В последнее время конструирование цифровых термометров очень популярно.
Применение микроконтроллеров (МК) и современных датчиков температуры позволяет
упростить подобные устройства до предела. Однако цифровые термометры с питанием
от сети — явно не лучший вариант для портативного
прибора, которым пользуются всего несколько раз в сутки.
Для отображения показаний радиолюбители применяют в термометрах либо
светодиодные индикаторы, потребляющие довольно большой ток и, следовательно,
неоптимальные при батарейном питании, либо дорогостоящие ЖКИ со встроенным
контроллером. Между тем существуют дешевые ЖКИ без контроллера, например
ИЖЦ5-4/8. При правильном подходе к разработке схемы их использование лишь
немного ее усложняет. Уменьшить габариты экономичного прибора можно за счет
питания от одного гальванического элемента.
Имеет значение и выбор датчика температуры. Использовать p-n переход
полупроводникового прибора, терморезистор или прецизионный аналоговый датчик,
дающий пропорциональное температуре напряжение, нерационально, так как требуется аналого-цифровое
преобразование. Из датчиков с цифровым выходом распространены приборы серии
DS18Х2Х с однопроводным интерфейсом 1-Wire. Они компактны и в принципе допускают
параллельное подключение неограниченного числа датчиков к одному проводу (точнее
к двум, считая общий). Однако программная реализация однопроводного интерфейса
довольно сложна.
Для измерения температуры в быту лучше использовать датчики с интерфейсом I2C. Они
не менее компактны, а многие можно соединять до восьми в параллель. Программно
интерфейс I2С гораздо проще однопроводного.
В предлагаемом термометре реализованы все изложенные идеи.
Как видно из приведенной на рис. 1 схемы, применен микроконтроллер PIC16F628
— более совершенный, чем PIC16F84A, и дешевле последнего. Датчик температуры —
DS1631 с интерфейсом I2С. Его погрешность ±0,5 °С в интервале температуры 0...+70
°С. В остальных участках интервала -55...+125 СС она не превышает ±1°С.
Помимо прямого назначения, датчик DS1631 может служить узлом управления
термостатом с программируемыми значениями температуры включения и выключения
нагревателя, причем сделанные установки хранятся в энергонезависимой памяти
датчика. Точность преобразования "температура—число" можно программно изменять
от 9 до 12 двоичных разрядов. В зависимости от заданной точности длительность
измерительного цикла составит 93,75.. .750 мс. Завершив его, датчик DS1631
автоматически переходит в режим пониженного энергопотребления, из которого его
выводит только очередная команда, полученная по интерфейсу I2С.
С помощью стабилизированного преобразователя постоянного напряжения в постоянное
(DC/DC) МАХ1674 напряжение гальванического элемента G1 (1,5 В) повышается до 3,3
В. Эта очень интересная микросхема способна работать с КПД до 94 % при входном
напряжении 0,7...5,5 В, отдавая в нагрузку ток, достигающий 1 А. Если ее вывод 1
(FB) соединить не с выходом (вывод 8. OUT), как на схеме, а с общим проводом
(вывод 6, GND), выходное стабилизированное напряжение возрастет до 5 В.
Подключая между указанными выводами резисторы, выходное напряжение можно
регулировать. В
МАХ1674 предусмотрен встроенный компаратор. На вывод 2 (LBI) — его не
инвертирующий вход — подано входное напряжение. На инвертирующем входе
компаратора — образцовое напряжение 1,3 В от внутреннего стабилизатора,
его можно измерить, на выводе 4 (REF). С помощью дополнительных внешних
резисторов порог срабатывания компаратора можно изменить. В
предлагаемом устройстве к выходу компаратора (вывод 3. LBO) подключен
светодиод HL1. Его свечение предупреждает о необходимости заменить
элемент G1.
В термометре установлен индикатор на жидких кристаллах ИЖЦ5-4/8 (MG1). Так
как управлять им динамически невозможно, пришлось ввести микросхемы DD2 и DD3 —
широко известные КМОП счетчики К176ИЕ4 с встроенными преобразователями кода.
Выводя результат измерения температуры на индикатор, микроконтроллер DD1, прежде
всего, посылает сигнал сброса на входы R счетчиков. Затем подает на входы С
каждого из них импульсы, числом, соответствующим выводимым цифрам.
Входы 5 счетчиков, отвечающие за полярность их выходных сигналов, соединены с
подложкой индикатора, на которую с вывода 18 микроконтроллера поступают
прямоугольные импульсы. В итоге напряжение на элементах индикатора тоже
импульсное, причем на тех, которые не должны быть видны, оно синфазно напряжению
на подложке, а на видимых — противофазно ему.
Выводы элементов ж1 (знак "минус"), б2 и в2 (цифра 1 в
разряде сотен градусов) подключены к микроконтроллеру напрямую. Он программно
формирует сигналы нужной для управления ими формы.
Если температуру проверяют лишь несколько раз в сутки, нет смысла держать
термометр включенным Для повышения экономичности предусмотрено управление его
питанием с помощью ключа на транзисторе VT1. Кратковременное замыкание контактов
кнопки SB1, подключенной параллельно участку эмиттер—коллектор транзистора, дает
микроконтроллеру DD1 достаточно времени для запуска тактового генератора и
выполнения процедуры инициализации, которая, в частности, устанавливает низкий
уровень на выходе RB6. Это удерживает транзистор открытым, а термометр —
включенным после отпускания кнопки.
Завершив инициализацию, микроконтроллер обращается к датчику температуры,
переводя его в режим девятиразрядного преобразования, затем посыпает датчику
команду начать измерение. Через 100 мс микроконтроллер считывает результат и
преобразует полученное значение в вид, пригодный для вывода на индикатор. Если
датчик не подключен или неисправен, будут выведены два нуля со знаком "минус".
По завершении загрузки цифр результата в счетчики DD2 и DD3 на выводе 18
микроконтроллера появится напряжение возбуждения индикатора. Еще через 3 с
программа завершит работу, предварительно установив высокий уровень на выводе 12
микроконтроллера. Транзистор VT1 будет закрыт, питание прибора выключено.
Таким образом, нажатие на кнопку SB1 приводит к однократному измерению
температуры и трехсекундному отображению результата на индикаторе. Этим
обеспечена высокая экономичность прибора.
В слове конфигурации необходимо указать, что тактовый генератор — INTRC (RA6 и
RA7 — линии ввода-вывода), сторожевой таймер выключен, включены таймер задержки
запуска при включении питания и узел сброса при снижении напряжения питания.
Состояние разрядов, отвечающих за режим низковольтного программирования и работу
вывода MCLR/RA5, в данном случае безразличны.
При разработке печатной платы, которая изображена на рис. 2, ставилась цель
добиться минимальных габаритов прибора. Это удалось сделать благодаря
использованию пассивных элементов типоразмера 0805 для поверхностного монтажа и
установке микросхем DD2, DD3 под индикатором HG1. Микроконтроллер DD1 в
малогабаритном корпусе SO.
Катушка L1 намотана на высокоомном (более 2 МОм) резисторе МЛТ-0,125 обмоточным
проводом диаметром 0,4 мм. Число витков — 17. Ее можно заменить унифицированной
индуктивностью 10...47 мкГн, рассчитанной на ток не менее 1 А.
Рекомендуется элементы преобразователя напряжения устанавливать на плату
первыми. К сожалению, микросхему МАХ1674 выпускают только в малогабаритном
корпусе с шагом выводов 0,5 мм. Паять их следует маломощным паяльником с тонким
заостренным жалом, набирая минимальное количество припоя.
Лишь убедившись, что преобразователь работоспособен и его выходное напряжение не
отличается от номинального (3,3 В) более чем на 5 %, можно продолжать монтаж.
Установив запрограммированный микроконтроллер, проверяют работу автоматического
выключателя питания на транзисторе VT1 и наличие импульсных сигналов на выводах
10,11 и 18 микроконтроллера.
После этого можно монтировать микросхемы DD2, DD3 и в последнюю очередь —
индикатор HG1. Выводы датчика ВК1 могут быть соединены с соответствующими
контактными площадками на плате жгутом проводов длиной до нескольких метров
FlipBooks are a great addition to any passive income strategy. Because once you create a FlipBook, market it, share it & Earn it, it can technically sell itself.
Learn More https://www.youtube.com/watch?v=JfRrd79oCfk?14640
Поиск по сайту
Для корректного поиска вводите в поисковую форму не более 20-25 символов.
Форма входа
Наш опрос
Рекомендуем
Полезно знать!
Сила тока (I) прямо пропорциональна напряжению (U) и обратно пропорциональна сопротивлению (R).
Вы можете поддержать сайт напрямую через наши платежные реквизиты
WebMoney Z355095169785 R218396818010 E144063919939 Все средства полученные от пользователей сайта будут использованы исключительно для поддержки и дальнейшего развития сайта.