Термометр із функцією таймера або керування термостатом. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Термометр із функцією таймера або керування термостатом. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Регулятори потужності, термометри, термостабілізатори

Коментарі до статті

Описи різних електронних цифрових термометрів неодноразово публікувалися не на сторінках журналу Радіо. Як правило, вони містили перетворювач температурі-частоті та вимірювальну честь не дискретних цифрових елементах, що перетворюють вимірювану частоту показання температури. Побудований на дискретних елементах перетворювач температура-частота вимагає калібрування і дозволяє досягти прийнятної точності в досить обмеженому інтервалі (через нелінійність температурних характеристик елементів). Застосування сучасної елементної бази - мікроконтролерів та спеціальних датчиків - значно спрощує схемотехніку пристрої з одночасним підвищенням функціональності та точності вимірювань.

Принципова схема пропонованого термометра зображено на рис. 1.

Термометр з функцією таймера або керування термостатом

Його основа – популярний мікроконтролер (МК) PIC16F84A (DD1). Для вимірювання температури використано інтегральний цифровий датчик (ВК1) DS18B20 фірми MAXIM. Ця мікросхема не вимагає калібрування і дозволяє вимірювати температуру навколишнього середовища від -55 до +125 °С, причому в інтервалі -10 ... +85 ° С виробник гарантує абсолютну похибку вимірювання не гірше ±0,5 °С. Датчик DS18B20 – найбільш досконалий із широко відомого сімейства DS18X2X, що випускалися раніше під маркою Dallas Semiconductor. На відміну від функціональних аналогів DS1820 і DS18S20, він перед початком вимірювання дозволяє задати необхідну відносну точність перетворення температури з наступного ряду значень: 0,5; 0,25; 0,125 і 0,0625 °С, при цьому час вимірювання дорівнює відповідно 93.75; 187,5; 375 та 750 мс.

Принцип дії датчика DS18X2X заснований на підрахунку числа імпульсів, що виробляються генератором з низьким температурним коефіцієнтом в інтервалі часу, який формується генератором з іншим температурним коефіцієнтом, при цьому внутрішньою логікою датчика враховується і компенсується параболічна залежність частот обох генераторів від температури.

Обмін керуючими командами та даними між датчиком ВК1 та МК DD1, що працює на частоті 4 МГц, здійснюється по однопровідній двонаправленій шині передачі даних 1 - Wire. Кожен екземпляр DS18B20 має унікальний 48-бітний номер, записаний за допомогою лазера в ПЗУ в процесі виробництва, що дозволяє підключати до однієї шини практично будь-яку кількість таких приладів. Обмежуючим чинником є лише загальний час, затрачуване на послідовне опитування всіх датчиків, підключених до мережі.

З періодом, що дорівнює 1 с, МК DD1 посилає датчику ВК1 команду на запуск процесу вимірювання температури з точністю 0,0625 °С і отримує від нього результат попереднього виміру. Прийнятий віддатчика 12-бітовий код, що відповідає виміряній температурі, перетворюється на десяткову форму, округляється до десятих часток градуса і виводиться на світлодіодний індикатор HG1 в динамічному режимі. Подачею напруги балка. 0 на один із виходів RAO, RA1 або RA2 МК включає відповідний розряд індикатора, виводячи при цьому на виходи RBO-RB6 семіелементний код цифри, що відображається в даному розряді. Управління точкою на індикаторі, що відокремлює цілу частину температури, що відображається від десяткової, МК виробляє через вихід з відкритим стоком RA4. Період відображення всіх трьох розрядів індикатора становить приблизно 12,3 мс (частота – 81 Гц).

Оскільки в приладі застосований трирозрядний індикатор, в інтервалі від -19,9 до +99,9 °С температура відображається з точністю до 0,1 °С, а в інтервалах -55...-20 та +100...+ 125 °С - з точністю до 1 °С. Крім того, в цих інтервалах абсолютна похибка вимірювання температури зростає до ±2 °С, тому відображення температури з точністю до десятих градусів втрачає сенс.

Наприкінці кожного періоду відображення інформації на індикаторі МК перевіряє стан кнопок SB1 і SB2, для чого на виходах RAO-RA2 встановлює напругу високого логічного рівня (це відповідає відключенню всіх розрядів індикатора HG1), а на виході RA4 - лог напруга 0. Розряди RB5, RB6 переналаштовуються на введення, при цьому до них підключаються внутрішні "підтягуючі" резистори, з'єднані з шиною живлення +5 В. Таким чином, при натисканні на кнопку SB1 або SB2 високий логічний рівень напруги на RB5, RB6 змінюється низьким, що відстежується МК. Підключені до цих розрядів елементи світлодіодного індикатора не істотно впливають на стан зазначених входів МК, оскільки струм у зворотному напрямку через них дуже малий. Утримання кнопок у натиснутому стані не впливає на роботу індикаторів у період відображення інформації, оскільки струм між виходами RA4 та RB5, RB6 через кнопки SB1, SB2 обмежений резисторами R4, R5.

Живиться прилад від мережі змінного струму напругою 220 через баластний конденсатор C3. Завдяки діодному мосту VD1 через стабілітрон VD2 проходять обидві напівхвилі напруги мережі. В результаті значно знижуються пульсації напруги на конденсаторі С5 і стає можливим зменшити ємність конденсатора C3 від якої залежить максимальний струм, що віддається джерелом живлення в навантаження.

Ланцюг R1C4R2 формує паузу перед запуском МК, необхідну для того, щоб після включення пристрою в мережу напруга на конденсаторах С5, С6 встигло зрости до рівня, що забезпечує нормальну роботу МК.

При включенні звукового сигналу, коли входить у роботу каскад на транзисторі VT1 з включеним у колекторну ланцюг звуковипромінювачем НА1, споживаний пристроєм струм значно збільшується, тому в програмі МК передбачено відключення індикатора на час подачі сигналу. Живиться цей каскад енергією, накопиченою в конденсаторі С5, що призводить до великих "просідань" напруги на ньому. Для підтримки стабільної напруги живлення МК і датчика температури пристрій введені інтегральний стабілізатор напруги DA1 і оксидний конденсатор великої ємності С6. Якщо звукова сигналізація не потрібна, мікросхему DA1 і конденсатор С5 можна виключити, але в цьому випадку Д815Е (VD2) необхідно замінити на стабілітрон Д815А з напругою стабілізації 5,6 В.

Коди "прошивки" ПЗУ МК для термометра з функцією таймера наведено у табл. 1.

(Натисніть для збільшення)

При натисканні на кнопку SB1 подається короткий звуковий сигнал і на індикаторі з'являється значення часу, що залишився до подачі звукового сигналу або 0 (у молодшому розряді), якщо час у таймері не було встановлено. Потрібну витримку часу (в межах 1 ...99 хв; вводять натисканням на кнопку SB2 (не відпускаючи SB1). При цьому показання індикатора починають автоматично збільшуватися з частотою 2 Гц. Після досягнення потрібного значення кнопки відпускають. Повернення до показань температури відбувається через 1 після відпускання кнопки SB1.По закінченні заданого часу пристрій протягом 10 с подає переривчастий звуковий сигнал частотою 1500 Гц.

У табл. 2 наведені коди "прошивки" МК, що наділяє описуваний прилад функцією управління термостатом, що підтримує задану температуру в контрольованому середовищі з точністю ±1 °С.

(Натисніть для збільшення)

Перегляд та встановлення температури (в інтервалі -54...+124 °С) здійснюються, як і в попередньому випадку, за допомогою кнопок SB1 та SB2. Задане значення температури зберігається в незалежній пам'яті даних МК і завантажується з неї при кожному наступному включенні пристрою в мережу.

При роботі пристрою з термостатом сигнал для керування нагрівачем або компресором холодильника знімається з виходу RA3, при цьому замість каскаду на транзисторі VT1 встановлюють оптосимісторне реле, що керує живленням виконавчого пристрою або контактора, який підключає нагрівач або компресор до електромережі. Схема можливого варіанта такого реле показано на рис. 2.

Термометр з функцією таймера або керування термостатом

Наведена у табл. 2 "прошивка" МК розрахована на керування нагрівальним елементом. Наприклад, якщо задана температура термостаті дорівнює +30 °З, то на виході RA3 МК з'явиться сигнал балка. 1 (відповідає включенню нагрівача) при зниженні температури контрольованого середовища нижче +29 °С, але як тільки температура підніметься до +31 °С, нагрівач буде вимкнений. Таким чином, гістерезис між включенням та вимкненням нагрівача становить 2 °С. За його величину "відповідає" перший підкреслений байт (02) у табл. 2: якщо його замінити на "01", гістерезис зменшиться до 1 °С, а якщо на "03", збільшиться до 3 °С і т. д. повторюватимуться цикли включення-вимикання виконавчого пристрою, і навпаки.

При керуванні компресором холодильника сигнал балка. 1 на виході RA3, що включає систему охолодження, повинен з'являтися, якщо температура перевищить задану межу і змінюватися рівнем балка. 0, як тільки температура опуститься нижче зазначеної межі, знову ж таки з урахуванням гістерезису, заданого значенням першого підкресленого байта в табл. 2. Для реалізації цього режиму роботи підкреслені 2, 3 і 4 байти таблиці потрібно замінити відповідно на "19", "15" і "11"

Вихідні тексти програм

При програмуванні МК необхідно вказати: тип генератора – HS, таймери WDT та PWRT – включені.

Усі деталі термометра монтують на друкованій платі із двосторонньо фольгованого склотекстоліту (рис. 3).

Термометр з функцією таймера або керування термостатом

Плата розрахована на встановлення резисторів МЛТ, конденсаторів КД (С1, С2), К73-17В з номінальною напругою 400 В (C3), КМ (С7) та К50-35 (інші). Для зменшення габаритів пристрою деталі встановлюють по обидва боки плати (там, де зазначені їх позиційні позначення). В отвори контактних майданчиків, помічених на кресленні поруч точкою, що стоїть, при монтажі впаюють дротяні перемички (їх функцію виконує також виведення конденсатора С7). Трирозрядний світлодіодний індикатор HG1 зібраний з трьох однорозрядних LSD3212-20 (зеленого кольору свічення) і може бути замінений будь-яким іншим зі споживаним струмом не більше 20 мА на елемент (сегмент). Перед встановленням на місце висновки 12 індикаторів обрізають у безпосередній близькості від корпусу.

Інтегральний стабілізатор 78L05 (DA1) замінимо будь-яким іншим з напругою стабілізації +5 В. Звуковий капсуль-випромінювач НА1 - будь-який малогабаритний з обмоткою опором 8...25 Ом (автор використовував електромагнітний випромінювач НС0903А).

Якщо передбачається використовувати термометр в жорстких кліматичних умовах, оксидні конденсатори С5 і С6 слід вибрати з розширеним температурним діапазоном (з маркуванням на корпусі +105°С або вище), а МК PIC16F84A - виконання Е/Р, що позначає, що дана мікросхема може працювати за нормальної температури від -40 до +125 °З. Змонтовану плату термометра в цьому випадку поміщають у пластмасовий герметичний корпус і заливають герметиком (наприклад, епоксидною смолою). Отвори для кнопок з внутрішньої сторони заклеюють шматком тонкої гуми, після чого з обох боків гумової мембрани, що вийшла, над кнопками SB1 і SB2, наклеюють пластмасові кружки діаметром, трохи меншим діаметра отворів в корпусі. Таким чином, забезпечується повна ізоляція елементів пристрою від зовнішнього середовища. При використанні пристрою у звичайних умовах герметизацію можна не робити.

Розміщувати датчик температури всередині корпусу термометра не можна, оскільки це призведе до збільшення похибки вимірювань (через нагрівання елементів) та інерційності показань термометра при зміні температури навколишнього середовища. Одне з конструктивних рішень - розміщення мікросхеми датчика усередині скляної ампули від ліків відповідного розміру. Місця виходу гнучкого кабелю з ампули та корпусу термометра ретельно заливають герметиком. Довжина трижильного кабелю може бути від кількох сантиметрів до десятків метрів.

Зібраний зі справних деталей і без помилок у монтажі пристрій не потребує налагодження.

Автор: С.Коряков, м.Шахти Ростовської обл.

Дивіться інші статті розділу Регулятори потужності, термометри, термостабілізатори.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Застигання сипких речовин 30.04.2024

У світі науки існує досить загадок, і однією з них є дивна поведінка сипких матеріалів. Вони можуть поводитися як тверде тіло, але раптово перетворюватися на текучу рідину. Цей феномен став об'єктом уваги багатьох дослідників, і, можливо, нарешті ми наближаємося до розгадки цієї загадки. Уявіть собі пісок у пісочному годиннику. Зазвичай він тече вільно, але в деяких випадках його частинки починають застрягати, перетворюючись з рідкого стану на тверде. Цей перехід має важливе значення для багатьох областей, починаючи від виробництва ліків та закінчуючи будівництвом. Дослідники зі США спробували описати цей феномен і наблизитися до його розуміння. У ході дослідження вчені провели моделювання в лабораторії, використовуючи дані про пакети полістиролових кульок. Вони виявили, що вібрації усередині цих комплектів мають певні частоти, що означає, що через матеріал можуть поширюватись лише певні типи вібрацій. Отримані ...>>

Імплантований стимулятор мозку 30.04.2024

В останні роки наукові дослідження в галузі нейротехнологій зробили величезний прогрес, відкриваючи нові обрії для лікування різних психіатричних та неврологічних розладів. Одним із значних досягнень стало створення найменшого імплантованого стимулятора мозку, представленого лабораторією Університету Райса. Цей новаторський пристрій, який отримав назву Digitally Programmable Over-brain Therapeutic (DOT), обіцяє революціонізувати методи лікування, забезпечуючи більше автономії та доступності для пацієнтів. Імплантат, розроблений у співпраці з Motif Neurotech та клініцистами, запроваджує інноваційний підхід до стимуляції мозку. Він живиться через зовнішній передавач, використовуючи магнітоелектричну передачу енергії, що виключає необхідність дротів та великих батарей, типових для існуючих технологій. Це робить процедуру менш інвазивною та надає більше можливостей для покращення якості життя пацієнтів. Крім застосування у лікуванні резист ...>>

Сприйняття часу залежить від того, на що людина дивиться 29.04.2024

Дослідження у галузі психології часу продовжують дивувати нас своїми результатами. Нещодавні відкриття вчених з Університету Джорджа Мейсона (США) виявилися дуже примітними: вони виявили, що те, на що ми дивимося, може сильно впливати на наше відчуття часу. У ході експерименту 52 учасники проходили серію тестів, оцінюючи тривалість перегляду різних зображень. Результати були дивовижні: розмір і деталізація зображень значно впливали на сприйняття часу. Більші і менш захаращені сцени створювали ілюзію уповільнення часу, тоді як дрібні та більш завантажені зображення викликали відчуття його прискорення. Дослідники припускають, що візуальний безлад чи перевантаження деталями можуть утруднити наше сприйняття навколишнього світу, що у свою чергу може призвести до прискорення сприйняття часу. Таким чином було доведено, що наше сприйняття часу тісно пов'язане з тим, що ми дивимося. Більші і менш ...>>

Випадкова новина з Архіву

Імплантований чіп від MicroCHIPS успішно випробуваний на людях 23.02.2012

Компанія MicroCHIPS оголосила про перші успішні клінічні випробування на людині імплантованого програмованого пристрою з бездротовим управлінням, призначеного для доставки ліків. Компанія MicroCHIPS спеціалізується на розробці таких пристроїв та імплантованих біосенсорів.

Як випробувані виступили літні жінки, у яких було діагностовано остеопороз. За допомогою мікрочіпа вони регулярно отримували добову дозу необхідного лікарського засобу. При цьому в крові хворих підтримувався безпечний, необхідний за терапевтичними показаннями рівень препарату - такий же, як у результаті багаторазових підшкірних ін'єкцій, що зазвичай використовуються в цьому випадку. Імплантація, що виконується під місцевою анестезією, займала менше півгодини.

Основною метою дослідження було клінічне випробування розробки з погляду фармакокінетики. Заходи безпеки включали постійний контроль стану імплантованого приладу та рівня препарату у крові. Вторинною метою дослідники назвали аналіз біологічної активності лікарського засобу, оцінку надійності пристрою та повторюваності операцій доставки.

Зараз фахівці MicroCHIPS розробляють пристрій, що містить 400 доз лікарського засобу, чого може бути достатньо для роботи протягом року або навіть більше. Наявність бездротового управління дозволяє лікарям змінювати дозу та інтервал доставки віддалено. Початкову розробку мікрорезервуарів і механізму, що відкривається, згодом ліцензовану MicroCHIPS, виконали фахівці Массачусетського технологічного інституту.

Подати заявку на використання розробки у першому серійному пристрої компанія розраховує у 2014 році.

Інші цікаві новини:

▪ Помірний шум також шкідливий

▪ 3D-друк крихітних деталей

▪ Здвоєні світлодіоди

▪ Прискорювач GTX Titan із системою охолодження від Gigabyte

▪ Нова схема управління складними роботизованими системами

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Детектори напруги поля. Добірка статей

▪ стаття Електричний струм та його вплив на людину. Основи безпечної життєдіяльності

▪ стаття Яку протяжність має найдовший тролейбусний маршрут у світі та де він проходить? Детальна відповідь

▪ стаття Огіркова трава. Легенди, вирощування, способи застосування