Экономичный цифровой термометр

September 9, 2012 by admin Комментировать »

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

Автор: А. ВАКУЛЕНКО Журнал Радио №3 2005г.

Связь с автором: Нет данных

Веб сайт автора: Нет данных

Прислал: Нет данных

Источник: eldigi.ru

Доп материалы, файлы к устройству (схеме):

Исходный текст на asm и прошивка

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты