Схема термометра на микроконтроллере

Основа схемы термометра микроконтроллер PIC16F628A, он выбран не случайно во первых его легко достать, а во вторых он достаточно дешевый, кроме того он обладает блоком энергонезависимой памяти и внутренней RC цепочкой, которую мы применим в роле тактового генератора с фиксированной частотой на четыре МГц. Это позволило нам существенно облегчить вес схемы, уменьшив общее количество радиокомпонентов.

В качестве измерительного датчика температуры мы взяли недорогой и доступный цифровой датчик DS18B20 передающий информацию о температуре сразу в цифровом виде, что позволило исключить из схемы достаточно дорогой АЦП. В соответствии со своими техническими характеристиками датчик DS18B20 может измерять температуру в диапазоне от -55… +125 °С. И

Информация подается на трех разрядный семисегментный индикатор зеленого цвета с общим катодом, и только поэтому дробная часть информации о температуре не выводится, поэтому если требуется более высокая точность измерения используйте другой сегментный индикатор. Сопротивления R5-R11 применяются с целью токоограничения, катоды индикатора подсоединяются через биполярные транзисторы типа КТ315, это позволяет разгрузить отдельные пины микроконтроллера.

Собрана схема на печатной плате, вместе с цифровым индикатором. Датчик и питание подсоединяются отдельно. Если температурный преобразователь не подсоединен, на индикаторе загорается буква Е. Диод VD1 предназначен для защиты от случайной переполюсовки.

Печатная плата схемы цифрового термометра, отображена на рисунке ниже, была сделана в специализированной программе Sprint-Layout. Этот чертеж в оригинале вы сможете найти в архиве по зеленой стрелочке в начале статьи.

Термометр способен работать как с преобразователем DS18B20, так и с датчиком DS1820(DS18S20). Под каждый температурный преобразователь применяется своя прошивка микроконтроллера. На фотографии выше показан вариант этого измерительного устройства с уже установленным на печатную плату диодным мостом и стабилизатором типа 7805. Кроме того, к конструкции добавлен светодиод, который кратковременно загорается во время опроса МК температурным датчиком. Светодиод подсоединен между ножкой RB3 (9 вывод ) и "массой", естественно с сопротивлением.

Схема универсального программатора EXTRA-PIC и сама программа, а также опсание ируководство по использованию. Сделайте это один раз и вы всегда сможете запрограмировать PIC микроконтроллер.

Для отображения температуры у микроконтроллера использованы два вывода для тактирования и для передачи информации.

Микросхемы 74164 регистрового сдвига при появлении тактового импульса, переносят значение входного сигнала на выход Q0. Значение прошлого то же передвигается на один шаг. Семи сегментные индикаторы подсоединены к регистровым выходам. К свободным выводам подключены светодиоды для индикации знака отрицательной температуры и номера считываемого температурного датчика. В роли температурных датчиков используется таже микросхема. В архиве к схеме вы найдете прошивку для микроконтроллера и чертеж печатной платы устройства.

Схема цифрового термометра, выполнена на микроконтроллере Attiny2313 и имеет выносной цифровой датчик DS18B20. Пределы измерения от -55 до +125 градусов, шаг измерения 0,1 градус. При необходимости можно использовать до восьми цифровых датчиков. Микроконтроллер обменивается данными с датчиком по протоколу 1Wire.

В начальный момент времени осуществляется поиск и инициализация всех имеющихся датчиков, затем с них осуществляется передача информации о температуре с выводом на цифровой индикатор HL1 с общим катодом или с анодом.

Для прошивки микроконтроллера Attiny2313 требуется выставить фьюзы в соответствии с рисунком для программы CodeVision AVR:

Прошивку и чертеж печатной платы в формате Sprint-Layout вы можете скачать нажав на зеленую ссылочку рядом с заголовком.

Читайте также:  Краска для стен которую можно мыть

В роли датчика в первой конструкции применена крайне интересная идея, а именно использование старого отечественного транзистора типа КТ315В, а во втором устройстве используется типовой преобразователь ds18b20.


Решил я сделать двухканальный термометр, только не обычный, а с беспроводным датчиком для улицы. Идея конечно не новая, на рынке уже имеются подобные термометры промышленного производства. Так как у меня были наработки по подключению радиомодулей к микроконтроллеру, я начал разрабатывать свой вариант беспроводного термометра.

Для измерения температуры я использовал распространенные датчики DS18B20, для отображения показаний применил не менее популярный ЖК дисплей Nokia 5110. Радиомодули и алгоритм передачи данных я рассматривал ранее в статье про передатчик и приемник на 433 МГц

Ниже представлена схема беспроводного датчика на микроконтроллере PIC12F675.

После подачи питания микроконтроллер считывает значение температуры с датчика BK1 и отправляет эти данные на радиопередатчик A1, после чего происходит переход в спящий режим. Пробуждение микроконтроллера происходит по прерыванию, которое генерируется изменением уровня на линии GP0. К этой линии подключена RC цепочка на элементах R2 и C4, которая выполняют функцию таймера. При выходе из спящего режима на линии GP0 устанавливается низкий логический уровень, тем самым конденсатор C4 разряжается. Перед уходом в “сон” линия настраивается на вход, конденсатор начинает заряжаться через резистор R4, при достижении порогового напряжения (около 1,2В) происходит прерывание и пробуждение микроконтроллера. При указанных на схеме номиналах R2, C4 период пробуждения составляет примерно 5 минут. Установив перемычку JP1, можно сократить период до 5,5 секунд. Путем подбора конденсатора и резистора можно настраивать желаемое время периода, но при этом надо учитывать ток заряда конденсатора, в плане энергопотребления.

Значение температуры по радиоканалу передается в виде пакета из 3-х байт, последний байт представляет собой контрольную сумму первых 2-х байт. Алгоритм передачи данных, который я использую, в принципе позволяет обходиться без контрольной суммы, вероятность приема неправильных данных низкая. Скорость передачи составляет 3,3 Кбит/сек. Каждый раз после измерения температуры отсылается 3 пакета байтов, пауза между пакетами составляет 10 мс, такой вариант передачи я применил для увеличения надежности получения данных приемником. Это связано с тем, что приемная сторона прерывает прием сигнала на 4-5 мс, во время измерения температуры с внутреннего (домашнего) датчика.

В качестве питания используется батарея 6F22 на 9В (“Крона”), модуль радиопередатчика A1 питается напрямую от батареи. Для питания микроконтроллера используется микромощный стабилизатор напряжения DA1 (MCP1702) на 5В, собственный ток потребления стабилизатора составляет всего 1-2 мкА, максимальный ток нагрузки до 250 мА. Стабилизатор MCP1702 можно заменить на LP2950, ток потребления которого выше и составляет 75 мкА. Обычные стабилизаторы напряжения типа L78хх имеют большой ток потребления в несколько миллиампер, поэтому не годятся для аппаратуры с батарейным питанием. Ток потребления устройства в спящем режиме меняется с течением времени по мере заряда конденсатора С4, первые 2,5 минуты потребление составляет 10 мкА, последующие 2,5 минуты ток плавно увеличивается, до момента выхода из спящего режима. Данное явление возникает из-за наличия токов переключения входного буфера микроконтроллера.

Хочу отметить, что при низких температурах емкость батареек уменьшается быстрее, не все типы батареек можно использовать в таких условиях. Лучшими показателями при отрицательных температурах обладают литиевые батарейки, далее следуют Ni-Mh аккумуляторы, щелочные батарейки занимают третью позицию, солевые элементы не пригодны для таких условий.

Читайте также:  Как просто пожарить минтай на сковороде

Ниже представлена схема термометра на микроконтроллере PIC16F628A.

Дисплей HG1, датчик BK1 и микроконтроллер питаются напряжением 3,3В от стабилизатора DA2. Такое значение было выбрано в связи с характеристиками дисплея, максимальное напряжение питания которого составляет 3,3В, кроме этого отпадает необходимость в согласовании уровней напряжения между линиями ввода/вывода дисплея и микроконтроллера. Модуль приемника A1 питается от стабилизатора DA1, с выходным напряжением 5В. Резисторы R6, R7 установлены для согласования уровней напряжения.

Микроконтроллер DD1 считывает значение температуры с датчика BK1 каждые 2 секунды, параллельно принимает сигнал с приемника, при получении пакета байтов от передатчика вспыхивает светодиод HL1. В верхней части дисплея отображается надпись “Дом”, под которой выводится значение температуры с внутреннего (домашнего) датчика, ниже отображается надпись “Улица” и температура, полученная от беспроводного датчика. После приема данных по радиоканалу, микроконтроллер запускает таймер, который ведет отсчет времени для контроля получения данных. Если данные не были получены за период отсчета таймера, вместо показаний температуры, на дисплее высвечивается символы тире “- – – – -”. Время отсчета можно задать в пределах 1-15 минут с шагом в одну минуту. Для этого, перед программированием микроконтроллера, необходимо записать число от 1 до 15 в ячейку EEPROM с адресом 0x00. По умолчанию устанавливается период в 7 минут. При неисправности датчиков BK1, для обоих устройств, вместо значения соответствующей температуры, выводится надпись “ERROR”. Кнопка SB1 управляет подсветкой дисплея, по умолчанию подсветка включена. Кнопка SB2 предназначена для регулировки контрастности дисплея, так как у разных экземпляров она может отличаться.

Для питания устройства подойдет нестабилизированный источник питания с выходным напряжением 8-12В. Оба устройства размещены в пластиковых корпусах. Антенна для радиомодулей выполнена в виде отрезка одножильного провода длиной 17 см (четверть длины волны несущей частоты).

Обновленная версия прошивки, добавлено автоматическое выключение подсветки дисплея через 6-8 секунд, а также сохранение значения контрастности дисплея в EEPROM память, чтобы не настраивать заново контрастность при выключении питания.
Обновленная прошивка термометра

Недавно занимался сборкой компьютера с полностью пассивным охлаждением. Чтобы было удобно контролировать температуру процессора, нужно было по быстрому собрать термометр. Всяческие программы типа «Everest», «Aida», и прочие мне не подходили по одной простой причине: хотелось контролировать температуру даже при выключенном мониторе. Или даже при полностью отключенном мониторе. Было решено собрать термометр на основе цифрового датчика DS18B20, дешёвого микроконтроллера AVR, и семисегментного индикатора. Сначала я хотел повторить схему термометра по одному из вариантов, предложенных в интернете. Но после анализа схем, размещённых в интернете, я пришёл к выводу, что придётся изобретать свой «велосипед».

Конструкции, представленные в интернете, имели ряд недостатков, а именно:
* низкая скорость динамической индикации (50. 100 герц), изза которой становится некомфортно смотреть на индикатор, если быстро бросить на него взгляд, кажется что цифры «шевелятся»;
* не все конструкции адекватно измеряли весь диапазон температур (от -55 до +125), попадались например конструкции, не измеряющие температуру ниже нуля градусов, или некорректно измеряющие температуру выше 100 градусов;
* отсутствовала проверка контрольной суммы (CRC);
* общие выводы сегментов подключались к одной ножке микроконтроллера без ключевых транзисторов, ПЕРЕГРУЖАЯ ПОРТЫ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА.

При перегрузке портов МК, яркость свечения индикатора может снизиться, а также можно пожечь ножки микроконтроллера. Несколько лет назад я собирал термометр на ATtiny2313+DS18B20 по схеме с интернета. Схема была без ключевых транзисторов. При температуре 18 градусов, цифра «1» светилась ярко, а цифра «8» светилась заметно тусклее, надеюсь всем понятно почему всё происходит именно так. Поэтому я пообещал себе в будущем не перегружать ножки МК. Вот кстати фотка того термометра, собранного по схеме из инета, думаю что в комментариях не нуждается:

Читайте также:  Дома из клееного бруса по финской технологии

Также хотелось сделать несколько доработок:
* вывести на индикатор символ градуса (десятые доли градуса мне были не так критичны);
* затактировать микроконтроллер от внешнего кварца, так как протокол «1-Wire», который использует датчик, критичен к формированию временнЫх интервалов (тайм-слотов), поэтому молиться о стабильности встроенного тактового генератора мне не хотелось;
* ввести в программу проверку контрольной суммы, при несовпадении контрольной суммы выводить на индикатор: «Crc»;
* добавить в схему диод (для защиты схемы от переполюсовки питания);
* при подаче питания в течении 1 секунды засветить все сегменты (так называемый тест сегментов).

Проект я написал в среде AVR Studio 5, функции работы с датчиком нашёл где-то в инете, а остальное переписал на свой лад, обильно снабдив комментраиями исходный код. В конце статьи есть ссылка на скачивание прошивки и исходника.

Семисегментный индикатор я использовал на 3 знакоместа, сегменты с общим анодом. Также в архиве (в конце статьи) есть прошивки под индикатор с общим катодом. Общие выводы сегментов я подключил сразу к двум выводам МК, соединённым параллельно. Таким образом, каждый общий вывод сегментного индикатора использует 2 ножки МК для повышения нагрузочной способности выводов.

Микроконтроллер я использовал ATtiny2313A (также можно использовать ATtiny2313 или ATtiny2313L), задействовал практически все свободные ножки (за исключением ножки сброса). Если собирать термометр на ATmega8, то можно соединять параллельно по 3 или по 4 ножки для повышения нагрузочной способности портов.

Прилагаю фотографии собранного термометра. Корпуса покачто нет, так как термометр будет встраиваться в корпус ПК.

Индикация.
Не подключен датчик температуры, либо короткое замыкание на линии данных:

Ошибка контрольной суммы (CRC):

Подключен датчик температуры, температура от -55 до -10 градусов:

Подключен датчик температуры, температура от -9 до -1 градуса:

Подключен датчик температуры, температура от 0 до 9 градусов:

Подключен датчик температуры, температура от 10 до 99 градусов:

Подключен датчик температуры, температура от 100 до 125 градусов:

Частота динамической индикации — несколько килогерц, благодаря чему мерцание на глаз не заметно даже при броском взгляде на индикатор.
Для желающих повторить конструкцию я скомпилировал несколько прошивок под разные кварцы: 4 МГц, 8 МГц, 10 МГц, 12 МГц, 16 МГц.
Также сделал прошивки под индикаторы с общим анодом (ОА), и с общим катодом (ОК). Все прошивки в архиве (см. ниже).

г.Вельск, Апрель 2014г.
P.S. Первоначально материал разместил тут.

UPD. Обновил прошивку. Мелкие исправления, мелкие плюшечки. Из основного — stdint типы данных, гибкая настройка ног под сегменты. Все изменения описаны в шапке исходника.
В связи с большим наплывом желающих выкинуть кварц из схемы, и не читающих зачем он в схеме нужен, отключил комментарии.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *