Введение

Представленный Вашему вниманию простой термометр разработан на базе популярного микроконтроллера PIC16F628A фирмы Microchip. В качестве датчика используется цифровой термометр DS1821 от Dallas Semiconductor. Отличительной особенностью данного устройства является использование малого количества электронных элементов и простота изготовления.

Назначение

Термометр предназначен для измерения температуры воздуха в доме, в теплице, в подвале и на улице.Также его можно использовать для измерения температуры воздуха салона автомобиля, холодильника или морозильной камеры; температуры поверхности нагревательных приборов (масляных радиаторов и батарей отопления) и других предметов,а также температуры жидкостей ( при герметизации датчика и подводящих проводов).

Основные параметры

Датчик температуры способен измерять температуру в диапазоне от -55°C до +125°C. Причем погрешность измерении самого датчика DS1821 в интервале температур от 0°C до +85°C составляет ±1.0°C. Индикация показаний простого термометра во всем диапазоне измеряемых температур выполняется с точностью ±1.0°C.

Напряжение питания термометра +5В постоянного тока. Ток потребления не больше 9мА. Также можно питать цифровой термометр от трех элементов питания с общим напряжением +4,5В, но при этом для сохранения энергии элементов питания необходимо установить по цепи питания выключатель и включать его только на время измерений.

Схема

Принципиальная схема представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Принципиальная схема простого термометра на DS1821(Вариант 1)

Основой термометра является микроконтроллер D1 PIC16F628А, работающий от внутреннего тактового генератора на частоте 4 МГц.

Обмен данными и командами между микроконтроллером D1 и микросхемой цифрового датчика температуры U1 происходит с помощью однопроводного интерфейса 1-Wire. Резистор R1 является нагрузочным резистором для линии интерфейса 1-Wire. Выход DQ датчика U1 подключен к выводу 3 микроконтроллера D1 (порт RA3).

Питание +5В на датчик подается через резистор R2. Этот резистор выполняет функцию защиты от случайного короткого замыкания цепи питания, при использовании выносного датчика. Данный резистор при желании можно из схемы исключить, заменив его перемычкой.

В устройстве реализована динамическая индикация. Обновление изображения каждого индикатора осуществляется с частотой более 100Гц, что исключает мерцание индикаторов. Управление сегментами индикатора (катодами светодиодов индикаторов) микроконтроллер осуществляет с помощью порта В. Резисторы R3...R10 ограничиваю ток протекающий через светодиоды индикаторов. Управление разрядами индикаторов выполняется микроконтроллером через выводы порта А (RA0, RA7, RA6).

Описание работы

При включении питания после инициализации микроконтроллера происходит тест наличия и исправности цифрового датчика температуры. Если датчик не подключен или его неисправность характеризуется наличием на линии DQ постоянного высокого уровня, при обращении к нему микроконтроллера, то на индикаторе будет выводится значение" L - H ". А вот если линия DQ имеет замыкание на 0В, либо эту линию сам датчик, при наличии неисправности его внутренней схемы, подтягивает к 0В, то на индикаторе выводится значение " L - L ".

Далее если тест исправности датчика прошел успешно, микроконтроллер выдает датчику команду на измерение температуры. После окончания измерения цифровым датчиком температуры, микроконтроллер считывает значение температуры, обрабатывает его и выводит на индикатор.

Для удобства считывания показаний температуры незначащие нули в первых с права разрядах потушены, а на их месте выводится знак минус при отрицательных температурах.

При правильном подключении датчика и источника питания, после подачи питания цифровой термометр начинает отображать значение температуры примерно через 1 секунду. Данное время требуется датчику на проведение измерения температуры.

Конструкция

Цифровой термометр собран на односторонней печатной плате, показанной на рисунке 2.

Рисунок 2. Печатная плата простого термометра на DS1821 (Вариант 1).

На рисунках 3 и 4 показано размещение элементов на обоих сторонах печатной платы, так же смотри

Рисунок 3. Размещение элементов со стороны установки индикаторов.

Рисунок 4. Размещение элементов со стороны проводников печатной платы.

На стороне установки индикаторов до монтажа элементов необходимо установить четыре перемычки (на рисунке 3 показаны красным цветом).

Все резисторы, примененые в данном устройстве, в SMD исполнении, и в корпусе типоразмера 0805. Такой же корпус и у конденсатора С1. Резисторы и конденсатор устанавливаются на печатную плату со стороны печатных проводников (см. рисунок 4).

Микроконтроллер устанавливается в 18-ногую панельку типа TRS18. Можно заранее запрограммированный микроконтроллер впаять непосредственно в плату.

Датчик для измерения температуры в доме можно установить непосредственно на плату (как показано на рисунке 3 и на фото в начале статьи), но при этом может появиться дополнительная погрешность, за счет нагрева датчика теплом, исходящим от контроллера и индикаторов. Если датчик делать выносным, то длина проводов "теоретически" может достигать до 100м. Но на практике по рекомендациям из различных публикаций, особенно при измерении отрицательных температур, длину проводов следует ограничить до 6...10м. Устройство проверялось с длиной проводов примерно 9м.

Микроконтроллер PIC16F628А можно заменить на PIC16F628-04 в DIP корпусе. При переработке печатной платы можно использовать микроконтроллер и в других корпусах.

В устройстве примены семисегментные светоизлучающие индикаторы с общим анодом SA04-11SRWA фирмы KINGBRIGHT. Их можно заменить на любые импортные сверхяркие индикаторы. Возможно придется подобрать номинал резисторов R3...R10 для обеспечения нужной яркости. Но не перестарайтесь - может нехватить тока портов микроконтроллера. При использовании отечественных или неярких индикаторов необходимо будет переработать не только плату, но и схему. Необходимо будет в схему внести усилительные каскады по цепям управления разрядами индикаторов. Но тогда это уже будет совсем не "простой термометр".