
RS232 4800,8,N,1
Menu: <M>aj RTC <H>eure
<A>mbiant <E>xter a<C>cumul
<T>est <P>res
203>/03/27 19:38:02
M
Modif RTC <ESC>
AMJHM
+ 97531
- 86420
Cde=0
203>/03/27 19:00:18
Cde=1
203>/03/27 19:01:18
;==========================================================
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Version autonome
(sans liaison au PC) :
AFFICHAGE :
affichage sur LCD 2 lignes de 16
carateres
XIAMEN GDM1602A (compatible Hitachi 44780)
rétro-eclairé en permanence!
sous programme gestion LCD : Lcd4c.inc
Affichage PERMANENT date et heure sur 1ere ligne LCD
La 2em Ligne affiche , au choix, une des 3 (+1) mesures
ou
Les reglage des consignes T°Amb ou T°Accumulateur,
Réactualisation affichage toutes les 4 secondes.
DIALOGUE :
Via Telecommande "codage Philips" RC5 Infra
Rouge
capteur infrarouge avec filtre actif et décodeur : TSOP1736
(porteuse à 36Khz)
Le programme est en "polling" sur entrée Rb0 ,
état haut (sans signal) du capteur IR
IMPORTANT : il faut filtrer l'alim de ce capteur ,mais
attention Rmaxi<100 ohms (C=6.8µF)
testé OK avec telecommande MARANTZ RC5200SR
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Gestion du
programme
PROGRAMME PRINCIPAL :
derniere MAJ: 28/12/2006
Source
asm datas/628regul.ASM
Listing datas/628regul.LST
Chargeable datas/628regul.HEX
Ordinogrammes
mise sous tension:
initialisation diverses en interne puis affichage de :
Date et heure en 1ere ligne LCD
et en 2 em ligne, succesivement :
REGULATION ACCUM
PIC16F628-04 Rouge
628reg09 nov 03
T.Amb = 23,2dC
puis passage en attente reception commande IR.
Raffraichissement affichage toutes les 4 secondes.
partie Infra Rouge
:
fichier source gestion infra-rouge : IR_RC5.INC
Le timer0 est utilisé pour Calibrer la largeur d'
impulsion IR à recevoir , afin de determiner
ensuite le codage de la touche appuyée.
Le test de l'entrée I.R se fait en BOUCLE DE
FOND.
le Timer1 permet de gérer le cadencement d'interruption
de (65000µS*8) toutes les 0,5sec.
Le traitement dure moins de 50µS, donc perturbe peut
l'aspect TEMPS REEL.
(D'autant plus que la Dateet l'heure sont gérées part
le circuit RTC DS1302 !)
Apres 8 interruptions, donc 4 secondes,un drapeau est
levé : Mesures eligibles !
La boucle IR est alors déroutée pour REALISER les 4
mesures analogiques
et la partie regulation.(Mestemp5.inc)
On reboucle ensuite sur le pooling IR en passant par le
rafraichissement
de l'Horodatage 1ere ligne LCD et la 2em ligne LCD
affiche le contenu désigné par l'index en cours.
La navigation via touche Gauche
et Droite permet de modifier un index.
(MENU)
Cet index varie de 0 à 7 et permet l'affichage en 2em
ligne LCD de :
0 Presentation
1 Temperature Accumulateur
2 Temperature Ambiante
3 Temperature Exterieure
4 Test et JN
5 Consigne Temp Ambiante
sous mode avec tuche UP et DOWN
pour incrementer/decrementer la consigne par pas de
0,1°C
6 Consigne Mini Accumulateur
sous mode avec touche UP et DOWN
pour incrementer/decrementer la consigne par pas de 5°C
7 Mise à Jour Horloge temps reel : MAJ RTC
Dans ce mode spécial , il
n'y a plus d'acquisition MESURES, car
interruptions inhibées.
avec un sous mode pour reglage
Sortie de ce mode via touche OK et
retour avec index=0
Ce réglage est necessaire à la 1ere mise en service
ou pour le changement de pile.
|
An
|
Mo
|
Jo
|
He
|
Mi
|
+
|
9
|
7
|
5
|
3
|
1
|
-
|
6
|
5
|
4
|
2
|
0
|
Platine alimentation 12V
& 5V et relais de commandes :
Photo de la version fonctionelle réalisée sur circuits
imprimés :
Mise en Boitier
Interconnexions des éléments
Problemes techniques
rencontrés :
pas forcement dans l'ordre chrono!
28/12/06
Bug sur mesure de temp exterieure Filtree negative
..=> traitement des datas en mV par rapport à 2330mV
= -40°C au lieu du zero 2730mV, puis affichage - en
fonction polarité résultat
Rajout hysteresis de 1°C sur activation relais de
chauffage sinon battements.... |
| L'afficheur LCD s'eclaire, aucun message
n'apparait..Sur le curseur du potar contraste, la tension
varie bien de 0 à 5V suivant le reglage ,mais au niveau
du LCD il y a toujours 5V! Ressertissage fil sur le
connecteur LCD => OK |
| test liaison I.R
ne fonctionne pas ... La resistance du circuit RC de
filtrage alim 5V doit IMPERATIVEMENT etre inferieure à
82 ohms ,sinon le TOP1736 fonctionne mal ,trop de chute
de tension, il lui faut >= 4,9V d'alimentation mini! |
| Apres montage sur
platine C.I.,l'horloge ne progresse pas au rythme des
secondes, bien qu' il soit possible de la mettre à
l'heure : le quartz 32khz (neuf) n'oscille pas..pris (son
frere!) celui du montage prototype => OK |
Impossible de
régler la gamme de mesure Pt100 , on doit avoir 50mV
pour 100 ohms et 1650mV pour 250 ohms:, car oublié de
monter la r=27K entre : entree + de l'ampli OP et masse.
nota: L'AD820 peut etre remplacé par un OP177
plus cher mais plus precis.. |
| Cramé circuit
ZRT040 sur mon proto par fausse manip => montage d'un LC40CV
regulateur low dropout => Maj schema |
| Petite erreurs de circuit imprimé ..
rectification lame de rasoir ! => correction version
Typon |
Plus de RAM dispo dans le PIC16F628 en bank0 =>
usage RAM en bank1 ..OK ... mais c'est un peu galère !
les traitements arithmetiques 16 bits sont regroupés et
les variables sont regroupées aussi en bank1 pour eviter
les SWAP de bank incessants et erreur possible (de
programmation).
Un PIC16F876 ou 877 serait plus confortable. |
Fonctionnement erratique sortie
RA4, RB3 OK ,meme traitement,meme interface:
Sortance RA4 differente de
RB3=> remplacement transistor interface 2N1613 et
R=2,7K par BC108 (gain hfe plus grand!) et R=10K |
Le transfo 230V / 9V 1A chauffe
beaucoup ??? marque TANDY..PB 60HZ USA ?
227V au primaire ,10V au
secondaire. Consommation sur 12V => < 70mA avec les
2 relais collés..
circuit 5V consomme 120mA (avec retroeclairage LCD) |
| 21 mai 2005 ICPROG 1.05D sous XP .. impossible de
programmer un 16F84 voir ICPROG_sous_windows_XP.doc |
| |
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Version PIC16F88
MESURES & REGULATION
Utilise le meme HARDWARE
:
sur la platine circuit imprimé
microcontroleur
simple remplacement du PIC16F628 par 16F88 pin
a pin compatible (16F88 Pinout)
sur la platine relais:
L'entree ANA "TEST JN" n'est plus utilisée
..disponible !
Rajout du circuit RC manquant sur le contact Relais ventilo 100ohms+22nF attention C en version X2
autocicatrisant
Detail interconnexions des modules
Mesures
-La mesure TAccu est au 1/10em de °C.
-Les Mesures T°AMb et T°Exter sont aussi au 1/10em de degres
du fait de l'usage d'un ADC 12 bits et non de l'ADC 10bits du
16F88
-La routine MesTemp est effectuée chaque seconde, sauf si on est
dans le mode MAJ RTC qui doit rester
un mode exeptionnel et rare.
-L'heure temps reel est INDEPENDANTE, puisque assuree par le
circuit DS1302.
-Toutes les 10 mesures , calcul de la mesure T.Amb Filtree, et
T°Exterieure Filtree, soit toutes les 20secondes .
-La regulation se fait avec les mesures Filtrees pour T.Ambiante
et T° Exterieure
-On utilise la somme des 10 mesures pour afficher cette somme en
deplacant la virgule sur la gauche
de facon à indique une mesure au 1/100em de degre! sans calcul
compliqués !
-La regulation se fait sur la mesure au fil de l'eau pour la
T.Accumulateur
-La Mesure T.Accu est comparée à la Consigne Finale TAccu =>
active/desactive le Relais Chauffage Accus.
rajout Hysteresis de +- 2°C sur action relais accu .
Software
source asm (rev Janv 2011) Regul_16F88 en 100%
ASM
chargeur REGUL_16F88_M5.HEX
Algorithme :
Une charge de 100% suppose la consigne maxi 430°C à atteindre
et à maintenir pendant la duree maxi de chauffage
en mode NUIT... voir plus, si les conditions de T°Exterieure
l'exige.
Il faut Anticiper la demande de charge en
fonction de la demande en T°Ambiante et de la tendance de
la T° Exterieure .Ne Pas trop charger si la temperature Ext
augmente rapidement, et chauffer AVANT un refroidissement
trop important et se retrouver avec un accu Degonflé.
La mesure T.Exterieure Filtree est moyennée sur 10 mesures, soit
toutes les 20 secondes.
Temperature accumulateur :
- Demande fonction de la temperature Exterieure (exprimée en
1/100em de øC)
(15.00øc - Temp Exter)*2 donc => delta de 1°C => 20.0øC
sur consigne Accu
Reaction tres rapide avec l'exterieur => EFFET ANTICIPATION ,
simili action derivée !
Attention: si Delta Negatif
=> pas de chauffage
- demande fonction de la temperature INTERIEURE
( ecart M-C Temp ambiante)*4 donc => delta de 1øC =>
40.0øCsur consigne Accu
Attention: si Delta Negatif
=> pas de chauffage
attention Temp Accu au 1/10em de degre et non pas au 1/100e
adaptation de consigne suivant JOUR NUIT
- de JOUR consigne Chauffage sur le Minima de consigneTemp Accu
ex: 100øC
- de NUIT consigne chauffage Adaptee suivant les conditions Tø
Externe et Tø ambiante
La consigne finale ACCUMULATEUR effective est LIMITEE dans tous
les cas , à 430°C
Hysteresis passée de +-1 à +-2°C sur chauffage
accumulateur pour eviter des battements relais.
La sortie vers RS232 sur PC
serait utile pour EVALUER ,AFFINER l'algorithme.
Temperature Ambiante :
Fonction Economie d'Energie:
Rajout de la modulation de consigne : La consigne Temperature
Ambiante depend de l'heure de la journée ,
elle
évoulue de +0 à +3°C en fonction de l'heure
Si Mesure Filtree T.Amb < Consigne TAmb Adaptee=> active le
Relais Ventilos pour envoyer les calories dans la piece.
Rajout d'une hysteresis de +- 0,2°C sur la ConsTAmbAdap pour
eviter les battements autour du point de consigne
Toujours en usage ...
 |
 |
| Boitier REGULateur en service ! |
Gain en energie > 2000 KWH/AN soit environ
30% uniquement sur la partie chauffage . |
BILAN :
Je suis ma consommation EDF depuis plus de 20
ans ,
Apres avoir divisé par 2 ma consommation energetique en 1990 via
le remplacement de tous les fenetres en vitrages simples par du
double vitrage
Je me suis attaqué au plus gros consommateur d'energie de mon
appartement : L'accumulateur (Chauffage à accumulation)
car ,initialement l'accumulateur etait en charge pratiquement 8H
/jour ,voir plus.
et en service de mi-octobre à mi-Avril => 4Kw x 8h x 6mois
x30j = 5760 kWh. Je suis sur de la periode car c'est AVEC ou SANS
les fusibles!
Depuis la mise ne place du regulateur Accumulateur (de 4KW) en
2006 , ma consommation a baissé de plus de 30%
en 2010 et 2011, surtout via l'algorythme predictif en fonction
de la temperature exterieure.Avant il m'arrivait de surchauffer
à 24°C
en debut de printemps, maintenant des qu'il y a un radoucicement
, la charge ACCU baisse = Economie.
Je ne pense pas que le gain energetique soit uniquement lié au
rechauffement de la planete.
Problemes
techniques rencontrés :
pas forcement dans l'ordre chrono!
Probleme adaptation 16F628 -> 16F88
car le mapping des
registres est different
-Gestion des E/S et registre ANSEL
-Gestion E/S et registre CMCOM
-gestion EEPROM : registre bank differentes |
| Gestion OBLIGATOIRE de PCLATH 3 pour
l'usage de la page programme 2 , adresse > 0x7FF |
Gestion I.R. pour MAJ RTC difficelement
maitrisable si apériodique par rapport à Timer1
donc gestion speciale en pooling 100% |
Probleme Aleatoire : Blocage de la mise
à jour RTC , donc de l'heure
du à un parasite generé par l'activation des
Ventilateurs (relais ventilo) !
Perte de temps coté software..pour rien ! Le circuit RC
etait bien prevu sur le schema mais non installé sur la
platine interface relais..Apres rajout du circuit RC
..100 ohms+22nF X2 ....OK
nota : RC bien installé sur le relais Chauffe
Accumulateur! |
24 mars 2010 Bug avec Temp exter=20°c
pour seuil 15°c , suite à un rechauffement soudain de
+10°C en 8H00 en janvier...PB Overflow ecart negatif
=> consigne 430°C
Modif traitement : si correction adaptative negative
=> coupe le chauffage , ne reactualise pas
l'autoadaptation de la consigne ConsTAccu. |
| |
Evolutions possibles:
- Passage au 18Fxxxx avec un bootloader
,pour pouvoir modifier en ligne et faire evoluer l' appli en C18.
- Emetteur UHF ou module bluetooth sur sortie RS232 pour
recuperer les datas sur PC ..
- stockage intemediaire des datas en EEPROM.. pour bilan
- Usage de modeles predictifs , courbe d'anticipation
temperatures exterieure...
- Optimisation des contraintes Jour/nuit ,
cout , confort
-sujet sans fond, inepuisable ...bon, on a pas que ça à faire!
pour moi il est CLOS.
- Systeme Aveugle , mais communiquant avec Tablette ARCHOS
! en WIFI ou via
-Liaison Zigbee bi-directionelle remplacant l'interface de
dialogue IR et LCD
:
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contact:
paul
