Digitální teploměr se schématem dálkového čidla. Jednoduchý digitální teploměr

Přístroje, které měří teplotu vzduchu, jsou na trhu prezentovány v několika variantách. Nejčastěji výrobci vyrábějí teploměry se skleněnou baňkou (trubičkou) naplněnou alkoholovou kapalinou. Existují pružinové modely založené na kovové nebo bimetalové pásce, mají velké odchylky v odečtech. V poslední době se staly velmi populární elektronické analogy, jejichž design zahrnuje senzor připojený k hlavnímu zařízení drátem. Jedná se o tzv. elektronický teploměr s dálkovým čidlem. V rámci dnešní recenze se pokusíme pochopit princip jeho fungování, jeho konstrukční vlastnosti a také vám řekneme, kde a jak jej lze použít. Řekněme hned, že zvážíme variantu pro domácnost, protože průmysl používá poměrně širokou škálu takových zařízení, která měří teplotu různých médií (voda, technické kapaliny, plyny a dokonce i půda).

Konstrukce a princip činnosti elektronického digitálního teploměru s dálkovým čidlem

Jeho hlavním účelem je měřit vzduch venku a uvnitř domu. Jako doplněk může být zařízení vybaveno dalšími funkcemi: detekcí vzduchu a barometrem ukazujícím atmosférický tlak.

Teploměr se skládá ze dvou bloků:

Hlavní je umístěn uvnitř. Má displej na panelu, který zobrazuje hodnoty teploty buď ve stupních Celsia (°C) nebo ve stupních Fahrenheita (°F). Má vestavěný teplotní senzor, který měří teplotu uvnitř místnosti.
Druhým je stejný dálkový senzor, který je instalován na ulici.

Princip činnosti senzoru je založen na Seebeckově jevu. Čili čistě konstrukčně jde o obyčejný termočlánek, ve kterém dvě desky reagují na rozdíl elektrických potenciálů. Ty reagují na změny teploty. Takto se odečítají údaje a přenášejí je do hlavní jednotky.

Vzhledem k tomu, že dálkové čidlo teploty je instalováno venku, je vystaveno poměrně vážnému přirozenému zatížení. Všichni výrobci proto věnují utěsnění těla zařízení velkou pozornost. Nebojí se srážek, větru a prachu ani slunečních paprsků. Zároveň perfektně funguje jak při velmi nízkých teplotách (-40°C), tak při docela vysokých teplotách (až +65°C). To znamená, že měřič teploty je přizpůsoben ruským provozním podmínkám.

Specifikace

Hlavní charakteristikou elektronického teploměru je rozsah měřených teplot. Čím větší, tím lepší. Je velmi důležité vybrat zařízení s ohledem na chybu měření. Tento ukazatel však závisí především na vlhkosti vzduchu, která se měří teplotou.

Pozornost! Použití elektronických teploměrů s dálkovým čidlem při vlhkosti vzduchu nad 80 % je nepřípustné. Pro vany se používají senzory ve speciálních utěsněných pouzdrech (kovových nebo plastových).

Chyba měření bude také záviset na rozsahu měřených teplot. Výrobci zároveň musí tuto závislost uvést v produktovém listu. Pokud je například teplota měřena od -60°C do -40°C, bude chyba přístroje v rozmezí 5°. Totéž se stane, pokud je teplota měřena v rozmezí +120°C až +150°C. Nejnižší chyba nastane při teplotním limitu +1°C až +99°C. Nepřekročí 2°.

Jak správně používat teploměr

Nejprve se musíte rozhodnout, kam instalovat měřič teploty. To platí zejména pro snímač. Optimálně - venku, ale ne na slunné straně. Dá se připevnit na zeď, zavěsit na strom. Hlavní věc je, že drát je dostatečně dlouhý. V tomto případě může být hlavní jednotka instalována uvnitř blízko nebo na jakémkoli jiném místě. Opět, pokud je drát dostatečně dlouhý.

Pro položení drátu je v rámu okna vytvořen otvor o malém průměru, kterým drát prochází. Některé modely snímače jsou vybaveny plastovými přísavkami, pomocí kterých je možné jej připevnit na rám nebo na rám.

Pokud jde o vnitřní jednotku, může se jednat o nástěnnou, stolní, univerzální nebo přenosnou verzi. Poslední jmenované jsou designy ne větší než mobilní telefon, který můžete nosit v kapse. Je pravda, že takové modely jsou považovány za bezdrátové. Jejich akční rádius není větší než 60 m, i když to je pro domácnost vždy dost.

Typy elektronických teploměrů s dálkovým čidlem

Dnes výrobci nabízejí dva modely: drátové a bezdrátové. První jsou dva bloky navzájem propojené drátem, kterým senzor přenáší informace do hlavního prvku. Délka drátu se pohybuje od 1 do 3 m. V bezdrátovém modelu tedy nejsou bloky ničím propojeny, pouze bezdrátovým přenosem signálů. Dálkový senzor u kabelových modelů je napájen elektřinou ze sítě 220 V, stejně jako hlavní zařízení. Proud protéká kabelem spojujícím dva bloky. U bezdrátového modelu je napájení dodáváno z jedné nebo dvou baterií nainstalovaných v těle samotného senzoru.

Digitální teploměry s čidlem nejsou nutně zařízení, která měří venkovní teplotu. Lze je použít pro ledničky, pro. V prvním případě je hlavní jednotka instalována na těle chladničky zvenčí, snímač je umístěn uvnitř. Mimochodem, právě tyto úpravy jsou nejčastěji vybaveny přísavkami. To platí jak pro hlavní jednotku, tak pro teplotní čidlo.

Elektronický teploměr s dálkovým senzorem do vany

Obvykle je měřič instalován uvnitř parní místnosti a hlavní jednotka je instalována v šatně nebo v relaxační místnosti. Dodejme, že taková zařízení jsou navíc vybavena vlhkoměrem, který ukazuje vlhkost uvnitř parní komory. To je velmi důležitý ukazatel zejména u ruských a finských lázní, kde je nutné přesně dodržovat vlhkostní režim.

Je třeba dodat, že měřič teploty s dálkovým senzorem pro vany je zařízení, které má oproti jiným úpravám určité výhody:

může odolat poměrně vysokým teplotám;
stejně jako jejich rozdíly;
vysoká vlhkost pro něj není problém;
pevnostní charakteristiky na nejvyšší úrovni;
při vystavení vysokým teplotám se tělo teplotního senzoru nezahřívá, takže kontakt s ním nezpůsobuje popáleniny na kůži;
chyby indikace jsou minimální (ne více než 0,5°C).

Co se týče modelové řady teploměrů pro, je zde poměrně široká škála. Liší se od sebe především doplňkovými možnostmi. Existují například zařízení, která zvukovým signálem upozorní na dosažení požadované teploty. Existují modely, ve kterých lze k hlavní jednotce připojit tři senzory najednou. Týkají se bezdrátových zařízení. Přenos informací nepřesahuje 40 m, což je v lázeňském domě dost i se zájmem.

Pozornost! Elektronické digitální teploměry do koupelí lze používat při teplotách do +200°C.

Požadavky na instalaci:

instalační výška snímače teploty v parní místnosti je 1,5 m;
od zdroje tepelné energie, oken a musí být umístěn ve stejných vzdálenostech, aby ukazoval přesnou průměrnou teplotu;
Pokud jsou v parní místnosti instalovány tři senzory, pak jsou umístěny v různých výškách.

Teploměr do auta

Teploměr do auta s dálkovým senzorem je velmi pohodlné zařízení. Lze jej použít ke sledování teploty venku i uvnitř kabiny. Navíc se jedná o kompaktní zařízení, některé modifikace mají přísavky. Hlavní věc je správně nainstalovat snímač. Všechny potřebné spojovací prvky jsou součástí sady.

Krátký přehled automobilových venkovních elektronických teploměrů.

