Термометр на мікроконтролері PIC16F628A і DS18B20 (DS18S20) - стаття з докладним описом схеми запам'ятовуючого термометра і, до того ж, - логічне продовження раніше опублікованої мною статті на сайті сайту pichobbi.narod.ru. Цей термометр досить непогано зарекомендував себе, і було прийнято рішення трохи його модернізувати. У цій статті розповім, які зміни внесено до схеми та робочої програми, опишу нові функції. Стаття буде корисна новачкам. Пізніше переробив поточну версію термометра.
Термометр на мікроконтролері PIC16F628A та DS18B20(DS18S20) вміє:
- вимірювати та відображати температуру в діапазоні:
-55...-10 та +100...+125 з точністю 1 градус(ds18b20 та ds18s20)
-в діапазоні -9,9 ... +99,9 з точністю 0,1 градус (ds18b20)
-в діапазоні -9,5 ... +99,5 з точністю 0,5 градус (ds18s20); - Автоматично визначати датчик DS18B20 чи DS18S20;
- Автоматично перевіряти датчик на аварію;
- Запам'ятовувати максимальну та мінімальну виміряні температури.
Також у термометрі передбачено легку заміну 7 сегментного індикатора з ОК на індикатор з ОА. Організована щадна процедура запису в EEPROM пам'ять мікроконтролера. Вольтметр, який непогано себе зарекомендував, описаний у цій статті.
Принципова схема цифрового термометра на мікроконтролері розроблялася для надійного та тривалого використання. Усі деталі, що застосовуються у схемі, не дефіцитні. Схема проста у повторенні, відмінно підійде для початківців.
Принципова схема термометра показана малюнку 1
Малюнок 1 - Принципова схема термометра на PIC16F628A + ds18b20/ds18s20
Описувати всю важливу схему термометра не стану, тому що вона досить проста, зупинюся тільки на особливостях.
Як мікроконтролер застосовується PIC16F628Aфірми Microchip. Це недорогий контролер і, до того ж, не дефіцитний.
Для вимірювання температури використовуються цифрові датчики. DS18B20або DS18S20фірми Maxim. Ці датчики не дорогі, малі за розміром та інформація про виміряну температуру передається у цифровому вигляді. Таке рішення дозволяє, не турбуватися про переріз проводів, про їх довжину та інше. Датчики DS18B20,DS18S20здатні працювати в діапазоні температур від -55 ... +125 °С.
Температура виводиться на 7-ми сегментний 3-розрядний LED індикатор із загальним катодом (ОК) або з (ОА).
Для виведення на індикатор максимальної та мінімальної виміряної температури потрібна кнопка SB1. Для скидання пам'яті також потрібна кнопка SB1
Кнопкою SA1 можна оперативно перемикати датчики (вулиця, будинок).
Jamper необхідний для перемикання загального дроту LED індикатора. ВАЖЛИВО!Якщо індикатор з ОК - то ставимо jamper на нижнє за схемою положення, а транзистори VT1-VT3 впаюємо p-n-p провідності. Якщо LED індикатор з ОА, то jamper переводимо у верхнє за схемою положення, а транзистори VT1-VT3 впаюємо n-p-n провідності.
У таблиці 1 можна ознайомитися з усім переліком деталей та можливою їх заміною на аналог.
| Позиційне позначення | Найменування | Аналог/заміна |
| С1, С2 | Конденсатор керамічний - 0,1мкФх50В | - |
| С3 | Конденсатор електролітичний - 220мкФх10В | |
| DD1 | Мікроконтролер PIC16F628A | PIC16F648A |
| DD2,DD3 | Датчик температури DS18B20 або DS18S20 | |
| GB1 | Три пальчикові батареї 1,5В | |
| HG1 | 7-ми сегментний LED індикатор KEM-5631-ASR (OK) | Будь-який інший малопотужний для динамічної індикації та відповідний для підключення. |
| R1, R3, R14, R15 | Резистор 0,125Вт 5,1 Ом | SMD типорозмір 0805 |
| R2, R16 | Резистор 0,125Вт 5,1 ком | SMD типорозмір 0805 |
| R4, R13 | Резистор 0,125Вт 4,7 ком | SMD типорозмір 0805 |
| R17-R19 | Резистор 0,125Вт 4,3 ком | SMD типорозмір 0805 |
| R5-R12 | Резистор 0,125Вт 330 Ом | SMD типорозмір 0805 |
| SA1 | Будь-який відповідний перемикач | |
| SB1 | Кнопка тактова | |
| VT1-VT3 | Транзистор BC556B для індикатора із ОК/ транзистор BC546B для індикатора з ОА | KT3107/КТ3102 |
| XT1 | Клемник на 3 контакти. |
Для початкового налагодження цифрового термометра застосовувалася віртуальна модель, побудована в протеусі. На малюнку 2 можна побачити спрощену модель у протеусі
Малюнок 2 – Модель термометра на мікроконтролері PIC16F628A в Proteus'e
На малюнку 3-4 показано друковану плату цифрового термометра
Рисунок 3 – Друкована плата термометра на мікроконтролері PIC16F628A(низ) не в масштабі.
Рисунок 4 – Друкована плата термометра на мікроконтролері PIC16F628A(верх) не в масштабі.
Термометр, зібраний робочих деталей починає працювати відразу і налагодження не потребує.
Результат роботи малюнки 5-7.
Малюнок 5 - Зовнішній вигляд термометра
Малюнок 6 - Зовнішній вигляд термометра
Малюнок 7 - Зовнішній вигляд термометра
ВАЖЛИВО!У прошивку термометра не вшитареклама можна користуватися на своє задоволення.
Поправки, внесені до робочої програми:
1 автоматичне визначення датчика DS18B20 чи DS18S20;
2. знижений час перезапису в EEPROM (якщо виконалося умова для перезапису) з 5 хвилин до 1 хвилини.
3. збільшено частоту мерехтіння точки;
Більш детальний опис роботи термометра можна переглянути в документі, який можна завантажити наприкінці цієї статті. Якщо завантажувати немає бажання, то на сайті www.pichobbi.narod.ruтакож добре розписана робота пристрою.
Готова плата добре помістилася в китайський будильник (малюнки 8, 9).
Малюнок 8 – Вся начинка у китайському будильнику
Малюнок 9 - Вся начинка в китайському будильнику
Відео - Робота термометра на PIC16F628A
PIC16F676 Застосування, це і паяльна станція, управління високотемпературними процесами і т.д. з функцією ПІД регулювання нагрівального елемента
Вирішив до свого ламінатора вставити термометр, термометр на термопарі K-типу. Щоб він у мене став більш інформативним, вважаю, що хобійний радіоаматор не може задовольнятися, коли на такому приладі горить лише два світлодіоди "POWER" та "READY". Розводжу хустку під свої деталі. Про всяк випадок з можливістю її різати навпіл (це деяка універсальність). Відразу з місцем під силову частину на тиристорі, але поки цю частину не використовую, це буде у мене схемка під паяльник (коли придумаю, як пристроити термопару в жало)
У ламінаторі мало місця (механізми розташовані дуже щільно, чи розумієш китай), використовую маленький семисегментний індикатор, але це ще не все, плата цілком теж не влазить, ось тут знадобилася універсальність плати, розрізаю її надвоє (якщо використовувати роз'єм верхня частина підходить до багатьох розробкам на пікушках від ur5kby.)
Налаштовую, спочатку роблю, як сказано у форумі, не впаюю термопару, задаю 400 (хоча якщо цей параметр буде в пам'яті, цей пункт відпаде) налаштовую змінниками приблизно кімнатну і точно по кипінню,
Такий контролер теоретично працює до 999 ° C але в домашніх умовах таку температуру навряд чи знайти, найбільше це відкритий вогонь, але це джерело тепла має сильну нелінійність і чутливість до зовнішніх умов.
ось приблизна таблиця. 
і ще для наочності 
Отже, вибір невеликий у виборі джерела для налаштування показань контролера.
більше тут ніякої гри кнопочками, Все можна збирати,
Термопару використав від китайського тестера. І пост у форумі набрид мене, що цю термопару можна розмножувати, її довжина майже півметра, відрізаю 2 см.
роблю трансформатором по скручуванні вугіллям, кулька виходить, а до двох кінців точно так, по мідному дроту, для гарного паяння до моїх проводів.
Серія статей про вимірювання температури контролерами Ардуїно була б неповною, без розповіді про термопари. Тим більше що вимірювати високі температури більше нема чим.
Термопари (термоелектричні перетворювачі).
Усі термодатчики з попередніх уроків дозволяли вимірювати температуру в діапазоні не ширше – 55…+150 °C. Для вимірювання вищих температур найпоширенішими датчиками є термопари. Вони:
- мають вкрай широкий діапазон вимірювання температури -250...+2500 °C;
- можуть бути відкалібровані на високу точність вимірювання до похибки не більше 0,01 °C;
- зазвичай мають низьку ціну;
- вважаються надійними датчиками температури.
Головний недолік термопар – це необхідність у досить складному прецизійному вимірнику, який має забезпечувати:
- вимір низьких значень термо-ЕРС з верхнім значенням діапазону десятки, а іноді й одиниці мВ;
- компенсацію термо-ЕРС холодного спаю;
- лінеаризацію характеристики термопари
Принцип дії термопар.
Принцип дії датчиків такого типу заснований на термоелектричному ефекті (ефект Зеєбека). Тому інша назва термопари – термоелектричний перетворювач.
У ланцюзі між з'єднаними різнорідними металами утворюється різниця потенціалів. Її величина залежить від температури. Тому вона називається термо-ЕРС. У різних матеріалів величина термо-ЕРС різна.
Якщо ланцюги стики (спаї) різнорідних провідників пов'язані в кільце і мають однакову температуру, то сума термо-ЕРС дорівнює нулю. Якщо ж спаї проводів знаходяться за різних температур, то загальна різниця потенціалів між ними залежить від різниці температур. В результаті ми приходимо до конструкції термопари.
Два різнорідні метали 1 і 2 в одній точці утворюють робочий спай. Робочий спай поміщають у точку, температуру якої потрібно виміряти.
Холодні спаї - це точки підключення металів термопари до іншого металу, як правило, до міді. Це можуть бути клемні колодки вимірювального приладу або мідні дроти зв'язку з термопарою. У будь-якому випадку необхідно вимірювати температуру холодного спаю та враховувати її у обчисленнях виміряної температури.
Основні типи термопар.
Найбільшого поширення набули термопари ХК (хромель – копель) і ХА (хромель – алюмель).
| Назва | Позначення НСХ | Матеріали | Діапазон вимірювання, °C | Чутливість, мкВ/°C, (при температурі, °C) | Термо-ЕРС, мВ, при 100 °C |
| ТХК (хромель-копелі) | L | Хромель, крапель | - 200 … + 800 | 64 (0) | 6,86 |
| ТХА (хромель-алюмель) | K | Хромель, алюмель | - 270 … +1372 | 35 (0) | 4,10 |
| ТПР (платино-родієві) | B | Платинородій, платина | 100 … 1820 | 8 (1000) | 0, 03 |
| ТВР (вольфрам-ренієві) | A | Вольфрам-реній, вольфрам-реній | 0 … 2500 | 14 (1300) | 1,34 |
Як практично вимірювати температуру за допомогою термопари? Методика виміру.
Номінальна статична характеристика (НСХ) термопари задана у вигляді таблиці із двома стовпцями: температура робочого спаю та термо-ЕРС. ДЕРЖСТАНДАРТ Р 8.585-2001 містить НСХ термопар різних типів, задані для кожного градуса. Можна завантажити у PDF форматі за цим посиланням.
Для вимірювання температури за допомогою термопари необхідно виконати такі дії:
- виміряти термо-ЕРС термопари (E заг.);
- виміряти температуру холодного спаю (T хол. спаю);
- за таблицею НСХ термопари визначити термо-ЕРС холодного спаю, використовуючи температуру холодного спаю (E хол. спаю);
- визначити термо-ЕРС робочого спаю, тобто. додати ЕРС холодного спаю до загальної термо-ЕРС (E раб. спаю = E заг. + E хол. спаю);
- за таблицею НСХ визначити температуру робочого спаю, використовуючи термо-ЕРС робочого спаю.
Ось приклад, як я заміряв за допомогою термопар типу ТХА температуру жала паяльника.
- Доторкнувся робочим спаєм до жалу паяльника, завмер напругу на висновках термопари. Вийшло 10,6 мВ.
- Температура довкілля, тобто. температура холодного спаю – приблизно 25 °C. ЕРС холодного спаю з таблиці ГОСТ Р 8.585-2001 для термопар типу K при 25 ° C дорівнює 1 мВ.
- Термо-ЕРС робочого спаю дорівнює 10,6 + 1 = 11,6 мВ.
- Температура тієї ж таблиці для 11,6 мВ дорівнює 285 °C. І це виміряне значення.
Таку послідовність дій нам треба реалізувати у програмі Ардуїно термометра.
Ардуїно термометр для вимірювання високих температур за допомогою термопар типу ТХА.
У мене знайшлася термопара TP-01A. Типова, поширена ТХА термопара від тестера. Її я і використовуватиму в термометрі.
На упаковці вказані параметри:
- тип K;
- діапазон виміру – 60 … + 400 °C;
- точність ±2,5 % у діапазоні до 400 °C.
Діапазон вимірювання вказаний для кабелю зі скловолокна. Існує схожа термопара TP-02, але із зондом довжиною 10 см.
TP-02 має верхню межу вимірювання 700 °C . Отже, розроблятимемо термометр:
- для термопар типу ТХА;
- з діапазоном виміру – 60 … + 700 °C.
Розібравшись у програмі та схемі пристрою, Ви зможете створити вимірювач для термопар будь-яких типів з будь-яким діапазоном вимірювання.
Інші функціональні можливості термометра такі ж, як у пристроїв із трьох попередніх уроків, включаючи функцію реєстрації зміни температури.
Рубрика: . Ви можете додати до закладок.