Projekt 28: Grill-Prototyp

Um die Regelung eines Holzpelletgrills zu ermöglichen, wurde die Aufgabe gestellt, einen vorhanden Regelbaustein zu miniaturisieren. Dieser soll in der Lage sein, die verschiedenen Aktuatoren des Holzpelletgrills anzusteuern, sowie Sensoren auszulesen. Außerdem soll eine Ein- und Ausgabe realisiert werden. Als Vorbild gilt hier der vorhandene Regelbaustein, der als erster Prototyp relativ fehleranfällig ist. Das Ziel dieses Projekts war es also, die vorhandenen Schaltungen zu optimieren, diese als Platine zu entwickeln und herzustellen, und das System in einem geeigneten Gehäuse unterzubringen.

Die Ausgangssituation

Prototyp des Regelbausteins

Der Regelbaustein, der als erster Prototyp fungiert, wurde provisorisch aufgebaut. Die Spannungsversorgung wurde durch ein externes Schaltnetzteil realisiert. Die elektronischen Bauteile wurden auf Lochrasterplatinen eingelötet und teilweise durch Kabel verbunden. Durch eine Relaisschaltung ist dieser Regelbaustein in der Lage, den Glühstab und den Pelletschneckenmotor anzusteuern. Außerdem ist es möglich, den Lüfter des Grills über ein Arduino-Motorshield zu regeln. Das Auslesen des Raumtemperatursensors, sowie des Kerntemperatursensors erfolgt über eine Brückenschaltung. Die Ausgabe wird über ein vierfaches Siebensegmentdisplay gelöst, die Eingabe über ein Tastenfeld mit vier Drucktaster.

Diese Lösung stellte sich als fehleranfällig heraus, sodass für den neuen Baustein Platinen entworfen und gefertigt werden müssen. Der Schaltplan konnte jedoch übernommen werden, da alle gewünschten Funktionen bereits realisiert sind.

Entwicklung der Netzteilschaltung

Prototyp des Regelbausteins

Um den neuen Regelbaustein mit Spannung und Strom zu versorgen, muss eine Netzteilschaltung entwickelt werden. Das Netzteil soll eine stabilisierte Gleichspannung von $U=12V$ und einen maximale Stromstärke von $I=1,5A$ liefern.

Die Netzspannung wird zunächst mit einem Transformator umgewandelt. Der gewählte 2x9V Transformator wird in Reihe geschaltet, sodass seine Ausgangsspannung $U = 18V AC$ beträgt. Die Spannung wird nun durch einen Brückengleichrichter B80C1500 gleichgerichtet, sodass sich eine Ausgangsspannung von $U_{eff}=25.5 V$ ergibt. Diese Spannung muss mindestens 3V(besser mehr) höher liegen, als die Ausgangsspannung des Netzteils, da der verwendete Festspannungsregler 7812 ansonsten keine stabilie Spannung liefern kann.

Da zwischen den gleichgerichteten Halbwellen die Spannung abfällt, muss der Spannungsverlauf geglättet werden. Dafür verwendet man jeweils einen Elko-Kondensator vor und hinter dem Festspannungsregler in Parallelschaltung. Die Dimensionierung des Elko-Kondensators nach dem Festspannungsregler erfolgt nach folgender Regel:

$C=I \cdot {\Delta{}t \over \Delta{}U}$

Die Größen $\Delta{}t$ steht für die vergangene Zeit zwischen zwei Halbwellen, die Größe $\Delta{}U$ für die Spannungsänderung, mit der der Festspannungsregler noch eine Ausgangsspannung stabilisieren kann. Bei der Dimensionierung gilt jedoch die Regel "je größer, desto stabiler", sodass man den Elko-Kondensator nach Belieben höher dimensionieren kann, als errechnet.

Der Elko-Kondensator vor dem Festspannungsregler sollte im Verhältnis 1/10 zum Kondensator hinter dem Festspannungsregler gewählt werden.