Modelka	Charakteristika	cena, rub.
	Tříjádrový displej: teplota, hodiny, kalendář. Jeden senzor. Drát mezi bloky je 3 m. Napájecí kabel – 2m. Zapínání na oboustrannou pásku nebo sponky.	4 200
	Měří teplotu od -50°C do +50°C. Kompaktní zařízení o rozměrech: 80x25x13 mm. Hmotnost – 50 g. Délka drátu – 3m. Dva senzory. Napájení: baterie. Upevnění – oboustranná lepicí páska.	750
	Rozsah měřených teplot: od -50°С do +70°С. Napájení: baterie. Paměť pro uložení indikátorů. Montáž – stěna. Rozměry: 70x98x22 mm.	970

Další možnosti pro venkovní elektronický teploměr

Kromě toho, že elektronický teploměr pro měření teploty vzduchu umí měřit i tlak, výrobci přidávají do zařízení některé funkce, které se pohodlně používají. Zde je jen několik z nich.

Informujte, že venku může být led. K tomu obvykle dochází, pokud je teplota mimo okno mezi -1°C a -3°C.
Způsob připojení k počítači přes USB port. Tímto způsobem můžete přijímat údaje o počasí přes internet, když jste mimo domov. Na počítači můžete shromažďovat, analyzovat informace a sestavovat zprávy.
Sbírejte informace o minimálních a maximálních hodnotách a ukládejte je do paměti teploměru.
Zařízení lze vybavit dalšími potřebnými zařízeními, jako jsou hodiny, kalendář, budík.
Zvukové signály od .

Je třeba poznamenat, že jakákoli další funkce je plusem k ceně teploměru. Proto se před nákupem musíte rozhodnout, co chcete v teploměru vidět, jaké funkce jsou pro vás osobně důležité.

Teploměry se sondou

Elektronické teploměry se sondou by měly být zařazeny do samostatné kategorie. V podstatě se jedná o stejný design, ve kterém je senzor ukrytý v kovovém kolíku zvaném sonda. Jedná se o domácí spotřebič, který měří teplotu vody nebo potravin. Jednoduše zapíchněte sondu do jakéhokoli produktu a na displeji zařízení se objeví čísla udávající teplotu uvnitř těla.

Čistě konstrukčně jsou teploměry tohoto typu rozděleny do dvou kategorií:

drátové,
bezdrátový.

První je, když jsou sonda (paprsky) a hlavní blok spojeny drátem. Druhý je, když je hlavní blok namontován na paprsku. Drátové modely se často používají, když potřebujete zkontrolovat teplotu jídla, které se uvnitř připravuje. V ostatních případech je lepší použít bezdrátová zařízení.

Teploměry s dálkovou sondou jsou vybaveny různými doplňkovými funkcemi. Například barevné indikace udávající stupeň připravenosti pokrmu, časovač, programátor umožňující volbu teploty vaření a zvukové upozornění.

Výhody elektronických teploměrů

Elektronické teploměry si získaly oblibu díky svým zjevným výhodám.

Přesnost měření.
Rychlé získání naměřených parametrů.
Možnost použití v extrémních provozních podmínkách.
Další funkce barometru a vlhkoměru.
Dlouhá životnost.

Recenze cenového rozpětí některých modelů

Než si koupíte elektronický venkovní teploměr s dálkovým senzorem, musíte se rozhodnout o jeho vlastnostech. Jak bylo uvedeno výše, čím více funkcí, tím vyšší cena.

Modelka	Vlastnosti zařízení	Cena, rub.
	Měření venkovní teploty od -50°С do +70°С. Měření vnitřní teploty od -10°C do +50°C. Chyba 0,1°. K dispozici je vlhkoměr, který měří vlhkost v rozmezí 10-99%. Chyba měření vlhkosti – 5 %. Délka drátu – 1,5m. Rozměry: 105x110x22 mm. Hmotnost 110 g.	1300

Dobrý den, přátelé!

Na této stránce vám povím o domácí výrobě elektronický teploměr. Toto zařízení je navrženo na míru teplota za oknem na ulici, mnou vyrobený v několika kopiích, z nichž každá funguje bezchybně.

Limity měření jsou omezeny zdola typem použitého senzoru na úrovni -40ºС, shora - hardwarovým obvodem a softwarem na úrovni +80ºС. Rozsah měření elektronického teploměru je tedy -40...80ºС. Přesnost měření teploty není horší než ±1ºС.

Tak jako senzor teploty Je použit snímač LM335Z vyrobený v pouzdře TO-92:

Tento senzor má 3 nohy, z nichž se ve skutečnosti používají pouze dvě: „+“ a „-“:

Snímač má charakteristiku téměř ideální zenerovy diody (stabilizátoru napětí), jejíž stabilizační napětí lineárně (přesněji téměř lineárně) závisí na teplotě samotného snímače. Nastavením libovolného proudu snímačem v rozsahu od 0,4 do 5 mA (např. jak je znázorněno na obrázku výše, pomocí rezistoru vhodné hodnoty) získáme napětí na snímači, které v desítkách mV představuje absolutní teplota (v Kelvinech):

Takže například při teplotě 0ºС = 273,15K bude v ideálním případě napětí na senzoru 2,7315V, při teplotě -40ºС = 233,15K na senzoru bude 2,3315V, při 100ºС = 373,15 na snímači bude 3,7315V.

Změřením napětí na senzoru jsme tedy schopni zjistit teplotu samotného senzoru.

základ elektronický teploměr je mikrokontrolér od společnosti Atmel ATtiny26. Tento mikrokontrolér je mikroobvod, jehož funkce lze změnit jeho přeprogramováním. Mikrokontrolér má několik programovatelných pinů, jejichž účel a funkce může určit konstruktér obvodu zařízení (tedy já sám) pomocí firmwaru zapsaného v mikrokontroléru. Kromě toho tento mikrokontrolér obsahuje řadu užitečných zařízení, včetně napětí analogově-digitálního převodníku (ADC).

ADC je zařízení určené k převodu vstupního analogového signálu (tj. nějaké aktuální hodnoty napětí na jedné z větví mikrokontroléru) na nějakou číselnou hodnotu, kterou pak lze použít ve firmwaru jako vstupní parametr. Rozlišení tohoto ADC je 10 bitů. To znamená, že uvnitř mikrokontroléru je výsledek převodu vstupního napětí reprezentován číslem v rozsahu od 0 do 1023 (0...1023, tj. celkem 1024 hodnot - to je přesně číslo 2 na síla 10).

Pro získání výsledku ADC se vstupní napětí porovnává s referenčním napětím generovaným zdrojem referenčního napětí (VS) vestavěným do mikrokontroléru. Podle popisu u tohoto mikrokontroléru jeho ION generuje napětí 2,56V, nicméně přípustný rozsah jeho odchylky od vzorku ke vzorku je 2,4 ... 2,9V. Typická hodnota je 2,7V. Pokud je tedy vstupní napětí = 2,7V, tedy rovno referenčnímu napětí, pak bude výsledek ADC roven 1023, pokud je vstupní napětí poloviční oproti referenčnímu napětí, tedy 1,35V, pak bude výsledek ADC roven polovina 1023, tj. 511. Pokud je vstupní napětí větší než referenční napětí, tj. více než 2,7 V, bude výsledek ADC stále roven 1023:

Od maximální teploty, pro kterou je určen Digitální teploměr, je 80ºС nebo 353,15K, a proto se napětí na senzoru bude v ideálním případě rovnat 3,5315V, což je větší než referenční napětí mikrokontroléru ADC (2,7V), budeme potřebovat dělič napětí ze senzoru, pro které používáme dva rezistory:

Nyní musíte vybrat hodnoty všech rezistorů. Zařízení je napájeno z nestabilizovaného zdroje, který využívá čínskou nabíječku mobilních telefonů:

Takové nabíječky mají poměrně velký rozptyl výstupních napětí, která (napětí) se navíc mohou při zatížení měnit (sag). Pro teploměry jsem vybral nabíječky, jejichž výstupní napětí naprázdno (tedy bez zátěže) je cca 5,2...5,8V. To již není možné, protože maximální maximální napájecí napětí mikrokontroléru ATtiny26 je 6V. Předpokládáme také, že při zatížení může výstupní napětí takového zdroje klesnout až na 4,5V.

