Teploměr na mikrokontroléru PIC16F628A a DS18B20 (DS18S20) - článek s podrobným popisem obvodu paměťového teploměru a navíc logické pokračování článku, který jsem dříve publikoval na webu Yandex pichobbi.narod.ru. Tento teploměr se docela osvědčil a bylo rozhodnuto jej trochu zmodernizovat. V tomto článku vám řeknu, jaké změny byly provedeny ve schématu a pracovním programu, popíšu nové funkce. Článek bude užitečný pro začátečníky. Později jsem aktuální verzi teploměru převedl na .

Teploměr na mikrokontroléru PIC16F628A a DS18B20 (DS18S20) může:

• měřit a zobrazovat teplotu v rozsahu:
  -55...-10 a +100...+125 s přesností na 1 stupeň (ds18b20 a ds18s20)
  -v rozsahu -9,9...+99,9 s přesností 0,1 stupně (ds18b20)
  -v rozsahu -9,5...+99,5 s přesností 0,5 stupně (ds18s20);
• Automaticky detekovat senzor DS18B20 nebo DS18S20;
• Automaticky zkontrolujte, zda senzor nefunguje;
• Pamatujte na maximální a minimální naměřené teploty.

Teploměr také umožňuje snadnou výměnu 7segmentového indikátoru z OK na indikátor s OA. Byl zorganizován jemný postup pro zápis do paměti EEPROM mikrokontroléru. Voltmetr, který se dobře osvědčil, je popsán v tomto článku -.

Schéma zapojení digitálního teploměru na mikrokontroléru bylo vyvinuto pro spolehlivé a dlouhodobé používání. Všechny součásti použité v obvodu nejsou nedostatkové. Vzor je snadno sledovatelný a ideální pro začátečníky.

Schéma teploměru je znázorněno na obrázku 1

Obrázek 1 - Schematické schéma teploměru na PIC16F628A + ds18b20/ds18s20

Nebudu popisovat celé schéma zapojení teploměru, protože je celkem jednoduché, pozastavím se pouze u funkcí.

Používá se jako mikrokontrolér PIC16F628A od společnosti Microchip. Jedná se o levný ovladač a také není nedostatek.

K měření teploty se používají digitální senzory DS18B20 nebo DS18S20 od Maxima. Tyto snímače jsou levné, mají malé rozměry a informace o naměřené teplotě se přenášejí digitálně. Toto řešení vám umožní nestarat se o průřez vodičů, jejich délku atd. Senzory DS18B20,DS18S20 schopné provozu v rozsahu teplot -55… +125 °C.

Teplota se zobrazuje na 7segmentovém 3místném LED indikátoru se společnou katodou (OK) nebo s (OA).

Pro zobrazení maximální a minimální naměřené teploty na indikátoru potřebujete tlačítko SB1. K resetování paměti potřebujete také tlačítko SB1

Pomocí tlačítka SA1 můžete rychle přepínat čidla (ulice, dům).

Pro přepnutí společného vodiče pro LED indikátor je potřeba propojka. DŮLEŽITÉ! Pokud je indikátor v pořádku, dáme rušič do spodní polohy podle schématu a připájeme tranzistory VT1-VT3 s vodivostí p-n-p. Pokud je LED indikátor OA, pak posuneme rušič do horní polohy podle schématu a připájeme tranzistory VT1-VT3 s vodivostí n-p-n.

V tabulce 1 vidíte celý seznam dílů a jejich případnou výměnu za analog.

Tabulka 1 – Seznam dílů pro sestavení teploměru

Označení pozice	název	Analogové/náhrada
C1, C2	Keramický kondenzátor - 0,1 μFx50V	-
C3	Elektrolytický kondenzátor - 220μFx10V
DD1	Mikrokontrolér PIC16F628A	PIC16F648A
DD2,DD3	Teplotní čidlo DS18B20 nebo DS18S20
GB1	Tři 1,5V AA baterie
HG1	7segmentový LED indikátor KEM-5631-ASR (OK)	Jakékoli jiné nízkopříkonové pro dynamickou indikaci a vhodné pro připojení.
R1,R3,R14,R15	Rezistor 0,125W 5,1 Ohm	Velikost SMD 0805
R2, R16	Rezistor 0,125W 5,1 kOhm	Velikost SMD 0805
R4, R13	Rezistor 0,125W 4,7 kOhm	Velikost SMD 0805
R17-R19	Rezistor 0,125W 4,3 kOhm	Velikost SMD 0805
R5-R12	Rezistor 0,125W 330 Ohm	Velikost SMD 0805
SA1	Jakýkoli vhodný spínač
SB1	Tlačítko taktu
VT1-VT3	Tranzistor BC556B pro indikátor s OK/tranzistor BC546B pro indikátor s OA	KT3107/KT3102
XT1	Svorkovnice pro 3 kontakty.

Pro počáteční ladění digitálního teploměru byl použit virtuální model vestavěný v Proteus. Na obrázku 2 můžete vidět zjednodušený model v Proteus

Obrázek 2 – Model teploměru na mikrokontroléru PIC16F628A v Proteus

Obrázek 3-4 ukazuje obvodovou desku digitálního teploměru

Obrázek 3 – Deska s plošnými spoji teploměru na mikrokontroléru PIC16F628A (dole) není v měřítku.

Obrázek 4 – Deska s plošnými spoji teploměru na mikrokontroléru PIC16F628A (nahoře) není v měřítku.

Teploměr, smontované pracovní části, začne fungovat okamžitě a nepotřebuje ladění.

Výsledkem práce jsou obrázky 5-7.

Obrázek 5 - Vzhled teploměru

Obrázek 6 - Vzhled teploměru

Obrázek 7 - Vzhled teploměru

DŮLEŽITÉ! Ve firmwaru teploměru nezašité reklama může být použita pro vaše potěšení.

Změny provedené v pracovním programu:

1 automatická detekce senzoru DS18B20 nebo DS18S20;

2. Doba přepisu v EEPROM byla zkrácena (pokud je splněna podmínka pro přepis) z 5 minut na 1 minutu.

3. Frekvence blikání tečky byla zvýšena;

Podrobnější popis činnosti teploměru naleznete v dokumentu, který je ke stažení na konci tohoto článku. Pokud nechcete stahovat, tak na webu www.pichobbi.narod.ru Perfektně je popsána i obsluha zařízení.

Hotová deska dokonale zapadla do čínského budíku (obrázky 8, 9).

Obrázek 8 – Všechny náplně v čínském budíku

Obrázek 9 - Všechny výplně v čínském budíku

Video - Provoz teploměru na PIC16F628A

PIC16F676 Použití: pájecí stanice, řízení vysokoteplotních procesů atd. s funkcí PID regulace topného tělesa

Rozhodl jsem se vložit do svého laminátoru teploměr, termočlánkový teploměr typu K. Aby to pro mě bylo informativnější, domnívám se, že hobby radioamatér nemůže být spokojený, když na takovém zařízení svítí pouze dvě LED „POWER“ a „READY“. Aranžuji šátek pro své detaily. Pro každý případ, s možností zkrátit jej na polovinu (to je určitá všestrannost). Hned s místem pro silovou část na tyristoru, ale tuto část zatím nepoužívám, bude to můj obvod pro páječku (až přijdu na to, jak připojit termočlánek ke špičce)

V laminátoru je málo místa (mechanismy jsou umístěny velmi těsně, znáte to v Číně), používám malý sedmisegmentový indikátor, ale to není vše, nevejde se ani celá deska, tady je ta univerzálnost desky mi přijde vhod, přeřízl jsem ji na polovinu (pokud použijete konektor, horní část se hodí k mnoha novinkám od ur5kby.)

Nastavil jsem, nejdříve udělám jak je uvedeno na fóru, nepájem v termočlánku, nastavím 400 (i když pokud je tento parametr v paměti, tato položka zmizí), nastavím proměnné na přibližně pokojovou teplotu a přesně k bodu varu,

Takový regulátor teoreticky pracuje do 999°C, ale doma takovou teplotu pravděpodobně nenajdete, maximálně se jedná o otevřený oheň, ale tento zdroj tepla má silnou nelinearitu a citlivost na vnější podmínky.

zde je vzorová tabulka.
a také pro přehlednost

Při výběru zdroje pro úpravu hodnot regulátoru je tedy malý výběr.

Už se nehraje s tlačítky, vše lze sbírat,
Použil jsem termočlánek z čínského testeru. A příspěvek na fóru mi poradil, že tento termočlánek se dá namnožit, jeho délka je skoro půl metru, odřízl jsem 2 cm.

Vyrobím transformátor tak, že ho zkroutím dřevěným uhlím, získá se kulička a na dva konce je to úplně stejné, podél měděného drátu, pro dobré připájení k mým drátům.

Série článků o měření teploty pomocí ovladačů Arduino by byla neúplná bez příběhu o termočláncích. Navíc není čím jiným měřit vysoké teploty.

Termočlánky (termoelektrické měniče).

Všechna teplotní čidla z předchozích lekcí umožňovala měřit teplotu v rozsahu ne širším než – 55 ... + 150 °C. Pro měření vyšších teplot jsou nejběžnějšími snímači termočlánky. Ony:

• mají extrémně široký rozsah měření teploty -250 … +2500 °C;
• lze kalibrovat pro vysokou přesnost měření až do chyby větší než 0,01 °C;
• obvykle mají nízkou cenu;
• jsou považovány za spolehlivé snímače teploty.

Hlavní nevýhodou termočlánků je potřeba poměrně složitého přesného měřiče, který musí zajistit:

• měření nízkých hodnot termo-EMF s horní hodnotou v rozmezí desítek a někdy i jednotek mV;
• kompenzace termo-EMF studeného konce;
• linearizace charakteristik termočlánku.

Princip činnosti termočlánků.

Princip činnosti tohoto typu senzoru je založen na termoelektrickém jevu (Seebeckův efekt). Proto je jiný název pro termočlánek termoelektrický měnič.

V obvodu se mezi spojenými nepodobnými kovy vytváří potenciálový rozdíl. Jeho hodnota závisí na teplotě. Proto se nazývá termo-emf. Různé materiály mají různé hodnoty tepelného emf.

Pokud jsou v obvodu spoje (přechody) různých vodičů spojeny do kruhu a mají stejnou teplotu, pak je součet termo-EMF roven nule. Pokud jsou přechody vodičů při různých teplotách, pak celkový rozdíl potenciálů mezi nimi závisí na rozdílu teplot. V důsledku toho se dostáváme k návrhu termočlánku.

Dva různé kovy 1 a 2 tvoří pracovní spojení v jednom bodě. Pracovní uzel je umístěn v místě, jehož teplotu je třeba měřit.

Studené spoje jsou místa, kde se kovy termočlánku spojují s jiným kovem, obvykle mědí. Mohou to být svorkovnice měřicího přístroje nebo měděné komunikační vodiče k termočlánku. V každém případě je nutné změřit teplotu studeného konce a zohlednit ji při výpočtu naměřené teploty.

Hlavní typy termočlánků.

Nejpoužívanější termočlánky jsou XK (chromel - copel) a XA (chromel - alumel).

název	Označení NSKh	Materiály	Rozsah měření, °C	Citlivost, µV/°C, (při teplotě, °C)	Thermo-EMF, mV, při 100 °C
THC (chromel-copel)	L	Chromel, copel	- 200 … + 800	64 (0)	6,86
TCA (chromel-alumel)	K	Chromel, alumel	- 270 … +1372	35 (0)	4,10
TPR (platina-rhodium)	B	Platinorhodium, platina	100 … 1820	8 (1000)	0, 03
TVR (wolfram-rhenium)	A	Wolfram-rhenium, wolfram-rhenium	0 … 2500	14 (1300)	1,34

Jak prakticky měřit teplotu pomocí termočlánku. Technika měření.

Jmenovitá statická charakteristika (NSC) termočlánku je uvedena ve formě tabulky se dvěma sloupci: teplota pracovního přechodu a termo-emf. GOST R 8.585-2001 obsahuje NSCH termočlánků různých typů, specifikovaných pro každý stupeň. Lze stáhnout ve formátu PDF z tohoto odkazu.

Chcete-li měřit teplotu pomocí termočlánku, postupujte takto:

• změřte termo-EMF termočlánku (Etotal);
• změřte teplotu studeného konce (T cold junction);
• Pomocí tabulky termočlánku NSH určete termo-EMF studeného konce pomocí teploty studeného konce (studený konec E);
• určit termo-EMF pracovního přechodu, tzn. přidejte EMF studeného konce k celkovému termo-EMF (E pracovní křižovatka = E celková + E studený konec);
• Pomocí tabulky NSH určete teplotu pracovního přechodu pomocí termo-EMF pracovního přechodu.

Zde je příklad, jak jsem změřil teplotu hrotu páječky pomocí termočlánku TXA.

• Dotkl jsem se pracovním spojem hrotu páječky a změřil napětí na svorkách termočlánku. Výsledek byl 10,6 mV.
• Okolní teplota, tzn. teplota studeného konce je přibližně 25 °C. EMF studeného konce z tabulky GOST R 8.585-2001 pro termočlánek typu K při 25 °C je 1 mV.
• Tepelné EMF pracovního přechodu je 10,6 + 1 = 11,6 mV.
• Teplota ze stejné tabulky pro 11,6 mV je 285 °C. Toto je naměřená hodnota.

Tuto sekvenci akcí musíme implementovat v programu teploměru Arduino.

Arduino teploměr pro měření vysokých teplot pomocí termočlánku typu TXA.

Našel jsem termočlánek TP-01A. Typický, široce používaný TCA termočlánek z testeru. To je to, co použiji v teploměru.

Parametry uvedené na obalu jsou:

• typ K;
• rozsah měření – 60 … + 400 °C;
• Přesnost ±2,5% až do 400°C.

Rozsah měření je založen na kabelu ze skelných vláken. Existuje podobný termočlánek TP-02, ale s 10 cm dlouhou sondou.

TP-02 má horní limit měření 700 °C. Vyvineme tedy teploměr:

• pro termočlánek typu TXA;
• s rozsahem měření – 60 … + 700 °C.

Jakmile pochopíte program a schéma zapojení zařízení, můžete vytvořit měřič pro termočlánky jakéhokoli typu s libovolným rozsahem měření.

Zbývající funkčnost teploměru je stejná jako u přístrojů z předchozích tří lekcí, včetně funkce záznamu teplotních změn.

Kategorie: . Můžete si to uložit do záložek.