Thermocontrol für Absorberkühlschränke: Unterschied zwischen den Versionen
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Das Ergebnis des Fachpraktikums ist eine smarte Ablufttemperatursteuerung für den Einsatz mit Absorberkühlschränken. <br> Bei steigenden Temperaturen erhöht sich die Drehzahl der Lüfter,gemäß Abbildung X, sodass eine optimale Arbeitstemperatur des Absorberkühlschrankes gewährleistet werden kann. Ebenfalls wurde eine optische Kontrolle mittels einer RGB-LED umgesetzt, sowie eine akustische Ausgabe über einen Piezo-Speaker.<br> Durch das Display, welcher im realen Verbau im Innenraum vorzufinden wäre, ermöglicht die Thermocontrol dem Anwender, durch die Ausgabe der Temperaturen und der Lüfter Drehzahlen, ein sicheres Gefühl zu haben, dass der Kühlschrank optimale Kühlleistungen erbringen kann. <br> | Das Ergebnis des Fachpraktikums ist eine smarte Ablufttemperatursteuerung für den Einsatz mit Absorberkühlschränken. <br> Bei steigenden Temperaturen erhöht sich die Drehzahl der Lüfter,gemäß Abbildung X, sodass eine optimale Arbeitstemperatur des Absorberkühlschrankes gewährleistet werden kann. Ebenfalls wurde eine optische Kontrolle mittels einer RGB-LED umgesetzt, sowie eine akustische Ausgabe über einen Piezo-Speaker.<br> Durch das Display, welcher im realen Verbau im Innenraum vorzufinden wäre, ermöglicht die Thermocontrol dem Anwender, durch die Ausgabe der Temperaturen und der Lüfter Drehzahlen, ein sicheres Gefühl zu haben, dass der Kühlschrank optimale Kühlleistungen erbringen kann. <br> | ||
Das Problem gerade in warmen Urlaubsregionen von einem kühlen Getränk zu Träumen fällt von nun an weg und der Traum wird zur Realität! | Das Problem gerade in warmen Urlaubsregionen von einem kühlen Getränk zu Träumen fällt von nun an weg und der Traum wird zur Realität! | ||
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Version vom 11. Januar 2022, 08:46 Uhr
Autoren: Nicolas-Pascal Kosellek & Hendrik Schlemmer
Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Mirek Göbel & Prof. Dr.-Ing. Ulrich Schneider
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Einleitung
Da die Kühlleistung von Absorberkühlschränken stark von der Umgebungstemperatur an den Kühlrippen abhängt, ist es von Vorteil, diese über Temperatursensoren zu überwachen und aktiv in einem Temperaturfenster zuhalten. Gerade im Wohnmobilbereich sind diese Kühlschränke häufig serienmäßig verbaut, sodass hier oft das Problem eines Hitzestaus im Abluftbereich entsteht. Dies wirkt sich negativ auf die Kühlleistung des Absorberkühlschrankes aus. Erhöhte Außentemperaturen, wie sie in südlichen Urlaubsregionen auftreten, verschärfen die Problematik. Außentemperaturen im Bereich der Frostgrenze erschweren wiederum das Erreichen des optimalen Temperaturfensters.
Anforderungen
MUSS-Anforderungen
• Messung der Außentemperatur
• Messung der Kühlrippentemperatur
• Ansteuerung der Lüftungsklappen mittels eines Servomotors
• Regelung der Lüfterdrehzahl
• Ausgabe der Sensorwerte auf einem Display
• Stromversorgung über 12V-Boardspannung
• Notstellung der Lüftungsgitter
KANN-Anforderungen:
• USV-Versorgung zur Notsteuerung bei Ausfall der 12V-Boardspannung
Funktionaler Systementwurf/Technischer Systementwurf
Die Regelung des Temperaturfensters wird realisiert über eine zusammenhängende Steuerung der Luftauslassklappe in Verbindung mit zwei parallel laufenden Lüftern zur Erzeugung eines optimierten Abluftstroms.
Für die Steuerung des Lüftungsgitters wird ein Servomotor benötigt, welcher die Luftzufuhr regelt. Die zwei vorhandenen Temperatursensoren messen die Temperatur oberhalb der Kühlrippen und die Außentemperatur. Die Erzeugung des Abluftstroms erfolgt über zwei, in der Drehzahl regelbare Lüfter. Die Regelung der Lüfterdrehzahl wird durch den Arduino zum Erhalt der Temperatur, im optimalen Arbeitsbereich, gesteuert.
Die aktuellen Temperaturen, Lüfterdrehzahl und der Öffnungsgrad des Lüftungsgitters werden für den Benutzer sichtbar auf einem LCD-Display ausgegeben. Sollten Fehler in der Regelung oder beim Verstellen des Lüftungsgitters auftreten, wird der Benutzer durch einen Signalton gewarnt und eine Notstellung angefahren.
Die Thermocontrol wird durch ein geschaltetes Plus-Signal vom Kühlschrank mit Spannung versorgt und beginnt die Regelung automatisiert.
Komponentenspezifikation
| Komponente | Beschreibung | Abbildung |
|---|---|---|
| Arduino UNO | Microcontroller 14 digitale I/O Pins 6 analoge Eingänge |
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| LCD-Display | I2C-Verbindung 16x2 Pixel Auflösung Hintergrundbeleuchtung |
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| 2x PWM-Lüfter | be Quiet! Gehäuse Lüfter Pure Wings 2 120mm Durchmesser 12V / 2,4W Dienen zur Erzeugung eines Abluftstromes zur Abführung der Wärme |
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| 2x Ein/Aus Schalter | Zwei Schaltzustände Dient zum Umschalten zwischen verschiedenen Modis |
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| Potentiometer | 10kOhm Potentiometer Dient zur Simulation der Lamellentemperatur |
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| Ultraschallsensor | Misst den Abstand zu einem beliebigen Objekt Dient zur Erkennung der Abdeckung |
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| RGB-LED | 4-Pin RGB LED (ROT/GRÜN/BLAU) Dient zur Darstellung des Systemzustandes |
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| 1-Kanal Relais Modul | Max. 10A / 30VDC Dient zur Spannungsfreigabe der Lüfter |
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| Piezo-Speaker | 4-Pin RGB LED Dient zur Ausgabe eines Signaltons |
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Umsetzung (HW/SW)
Komponententest
Die verwendeten Komponenten wie zum Beispiel die Lüfter oder das Drehpotenziometer wurden vor der Integration in das System getestet. Dies erfolgte über das Schreiben kleiner Testprogramme, indem die fehlerfreie Funktion erkannt werden konnte.
Folgende Testprogramme wurden angelegt und erfolgreich getestet:
- LCD_Display.ino
- Potentiometer.ino
- PWM_Auswertung.ino
- Ultraschall.ino
Unter folgendem Link [SVN-Link SVN] sind die Beispielprogramme vorhanden.
Ergebnis
Das Ergebnis des Fachpraktikums ist eine smarte Ablufttemperatursteuerung für den Einsatz mit Absorberkühlschränken.
Bei steigenden Temperaturen erhöht sich die Drehzahl der Lüfter,gemäß Abbildung X, sodass eine optimale Arbeitstemperatur des Absorberkühlschrankes gewährleistet werden kann. Ebenfalls wurde eine optische Kontrolle mittels einer RGB-LED umgesetzt, sowie eine akustische Ausgabe über einen Piezo-Speaker.
Durch das Display, welcher im realen Verbau im Innenraum vorzufinden wäre, ermöglicht die Thermocontrol dem Anwender, durch die Ausgabe der Temperaturen und der Lüfter Drehzahlen, ein sicheres Gefühl zu haben, dass der Kühlschrank optimale Kühlleistungen erbringen kann.
Das Problem gerade in warmen Urlaubsregionen von einem kühlen Getränk zu Träumen fällt von nun an weg und der Traum wird zur Realität!
Zusammenfassung
Lessons Learned
Projektunterlagen
Projektplan
Zu Beginn des Projektes wurde folgender Projektplan festgelegt. Die jeweiligen Aufgaben innerhalb des Projektes wurde gemäß dem Projektplan ausgeführt und abgearbeitet.
Projektdurchführung
Zu Beginn des Projektes zur Erstellung einer Thermocontrol, wurde Überlegungen angestellt, wie der Systemaufbau zu gestalten ist. Ebenfalls wurde in diesem Arbeitsschritt auch die notwendigen Bauteile definiert.
Durch den zuvor getätigten Kauf der Funduino-Arduino Box, war nur die Beschaffung der Lüfter und eines Potentiometer notwendig. Im ersten Versuchsaufbau, wurden Lüfter ohne interne PWM-Steuerung verwendet, sodass ebenfalls eine Transistorschaltung notwendig war. Aufgrund der Möglichkeit zur Verwendung von PWM gesteuerten Lüftern wurde die Schaltung im Laufe des Projektes ersetzt. Dieser Austausch hatte aber keine weiteren Auswirkungen auf den Projektaufbau. Weiter ausgeführt ist dieser Punkt in "Lessons Learned".
Zeitgleich wurde mit dem Hardware-Aufbau und des Fertigung des Demo-Ständers begonnen.
Abschließend konnte das Gesamtsystem aufgebaut werden und erfolgreich getestet werden.
YouTube Video
Im nachfolgenden Video ist das Projektergebnis darstellt:
Weblinks
Literatur
→ zurück zur Übersicht: WS 21/22: Angewandte Elektrotechnik (BSE)