Uvažujme dva omezující případy:

Napětí na senzoru je minimální (při teplotě senzoru -40ºС), napájecí napětí je maximální (pro pohodlí vezměme 6V):

Napětí na snímači je maximální (při teplotě snímače 80ºС), napájecí napětí je minimální (4,5V).

Je vidět, že s hodnotami rezistoru uvedenými na obrázcích výše je proud procházející senzorem v rozsahu 0,87...3,67 mA, což je v rámci přípustných limitů samotného senzoru (0,4...5 mA). Hodnoty napěťových děličů rezistorů ze snímače jsou voleny tak, aby jimi procházející proud neměl velký vliv na proud snímačem a zároveň aby jejich snížený odpor (což je v tomto případě cca 7 kOhm) je podstatně menší než vstupní odpor mikrokontroléru ADC (100 MOhm dle popisu mikrokontroléru).

Je také zřejmé, že v celém provozním rozsahu elektronický teploměr, napětí dodávané na vstup ADC se pohybuje v rozmezí 1,74...2,64V, což odpovídá výsledku ADC v rozmezí 660...1001. Pokud je tedy výsledek ADC menší než 660, můžeme mluvit o poruše snímače nebo zkratu. Pokud je výsledek ADC větší než 1001, můžeme hovořit o poruše čidla nebo jeho rozbití, protože při jeho rozbití bude dělič napětí na rezistorech 9,1 kOhm a 27 kOhm připojen téměř k napájecímu napětí (přes 1 kOhm rezistor).

Nyní uvažujme digitální indikátor. Používá čtyřmístný sedmisegmentový indikátor od kingbright CA04-41SRWA nebo CC04-41SRWA s jasně červenou záři. CA04-41SRWA se liší od CC04-41SRWA ve směru LED: v CC04 jsou zapojeny podle obvodu se společnou katodou (společný zápor):

v CA04 - podle schématu se společnou anodou (společné plus):

U sedmisegmentového indikátoru jsou segmenty pojmenovány latinskými písmeny a, b, c, d, e, f, g, h takto:

Každý segment indikátoru je samostatná LED, která může být zapnuta, tj. svítit, nebo vypnuta, tj. nesvítí, v závislosti na polaritě napětí, které je k nim přiváděno:

K omezení proudu segmentem (LED) na požadovanou úroveň je potřeba odpor. Bez toho poteče LED nepřijatelně velký proud - LED selže a spálí se.

Odhadněme, kolik segmentů je ve čtyřech číslicích. Ukazuje se, že je jich 8 x 4 = 32 samostatných segmentů (LED). Pokud bychom ovládali každý segment na samostatném vodiči, pak bychom pro ovládání čtyřmístného indikátoru potřebovali mikrokontrolér s 32 programovatelnými nohami, nepočítaje vstup ADC a napájecí piny. Navíc by bylo zapotřebí 32 rezistorů v každém segmentovém (LED) obvodu:

Existuje způsob, jak snížit počet ovladatelných pinů na mikrokontroléru? Ukazuje se, že existuje! Již v indikátoru CA04-41SRWA (CC04-41SRWA) jsou segmenty (LED) zapojeny podle následujícího schématu:

Je vidět, že segmentové kolíky první a druhé, stejně jako třetí a čtvrté číslice jsou kombinovány do párů. Šel jsem však ještě dále a již v samotném schématu elektronický teploměr spojila segmentová zjištění těchto dvou skupin:

Kolik programovatelných noh mikrokontroléru budeme nyní potřebovat k ovládání takového indikátoru? Ukazuje se, že je to jen 8 + 4 = 12. Pravda, nyní budeme muset spravovat nejen segmentové, ale také obecné číslicové výstupy. Proč?

Řekněme, že chceme rozsvítit pouze segment "a" na první číslici a pouze segment "b" na druhé číslici. Zbývající segmenty těchto číslic a všechny segmenty ostatních číslic musí být vypnuty. Co bychom měli dělat?

Aby se rozsvítil segment „a“ na první číslici, musíme použít „+“ na společný vodič první číslice a „-“ na vodič kombinovaných segmentů „a“. Podobně, abychom rozsvítili segment „b“ na druhé číslici, musíme použít „+“ na společný vodič druhé číslice a „-“ na vodič kombinovaných segmentů „b“.

Ale pak budeme mít také zapnutý segment „a“ druhé číslice a segment „b“ první číslice, protože do nich poteče proud. Ale my je nepotřebujeme! Co dělat?

Kdo řekl, že musí hořet současně?

Ve skutečnosti nejprve aplikujeme „+“ pouze na společnou elektrodu čísla 1 a na společné elektrody zbývajících čísel aplikujeme „-“, což zakazuje jejich provoz. Nyní aplikujeme na kombinované svorky segmentů kombinaci signálů potřebnou k zobrazení požadovaného znaménka na čísle 1 (v tomto případě „-“ na vodič kombinovaných segmentů „a“ a „+“ na zbývající vodiče kombinované segmenty Nyní budeme mít rozsvícený pouze „segment“ první číslice:

Po nějaké době nyní použijeme „+“ pouze na společnou elektrodu čísla 2 a na společné svorky zbývajících čísel, včetně společné svorky čísla 1, aplikujeme „-“. Současně změníme kombinaci signálů na pinech kombinovaných segmentů na kombinaci potřebnou k zobrazení požadovaného znaménka na čísle 2 (v našem případě „-“ na vodiči kombinovaných segmentů „b“ a „+“ ” na zbývajících vodičích kombinovaných segmentů Nyní budeme mít světlo pouze na segmentu „b“ druhé číslice:

Podobně po nějaké době budeme pokračovat s třetí číslicí, pouze nyní nebudeme aplikovat „-“ na žádný z vodičů kombinovaných segmentů, tj. použijeme „+“ na vše:

Totéž platí pro čtvrtou číslici:

Po nějaké době znovu zapneme segment „a“ první číslice:

Pokud je čas na přepínání číslic dostatečně krátký, to znamená, že se číslice přepínají dostatečně rychle, my, lidé, vytváříme iluzi, že segment „a“ první číslice a segment „b“ druhé číslice svítí současně, a nikoli střídavě, ale Výše popsaná metoda pro vkládání čísel se nazývá " dynamické zobrazení".

Nyní kam zapojit odpory omezující proud? Na běžné dráty, nebo na segmentové? Pokud chcete ušetřit na čtyřech rezistorech, připojte se k běžným, pokud chcete, aby čísla svítila rovnoměrně, připojte se k segmentovým.

Ve skutečnosti, pokud je rezistor připojen ke společnému vodiči jakékoli číslice, pak tento rezistor bude generovat proud pro VŠECHNY segmenty, které jsou SOUČASNĚ ZAPNUTY na této číslici. Pokud se jedná o jeden segment, veškerý proud bude protékat pouze tímto segmentem. Pokud existují dva segmenty, pak se odporový proud rozdělí na polovinu mezi tyto dva segmenty, pokud musí hořet všech osm segmentů, pak se odporový proud rozdělí mezi všech osm segmentů najednou, tj. každý konkrétní segment obdrží pouze 1; /8 proudu rezistoru. V každém konkrétním segmentu tedy bude proud záviset na tom, kolik segmentů je zahrnuto v daném obrázku. Proud přímo souvisí s jasem záře: čím vyšší proud, tím vyšší jas, čím nižší proud, tím nižší jas. V důsledku toho bude jas každé číslice záviset na tom, kolik segmentů v ní svítí. Toto schéma bylo použito u prvních domácích „domácích“ telefonů s Caller ID značky „RUS“. Vypadalo to úplně ošklivě.

Pokud připojíte odpory k segmentovým svorkám, bude každý odpor v určitou dobu pracovat pouze na jednom segmentu indikátoru, proto budou proudy a následně jas všech segmentů všech číslic stejný. Vypadá to mnohem lépe.

Ve své praxi používám pouze druhou možnost a připojuji odpory pouze k vývodům segmentu:

Jak vybrat hodnotu těchto rezistorů?

Při běžném provozu segmentů (LED) na nich dochází k poklesu napětí cca 2V. V důsledku výstupního odporu kolíků mikrokontroléru dochází k dalšímu poklesu napětí. Tento úbytek může být řádově 1V při maximálním přípustném proudu přes konkrétní pin mikrokontroléru, což je dle návodu pro mikrokontrolér ATtiny26 40mA. Zbytek napětí zhasne naším rezistorem.

Kterými indikačními vodiči protéká maximální proud? Společnými vodiči indikátoru protéká maximální proud v okamžiku, kdy svítí všech osm segmentů, protože těmito vodiči je přenášen celkový proud ze všech segmentů dané číslice.

Tento proud vezměme společnými vodiči (v okamžiku, kdy svítí všech osm segmentů daného čísla) na úrovni maxima přípustného pro tento mikrokontrolér, tedy 40 mA. Pak by měl být proud kterýmkoli segmentem osmkrát menší, tedy 5 mA. Uvážíme-li, že maximální napájecí napětí elektronického teploměru může dosáhnout 5,8 V, zjistíme, že odpor může klesnout o 5,8 - 2 - 1 = 2,8 V. Potřebujeme tedy rezistor, který poskytne proud 5 mA s úbytkem napětí na něm 2,8 V: 2,8 / 0,005 = 560 Ohmů. Ve skutečnosti jsme ještě nepočítali s tím, že 5,8V je maximální NOLP napětí našeho zdroje, přičemž při zátěži může klesnout, takže proud každým segmentem indikátoru bude ještě menší než 5mA. V důsledku toho bude proud ve společných vodičích indikátoru nižší než 40 mA, proto nebude nikdy dosaženo limitu proudu mikrokontroléru.

Mimochodem, v elektronický teploměr v číslech není potřeba používat tečkový segment ("h" segment). Proto obvod elektronického teploměru poskytuje pouze sedm kombinovaných segmentových vodičů, a nikoli osm, protože kombinovaný vodič segmentů bodu "h" se v obvodu elektronického teploměru nepoužívá:

Tato okolnost dále snižuje proud přes společné vodiče čísel.

Pojďme si nyní povědět o mikrokontroléru ATtiny26 podrobněji.

Mikrokontrolér lze přirovnat ke skutečnému stolnímu počítači, pouze ve značně okleštěné a menší podobě.

Mikrokontrolér má vestavěnou centrální procesorovou jednotku, která provádí všechny aritmetické a logické výpočty.

Mikrokontrolér má programovou paměť, do které si vývojář (tedy já) zapisuje svůj vlastní jím vyvinutý mikroprogram, podle kterého se provádí veškerá další činnost mikrokontroléru. Tuto programovou paměť lze přirovnat k pevnému disku stolního počítače, který obsahuje například program Microsoft Word. Pokud chceme připravit textový dokument a k tomu spustíme Microsoft Word, tak se v tuto chvíli jeho (tedy Wordův) program vlastně začne spouštět.

Mikrokontrolér má RAM, která ukládá aktuální hodnoty provozních proměnných programu, například výsledky ADC z teplotního senzoru nebo sady dat pro výstup do sedmisegmentového indikátoru v různých okamžicích dynamického zobrazení.

Mikrokontrolér má energeticky nezávislou paměť EEPROM navrženou tak, aby ukládala uživatelská nastavení, i když je napájení mikrokontroléru vypnuto. Řekněme, že máte doma televizi. Jakmile v něm nastavíte televizní kanály, a nyní je sledujete a přepínáte mezi nimi. Poté jej vezměte, vypněte televizor a vytáhněte zástrčku ze zásuvky. Nyní je televizní okruh zcela bez napětí. Ale přesto při příštím připojení tohoto televizoru byla z nějakého důvodu zachována dříve provedená nastavení programu! A můžeme znovu sledovat naše naladěné televizní kanály. Kde jsou tato nastavení uložena? Pokud by byl televizor postaven na mikrokontroléru ATtiny26, tato nastavení by byla uložena v energeticky nezávislé paměti EEPROM. Energeticky nezávislá, protože jsme televizor vypnuli ze zásuvky, ale nastavení televizního kanálu bylo stále uloženo. Paměť EEPROM lze také přirovnat k pevnému disku stolního počítače, ale nyní na ni budeme zapisovat nikoli samotný program Microsoft Word, ale výsledky jeho práce - tedy námi připravené textové soubory.

Mikrokontrolér má hodinovou frekvenci, která u tohoto mikrokontroléru ATtiny26 může dosáhnout 16 MHz. Procesor mikrokontroléru přitom může teoreticky provádět až 16 milionů aritmetických nebo logických operací za sekundu. Zdrojem hodinového kmitočtu mohou být různá zařízení, například křemenný rezonátor nebo krystalový oscilátor. V elektronický teploměr Jako zdroj hodin je použit 8 MHz RC oscilátor zabudovaný v mikrokontroléru.

Mikrokontrolér má programovatelné vstupní/výstupní porty, nebo jednodušeji programovatelné nohy. Každá z těchto nohou může být použita jako vstup - pro zadávání informací do mikrokontroléru, například informace o tom, zda je tlačítko stisknuto nebo ne, nebo jako výstup - pro výstup signálů z mikrokontroléru, například na sedmisegmentovou LED diodu indikátor.

Mikrokontrolér má dokonce nožičku „Reset“ – podobnou funkci jako tlačítko Reset na systémové jednotce stolního počítače.

Kromě toho má mikrokontrolér řadu vestavěných užitečných zařízení, která mohou převzít mnoho standardních funkcí a odlehčit tak centrálnímu procesoru. Patří mezi ně časovače, komparátor, ADC, komunikační rozhraní s externími zařízeními nebo jinými mikrokontroléry, řadiče přerušení atd. Všechna tato užitečná zařízení lze zapínat, vypínat, volit v různých režimech a také sledovat výsledky jejich činnosti pomocí speciálních poskytnutá zařízení v paměťových buňkách mikrořadiče (řídicí registry), zápisem do kterých mohou být řízeny různé sady dat konkrétním mikrořadičovým zařízením. Z pohledu programátora se tyto řídicí registry nijak neliší od buněk běžné RAM mikrokontroléru.

Mikroprogram pro mikrokontrolér se připravuje na stolním počítači. K tomu používám vývojové prostředí programu pro mikrokontroléry Algorithm Builder - jedná se o domácí analog Assembleru, který vám však umožňuje „nepsat“ programy, ale „kreslit“ je ve velmi pohodlné grafické podobě:

Již nějakou dobu je toto prostředí zcela zdarma pro jakýkoli objem programu! Můžete si jej stáhnout ze stránky vývojáře. Tento program byl vytvořen a udržován ruským řemeslníkem Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolený JavaScript. .

Aby mohl mikrokontrolér začít pracovat pomocí připraveného firmwaru, musí být naprogramován. Mikrokontrolér je naprogramován přímo v obvodu elektronický teploměr(tzv. „in-circuit programming“), připojením mikrokontroléru ke stolnímu počítači pomocí speciálního programátoru. Jak vytvořit jednoduchý programátor, který pracuje přes COM port počítače, je popsáno v pokynech pro prostředí Algorithm Builder. Sofistikovanější verze programátoru pro toto prostředí je uvedena na stránce AVR USB programátor pro Algorithm Builder.

K programování mikrokontroléru se používá 5 vodičů - 4 signálové a jeden společný. Signální vodiče zahrnují vodič „Reset“, protože mikrokontrolér je naprogramován ve stavu Reset. Další 3 signálové vodiče jsou obyčejné I/O nohy, které lze kromě programování využít k určenému účelu, tedy jako I/O porty. Zejména v obvodu elektronického teploměru jsou k nim připojeny některé kombinované segmentové piny sedmisegmentového indikátoru. Je však nutné, aby část obvodu připojená k těmto pinům nezasahovala do procesu programování, jinak bude programování nemožné.

Aby mikrokontrolér nespustil reset pod vlivem vnějšího elektromagnetického rušení, připojuji na pin „Reset“ v bezprostřední blízkosti mikrokontroléru kondenzátor 5,6nF:

Proč zrovna 5,6nF? Obecně platí, že čím více, tím lépe. Experimentálně však bylo stanoveno, že 5,6 nF je maximální kapacita pro tento kondenzátor, při které programovací obvod mikrokontroléru nadále pracuje stabilně. Koneckonců, tento kondenzátor odvádí signály na vstupu "Reset" přicházející z programátoru. Pokud se kapacita tohoto kondenzátoru zvýší, pak se programovací proces stane nestabilním, a pokud se výrazně zvýší, stane se zcela nemožným.

Mikrokontrolér můžete naprogramovat nejen jednou, ale mnohokrát (garantováno 10 000krát, podle návodu). To se hodí zejména při ladění zařízení, kdy můžeme nejprve naprogramovat pouze funkce displeje (pokud má zařízení indikátor nebo jiný způsob zobrazování informací), abychom viděli, co se uvnitř děje, a pak postupně dovybavit zbytek firmwaru.

Pro usnadnění připojení programátoru k mikrokontroléru ve většině mých zařízení na mikrokontrolérech poskytuji pětikolíkový konektor následujícího typu:

K tomu je připojen programátor pro zápis mikroprogramu do mikrokontroléru.

Konečně, aby mikrokontrolér vůbec fungoval, musí být napájen. K tomuto účelu slouží piny "VCC", "AVCC" a "GND". Podle systému napájení je mikrokontrolér ATtiny26 rozdělen na dvě části: digitální a analogovou. Analogová část odkazuje na ADC a vše, co je k němu připojeno uvnitř mikrokontroléru. Tato část je napájena přes vlastní napájecí výstup (nebo spíše vstup) nazývaný "AVCC". Druhá (zbytek) nebo "digitální" část mikrokontroléru je napájena přes pin "VCC" (vstup). Oba tyto vodiče by měly být napájeny s „+“ z napájecího zdroje. Napájecí zdroj "-" je připojen ke kolíkům "GND" (nebo "Ground" nebo "Common") mikrokontroléru. Mikrokontrolér ATtiny26 má dva piny „GND“:

Aby byl mikrokontrolér chráněn před vlivem vnějšího a vnitřního elektromagnetického rušení, pravidla pro konstrukci rádiových obvodů důrazně doporučují, abyste v bezprostřední blízkosti mikrokontroléru přemosťovali napájecí kolíky keramickými kondenzátory:

Navíc pro další ochranu analogové části mikrokontroléru před rušením se doporučuje napájet pin „AVCC“ přes LC, nebo alespoň RC filtr. Pro „R“ jsem použil 30 Ohmový odpor, pro „C“ jsem použil kondenzátor 1 µF:

Nakonec pro snížení úrovně šumu na vstupu ADC, ke kterému je připojen snímač teplota přes odporový dělič napětí jsem k tomuto vstupu také připojil 1 µF kondenzátor a odebral napájení pro samotný senzor z napájecího vstupu mikrokontroléru "AVCC":

Jak je mikrokontrolér schopen ovládat sedmisegmentový LED indikátor a aplikovat na jeho kolíky buď „+“ nebo „-“? Ukazuje se, že každý programovatelný vstup-výstup, pokud je použit ve firmwaru mikrokontroléru jako výstup, je zapojen uvnitř mikrokontroléru podle následujícího obvodu:

Pokud chceme, aby výstup byl „+“, ve firmwaru mikrokontroléru přidělíme tomuto pinu logickou jedničku (logická „1“):

Pokud chceme, aby výstup byl „-“ (aka „0“, „Common“ nebo „Ground“), pak ve firmwaru mikrokontroléru musíme na tento pin vypsat logickou nulu (logickou „0“):

Sedmisegmentový indikátor je připojen k jedenácti programovatelným pinům mikrokontroléru, ale pro jednoduchost budeme uvažovat pouze dva z nich. Aby se rozsvítil segment „a“ první číslice, musíme použít „+“ na společný vodič první číslice a „-“ na kolík segmentu „a“. K tomu musíme odeslat protokol ve firmwaru mikrokontroléru. "1" k obecnému výstupu první číslice a log. "0" na segmentový kolík "a". V tomto případě bude svítit segment „a“ první číslice:

Pokud chceme tento segment vypnout, uděláme opak: odešleme protokol ve firmwaru mikrokontroléru. "1" na segmentový výstup "a" a log. "0" na obecný výstup první číslice. Pak se náš segment „a“ první číslice nerozsvítí - tato LED bude koneckonců uzamčena:

Při použití sedmisegmentového indikátoru CC04-41SRWA CA04-41SRWA(nezapomeňte, že se liší polaritou LED), musíte změnit protokol ve firmwaru. "0" a log. "1".

Takže je čas zvážit kompletní schéma zapojení elektronického teploměru:

Ve skutečnosti celý diagram ukazuje vše, o čem jsme mluvili výše. Čísla 0603 a 0805 vedle označení rezistorů a kondenzátorů udávají jejich standardní velikost (v setinách palce). Toto označení se používá pro označení velikosti rádiových prvků pro povrchovou montáž.

Kondenzátor na kolíku 17 mikrokontroléru je ve skutečnosti připojen k ADC ION, aby měl větší stabilitu a chránil ADC před rušením.

Nohy 19 a 20 mikrokontroléru nejsou v tomto obvodu použity, a aby „nevisely ve vzduchu“, připojil jsem je ke společnému vodiči obvodu. Ve firmwaru mikrokontroléru jsou tyto piny zapsány jako výstupy, na které je vždy vyvedena logická nula. Vnitřní obvod mikrokontroléru je tedy dodatečně připojen ke společnému vodiči přes tyto nohy:

Firmware mikrokontroléru je strukturován následovně. Nejprve se po připojení napájení a také po resetu vymaže celá RAM mikrokontroléru, včetně všech řídicích registrů všech užitečných zařízení zabudovaných v mikrokontroléru. Bylo to provedeno proto, abychom si byli jisti, že nebudeme mít náhodná data v paměti RAM nebo falešné aktivace určitých interních zařízení v důsledku selhání, například krátkodobého výpadku napájení.

Po vymazání paměti RAM se nakonfigurují některá interní zařízení, například:

Časovač č. 0 (a v tomto mikrokontroléru jsou 2: Časovač č. 0 a Časovač č. 1), protože část firmwaru zodpovědná za dynamickou indikaci bude pracovat podle tohoto časovače;

Watchdog timer, který způsobí restart (Reset) mikrokontroléru, pokud zamrzne (pokud je firmware neaktivní déle než 0,5 sekundy);

I/O porty. V tuto chvíli je určeno, která z programovatelných větví bude výstupem na sedmisegmentový LED indikátor, vstup ADC se stane přesně vstupem a uzemněné kolíky 19 a 20 se stanou „přídavnými kolíky GND“;

Analogově-digitální převodník (ADC), v tomto okamžiku je vybrán přesný vstup, ke kterému je připojen teplotní senzor, je vybrán vestavěný zdroj referenčního napětí (VS) (2,7V) a je spuštěn první proces ADC.

Poté mikroprogram přejde do smyčky a začne se pohybovat v kruhu, přičemž na sobě provede operátor nepodmíněného skoku. Když časovač č. 0 odpočítá zadaný čas (přibližně 1/500 sec), způsobí přerušení, firmware přestane chodit v „uzavřeném kruhu“ a zpracuje část algoritmu specifikovaného ve zpracování přerušení od časovače č. 0 . Samotný časovač #0 začne odpočítávat další 1/500 sekundy. Po dokončení zpracování přerušení od časovače č. 0 se mikroprogram vrátí do svého „uzavřeného kruhu“. Algoritmus popsaný ve zpracování přerušení pro časovač č. 0 je tedy prováděn 500krát za sekundu. Co je to za algoritmus?

Algoritmus zpracování přerušení pro časovač č. 0 obsahuje dvě části: algoritmus pro přípravu hodnot zobrazovaných na indikátorech a algoritmus pro zpracování dynamických indikací.

Algoritmus pro přípravu hodnot zobrazených na indikátorech funguje následovně. Algoritmus ADC (viz níže) poskytuje absolutní hodnotu naměřené teploty (v Kelvinech). Tato hodnota se používá k určení poškození snímače (přerušení nebo zkrat) a také k určení hodnoty teploty ve ºC a výběru způsobu zobrazení této teploty na indikátorech. Tak,

pokud je snímač poškozen (pokud teplota příliš malý (zkrat) nebo příliš velký (přerušení)) indikátor zobrazuje pomlčky " - - - - ";

Při teplotě 0...9ºС, například 5ºС, se hodnota teploty zobrazí na indikátoru ve tvaru: "5 ºС" (první číslice nesvítí);

Na teplota více než 9ºС, například 27ºС, hodnota teploty se zobrazí na indikátoru ve tvaru: „2 7 ºС“;

Při teplotách v rozsahu -1...0ºС indikátor zobrazuje hodnotu teplota ve tvaru: "- 0 °C";

Při teplotě v rozmezí -9...-1ºС, například při teplotě -7ºС (tj. při teplotě v rozmezí -8...-7ºС), se hodnota zobrazí na indikátoru teplota ve tvaru: "- 7 º C";

Na teplota méně než -9ºС, například při teplotě -18ºС (tj. při teplotě v rozmezí -19...-18ºС), se hodnota teploty zobrazí na indikátoru ve tvaru: "- 1 8º".

Pro zobrazení na indikátoru hodnota teploty, musí se nejprve „rozložit na složky“, tedy na desítky a jednotky ºС. Po obdržení hodnoty každé číslice indikátoru (symboly "0", "1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8", "9", " " , "-", "º" a "C"), pomocí této hodnoty se vybere jedna nebo druhá sada segmentů pro dané umístění indikátoru se zobrazením požadovaného symbolu. Tyto čtyři sady (podle počtu známých míst (číslic) na indikátoru) jsou uloženy ve čtyřech buňkách (bajtech) paměti RAM.

Algoritmus pro zpracování dynamické indikace je uspořádán následovně. V paměti RAM je přiřazena buňka, která představuje číslo aktuálně zobrazené číslice na dynamickém zobrazení. Hodnota této buňky se s každým přerušením od časovače č. 0 zvýší o jedničku a při dosažení hodnoty „4“ se vynuluje. Hodnota této buňky tedy „prochází“ řadou hodnot 0, 1, 2, 3, pak znovu 0, 1... atd. Hodnota „0“ odpovídá první číslici ukazatele, „ 1“ na druhý, ... , „3“ - čtvrtý. Právě hodnotou této buňky algoritmus dynamické indikace vybírá číslici indikátoru, která musí být zapnuta po dobu do dalšího přerušení časovače č. 0. Kombinace signálů pro tuto konkrétní číslici indikátoru je vyvedena na segmentové vodiče indikátoru (přesně jeden z těch čtyř, které jsou uloženy v paměti RAM algoritmem pro přípravu hodnot pro indikátor). A společný vodič této konkrétní číslice je dodáván s „+“, které mu umožňuje svítit (log. „1“). Každá číslice se tedy rozsvítí během doby mezi přerušeními od časovače č. 0, tj. na 1/500 sec. Vzhledem k tomu, že jsou pouze čtyři číslice, je indikátor aktualizován na frekvenci 125 Hz.

ADC po dokončení dalšího převodu, stejně jako časovač č. 0, způsobí přerušení. Algoritmus pro zpracování tohoto přerušení je však jeho vlastní. Po dokončení zpracování tohoto přerušení se spustí další převod ADC.

Algoritmus zpracování přerušení ADC provádí následující akce. V paměti RAM mikrokontroléru je přiřazena buňka (2 bajty), která funguje jako čítač dokončených převodů ADC (což je stejné jako čítač přijatých výsledků ADC). S každým přerušením po dokončení dalšího převodu ADC se hodnota této buňky zvýší o jednu. Kromě toho je v paměti RAM přiřazena další buňka (o 3 bajtech), která se používá k shrnutí výsledků ADC. S každým přerušením po dokončení další konverze ADC se nový získaný výsledek ADC přičte k existující hodnotě této buňky.

Když počítadlo dokončených převodů ADC dosáhne hodnoty 16384, tento čítač se vynuluje a začne znovu počítat a součet výsledků ADC se vydělí číslem 16384, výsledek se uloží a samotný součet se poté také vynuluje, aby se akumuloval. součet dalších 16384 výsledků konverze ADC.

Výsledkem dělení součtu číslem 16384 je průměr výsledků ADC za 16384 výsledků. Průměrování je nezbytné pro zvýšení stability odečtů a odstranění blikání nejméně významné číslice. K výpočtu se používá průměrná hodnota teploty v Kelvinech. Pro přepočet výsledku převodu ADC na Kelvin je nutné výsledek ADC vynásobit určitým koeficientem. Tento koeficient je velmi snadné určit.

Pro výpočet určitého koeficientu se firmware mikrokontroléru změní tak, že indikátor nezobrazuje teplotu, ale přímo průměrnou hodnotu výsledků ADC. Senzor se vloží do sklenice s vodou, ve které plavou kousky ledu a celá směs se intenzivně promíchává, aby se stabilizovala teplota ve sklenici a vyrovnala se s ní teplota senzoru (snímač je samozřejmě již nutné chránit před vlhkost (viz níže), jinak voda zkrátí jeho závěry a značně zkreslí výsledky). Teplota směs vody a ledu, jak každý ví, má 0ºС nebo 273,15 K. Předpokládejme, že průměrný výsledek ADC je 761 jednotek. Pak je náš požadovaný koeficient 761 / 273,15 = 2,786. Ve skutečnosti po vydělení průměrného výsledku ADC tímto koeficientem dostaneme teplota v K. Tato hodnota teploty v Kelvinech je uložena v jedné z buněk RAM mikrokontroléru, aby ji pak algoritmus použil pro přípravu hodnot zobrazených na indikátorech (viz výše).

Průměrný výsledek ADC se získá přibližně jednou za 2 sekundy. Takto se často mění hodnoty elektronický teploměr s náhlou změnou teplota senzoru.

Nakonec bych rád poznamenal, že zatímco se určuje první průměrná hodnota výsledků ADC (tj. po dobu asi 2 sekund), všechny použité segmenty jsou zapnuty na indikátoru, tj. „8 8 8 8“. To bylo provedeno proto, aby bylo možné v případě potřeby rychle zkontrolovat provozuschopnost všech použitých segmentů indikátoru.

Na žádost návštěvníků stránek poskytuji zdrojový kód a firmware pro firmware mikrokontroléru elektronického teploměru s podrobnými komentáři:

Připomínám, že veškeré materiály z této stránky lze použít pouze pro osobní potřebu (nikoli pro komerční účely).

Stránka AVR USB microcontroller programátor pro Algorithm Builder hovoří o tom, jak sestavit pokročilejší programátor pro programování mikrokontrolérů z tohoto prostředí.

Navíc bude nutné naprogramovat jeho tzv. „Fuse bits“. Tyto bity určují řadu kritických parametrů mikrokontroléru, jako je zdroj hodin a způsob programování. Požadované hodnoty pojistkových bitů můžete nastavit v menu "Options" - "Project options..." - záložka "Fuse bits" nebo z programovacího okna přes odkaz Fuse bits... V každém případě tyto bity se nastavují v okně instalace pojistkových bitů a měly by být instalovány PŘESNĚ jako na obrázku níže:

Strukturálně Digitální teploměr vyrobeno na dvou deskách plošných spojů. Podívejte se, jak si doma vyrobit kvalitní desky plošných spojů. Na jedné desce je sedmisegmentový LED indikátor, na druhé zbytek obvodu:

Pro ty, kteří plánují opakovat tento návrh, posílám trasovací soubory těchto desek:

T1.PCB.rar (37,6kB) - trasovací soubor desek plošných spojů elektronického teploměru v programu P-CAD 2006:

Po instalaci součástí a jejich vyčištění od tavidla jsou tyto dvě desky připájeny do jednoho bloku pomocí hřebenů PLS:

Desky jsou osazeny v pouzdře G1015 výrobce Gainta Industries. Toto pouzdro potřebuje drobnou úpravu, vyříznutí okénka pro indikátor a pár otvorů pro uchycení jednotky plošného spoje.

Na straně indikátoru je na karoserii nalepeno tenké průhledné plexi (plexi), vyříznuté z CD krabičky, na které je následně dvakrát nalepena tónovací fólie pro tónování autoskel. Dvojitá vrstva barevného filmu stačí k tomu, aby bylo celé sklo zvenku neprůhledné (černé), ale svítící čísla indikátoru jsou přes něj jasně viditelná:

Pomocí „uší“ pouzdra lze elektronický teploměr přišroubovat na zeď nebo něco jiného.

V první verzi je snímač elektronického teploměru umístěn v kusu trubice z teleskopické antény a naplněn epoxidovým lepidlem:

V dalších verzích jsem senzor omotal několika otáčkami tlusté bavlněné nitě (výztuha) a namočil ho savým tmelem na autoskla. Tato možnost je podle mého názoru ještě odolnější proti vlhkosti než první, i když méně odolná z mechanického hlediska:

Tato stránka poskytuje bezplatný přístup ke všem potřebným informacím a projektové dokumentaci pro samostatné opakování tohoto návrhu.

Digitální měřič teploty nabízený pro vlastní montáž umožňuje měřit teploty v reálném čase v rozsahu od nuly do 99 stupňů Celsia. Projekt je vyvíjen na bázi mikrokontroléru PIC16F1825, ovladače CAT4016 pro LED displej, teplotního senzoru DS18200 a dvou 7segmentových LED indikátorů se společnou anodou. Tento šikovný malý teploměr spotřebovává poměrně málo proudu a může pracovat s 4,5V baterií složenou ze 3 článků AA. Jas displeje lze změnit změnou hodnoty odporu R1.

Elektronický teploměr - schéma zapojení

Charakteristika elektronického teploměru

Teplotní rozsah od 00 do 99 stupňů
Vstupní výkon 4,5 - 5V DC
Spotřeba proudu 20 mA

Navzdory skutečnosti, že nyní existuje tendence používat jako displej úspornější LCD, má smysl instalovat do tohoto zařízení velké, jasné LED indikátory, aby bylo možné vidět údaje z dálky a dokonce i ve tmě. Schéma zapojení a připojení vnějších prvků k desce je zobrazeno výše.

Pokud ho plánujete používat jako venkovní teploměr, samotné zařízení se montuje do krabičky se síťovým adaptérem uvnitř bytu a teplotní čidlo DS18200 se připojuje flexibilním kabelem. Pokud nemůžete hledat ovladače, můžete je sestavit pomocí běžných mikroobvodů. Firmware pro mikrokontrolér, originální článek v angličtině a nákres plošného spoje lze nalézt

Toto jednoduché zařízení umožňuje rychle (během několika sekund) změřit teplotu lidského těla, vody, okolního vzduchu a jakýchkoliv dalších předmětů v rozsahu 20 ... 45 °C. Přes jednoduchost schématu je přesnost měření poměrně vysoká – ± 0,1°С.

Srdcem zařízení a snad jedinou relativně těžko dostupnou částí je termistor typu ST3-19 o jmenovité hodnotě 10 kW. Díky malým rozměrům nepřesáhne doba měření teploty několik sekund. Jak je patrné ze schématu, zařízení je analogové a jedná se o měřicí můstek, který je napájen stabilizovaným napětím. Tranzistory VT1 a VT2 se používají jako nízkonapěťová zenerova dioda.

Při změně teploty se mění odpor termistoru a velikost nevyváženosti můstku, sestávajícího z prvků R2, R5 a R8, se zobrazuje na číselníku, jehož roli hraje mikroampérmetr PA1. Ke kalibraci zařízení slouží přepínač SA2, který nahrazuje prvky R5 a R8 v jednom z ramen můstku standardními odpory R4, R6 a R7.

Teploměr se nastavuje následovně. S nejvyšší dostupnou přesností je odpor rezistoru R8 měřen při teplotě 20°C. Přesnost zařízení bude záviset na přesnosti tohoto měření. Dále jsou vybrány rezistory R6 a R7 s hodnotami tak, aby se sčítaly s naměřeným odporem. Budou zařazeny do kalibračního řetězce. Poté nastavíme jezdce rezistorů R2 a R3 do střední polohy a napájíme obvod.

1. Zapneme SA2 v režimu kalibrace. Pomocí rezistoru R2 přivedeme šipku přístroje PA1 k nule.
2. Teplotní čidlo umístíme na předmět se známou teplotou, která leží v měřeném rozsahu. Může to být například podpaží lidského těla. Přepínač SA2 přesuneme do polohy „Měření“ a pomocí rezistoru R3 nastavíme čtení zařízení PA1 na úroveň, která bude této teplotě odpovídat.

Operace 1 a 2 opakujeme znovu, dokud (obvykle 3-4krát), dokud v režimu „Kalibrace“ přístroj jasně neukáže 20 °C a v režimu „Měření“ - předem známou teplotu měřeného těla. V tomto okamžiku lze nastavení zařízení považovat za dokončené.

Teploměr typ ST3-19

V provedení, místo VT1, VT2, kromě těch, které jsou uvedeny ve schématu, můžete použít KT3102 s písmeny A, B, C, D jako PA1 bude vhodný jakýkoli mikroampérmetr s celkovým odchylkovým proudem 50 μA a čím větší jsou rozměry měřítka, tím přesněji bude možné odečíst jeho hodnoty. Vzhledem k tomu, že stupnice teploměru je téměř lineární, lze ji předem kalibrovat v požadovaném rozsahu, který lze mírně posunout a dokonce rozšířit, i když byste se neměli nechat unést rozšiřováním rozsahu - kalibrace bude menší a vizuální chyba bude být vyšší.

Zařízení je napájeno dvěma galvanickými články o napětí 1,5 V nebo bateriemi 1,25 V každý, odběr proudu v režimu měření je 3-5 mA. Je velmi vhodné instalovat víceotáčkové odpory R2 a R3 (například SP5-2), které umožňují poměrně plynulé nastavení odporu. Je velmi vhodné umístit termistor do těla fixy a naplnit jej epoxidovou pryskyřicí tak, aby jeho měřicí hrot byl na místě hrotu „vývodu“ nového „fixu“. Měřicí jednotku lze připojit k obvodu libovolným lankovým vodičem, který je možné zkroutit do párů. Délka postroje může dosáhnout 1 m.

V předvečer začátku zimy vyvstala otázka měření okolní teploty „přes palubu“, tedy na ulici. Navíc jsem to chtěl udělat, aniž bych se obtěžoval hlídáním venkovního lihového teploměru skrz zamrzlé okno, ale jednoduše jsem na dálku sledoval venkovní teplotu v příjemných teplých podmínkách mého domova. Pro tyto účely je ideální elektronický teploměr. O tom bude článek pojednávat...

Ve skutečnosti se digitální elektronický teploměr prodává již smontovaný a připravený k použití.

Tento digitální elektronický teploměr je namontován na mikrokontroléru ATtiny 2313. Teplotní senzor je produkt DS18B20 od Dallas Semiconductors. Charakteristiky teploměru jsou vidět na fotografii, takže je nebudeme opakovat.

Pro kontrolu funkčnosti digitálního teploměru jej připojíme k laboratornímu zdroji a přivedeme napětí řekněme 12V (přípustné od 7 do 15V). Nemám standardní měřiče teploty (a nepotřebuji je), takže porovnáváme hodnoty digitálního teploměru s běžným domácím.

Jak vidíte, údaje jsou velmi blízké – na lihovém teploměru téměř 19 °C, na digitálním 18,8 °C.

Tato přesnost digitálního teploměru je pro potřeby domácnosti více než dostatečná.

Okamžitě jsem chtěl vyzkoušet fungování digitálního teploměru při mínusových teplotách, ale protože venku byla teplota stále nad nulou stupňů, musel jsem hledat náhradní zdroj mínusových teplot. Ukázalo se, že jde o obyčejnou mrazicí přihrádku běžné lednice. Bez váhání vložíme teplotní senzor do mrazáku a počkáme několik minut, abychom zajistili stabilitu naměřených hodnot. Teploměr ukazoval minus 19 stupňů Celsia.

Odtud plynou dva důležité závěry:

Digitální teploměr obecně a teplotní senzor konkrétně jsou v dobrém provozním stavu;
Mrazicí oddíl v chladničce poskytuje teplotu udávanou výrobcem))).

Protože testovací fáze byla úspěšně dokončena, přistoupíme ke konečné montáži teploměru.

Pro tělo digitálního teploměru jsme zvolili nečinné plastové pouzdro od sovětského radiodesignéra (setu) Start-7176 „Elektronické hodinky“. Hodinky, které jsem z této sady sestavil, se také někde povalují.

Pouzdro má vnější rozměry ŠxVxH - 140mm x 90mm x 30mm. Vnitřní rozměry jsou odpovídajícím způsobem o něco menší.

Kámen úrazu byl výběr napájecího zdroje. Byly tři možnosti:

9V baterie;
Externí síťové napájení;
Vestavěný síťový zdroj.

Okamžitě jsem odmítl použít baterii jako zdroj energie, vzhledem k tomu, že digitální teploměr odebírá proud až 40 mA. Při tomto proudu baterie dlouho nevydrží.

Tenké pouzdro s hloubkou pouhých 30 mm by zřejmě neumožňovalo umístit do něj síťový zdroj. Nejpravděpodobněji proto vypadala varianta č. 3 - externí napájecí zdroj se snižujícím transformátorem. Tato možnost se mi nelíbila, chtěl jsem získat tyčinku bez dalších krabic nebo drátů.

A řešení se našlo!

Při procházení svých radioamatérských harampádí jsem si všiml nabíječky ze starého mobilního telefonu Samsung. Typový štítek na něm informoval, že nabíjením vzniká napětí 5V při proudu až 1A. Proudu bylo co do proudu dost, ale pět voltů napětí nestačilo. Musel jsem otevřít pouzdro nabíječky, abych zjistil, jestli je možné nějak zvýšit výstupní napětí...

Poloviny karoserie byly slepené, takže tělo bylo jednoduše rozbité. Uvnitř byla deska spínaného zdroje a zpočátku se zdálo nejasné, co a jak zde dělat. Rozměry šátku se ukázaly jako vhodné pro umístění do vybraného pouzdra.

Pohled z prvků.

Je viditelné označení mikroobvodu, na kterém je nabíječka namontována - SC1009PN. Upozorňujeme, že tento čip nemá kolík #6. To se děje tak, aby se vysoké napětí na noze č. 5 nepřenášelo do ostatních noh mikroobvodu umístěných poblíž (to řekl Google).

Na rubové straně šátku je několik desítek prvků v SMD provedení, mezi nimiž svou velikostí vyniká optočlen PC817 a šestinohý mikroobvod s dvoupísmenným označením.

Hledání datasheetu pro SC1009PN nic nepřineslo. Znalí lidé píší, že se jedná o specifický mikroobvod na míru. Existuje analog - TNY264P.

Podařilo se nám najít schéma zapojení takové nabíječky

A zde vidíme, že činnost spínaného zdroje přes optočlen PC817 je řízena mikroobvodem typu TSM1051. To je ten šestinohý SMD čip s nesrozumitelným označením.

Ale pro TSM1051 je katalogový list k dispozici online. Můžete vidět typické schéma zapojení

Z datasheetu vyplývá, že tento čip je speciálně navržen pro použití v takových zařízeních. Ale co je nejdůležitější, výstupní napětí napájecího zdroje na tomto mikroobvodu lze změnit v určitých mezích změnou hodnot dělicích odporů R1 a R2 (viz typické schéma zapojení) nebo R10 a R11, R14 (viz nabíjení diagram výše). To je přesně to, co potřebujeme.

Hledání odporů děliče napětí na konkrétní desce ukázalo, že požadovaný odpor je označen R15 vedle čipu TSM1051 a odpovídá odporu R1 na typickém připojovacím obvodu.

Hodnota tohoto odporu byla 820 Ohmů. Volbou hodnoty tohoto odporu nahoru (zdá se, že až 1,8 kOhm) se výstupní napětí zvýšilo z 5 na 8,5 V.

Přesně to, co potřebujete!! Zkušební test napájení digitálního teploměru z modernizované nabíječky byl úspěšný. Zbývá jen vše umístit do pouzdra. Uvnitř pouzdra upevníme desku teploměru, desku zdroje a na zadní stěnu umístíme konektor pro připojení čidla venkovní teploty vzduchu.

Montáž je téměř hotová

Během práce vyvstala touha umožnit měření teploty vzduchu nejen venku, ale i uvnitř.

K tomu bylo použito další čidlo DS18B20, které se instaluje přímo na zadní stěnu pouzdra. Pro spínání snímačů se používá běžný páčkový přepínač, který je namontován na předním panelu.

Schéma spínání vypadá takto.

Abychom chránili čidlo venkovní teploty před mechanickým poškozením, vyrobíme takovou nádobu z kusu trubky. K trubici je připevněn držák pro upevnění nádoby na stěnu (nebo kdekoli vhodné) na místě chráněném před přímým slunečním zářením a srážkami.

Senzor DS18B20 umístíme dovnitř trubice

Vypínač je namontován na boční stěně

Nezbývá než to ověřit v akci...

Venkovní teplota

Toto zařízení bylo sestaveno na začátku října 2016 a v době psaní tohoto článku (konec října) prošlo takříkajíc celým testovacím cyklem. Vše funguje bezchybně.

Jediný důležitý bod: neexistují žádné údaje o tom, zda je povolen dlouhodobý nepřetržitý provoz nabíječek mobilních telefonů. Aby nedošlo k přehřátí a požáru, proto nedoporučuji nechávat zdroj založený na nabíječce mobilního telefonu bez dozoru. Na noc přístroj vypínám. Kvůli experimentu jsem teploměr běžel bez vypnutí déle než jeden den - vše bylo naprosto normální, nebylo pozorováno žádné zahřívání prvků.

P.S. Až padnou mrazy, přidám fotku měření záporné venkovní teploty vzduchu.

Aktualizováno 30. listopadu 2016. Ráno, mráz...Zde je, jak teploměr ukazuje zápornou teplotu: